臺灣的海洋研究由此啟航:回顧海研一、二、三號的貢獻

不少人都對海上研究充滿美好的想像,「海上研究就像搭著公主郵輪到海上度假?」、「海上研究可以邊研究邊捕魚,三餐都吃得到現撈海產?」。其實並不然,海上研究非但一點也不舒適,反而充滿危險,是許多海洋研究者的夢魘。

海象不好時,浪一波接一波,躲也躲不掉,由此可知海洋研究之辛苦(圖片提供/龔國慶)

1980 年代,海研一號開啟了臺灣海洋研究的紀元,九成以上的國內海洋研究者都曾上船做研究,相關人員都對海研船又敬又怕!因為就算海象再怎麼不好,都得打起精神做實驗。

過去在臺大海洋研究所做實驗時,我總是腰間繫著塑膠袋,邊吐邊做實驗。

——臺灣海洋大學海洋環境與生態研究所終身特聘教授龔國慶

海三(海研三號)又小又晃!這讓初次擔任領隊的我,暈到躺在船艙的床上,看著圓形的窗框,一下是天、一下是海。學生也常在海洋實習過後,告訴我再也不要上船,果真「男怕入錯行」。

——中山大學海洋科學系副教授張詠斌

而這樣的辛苦的經歷,也為臺灣帶來豐碩的研究成果。正值海研船即將汰舊換新之際,讓我們一同回顧臺灣海研船的歷史與重要的海洋研究篇章吧!

開啟臺灣海洋研究的長老:海研一號

海研一號(以下簡稱:海一)是臺灣第一艘專為海洋探測與教學而興建的研究船,也是臺灣現行最老的研究船。1984 年委由挪威的造船廠建造,全長 50 公尺,總排水量 800 噸。目前以高雄港為母港,並由國立臺灣大學海洋研究所負責管理與維護。

臺大海研所教授詹森表示,他念臺大海研所碩士時,船才剛來,當時全所都很興奮,從此海洋研究不再是紙上談兵。即便現在海一船齡有 35 年,至今風華依舊,扣除歲修保養期,每年可跑 250 天。

海研一號已服務臺灣海洋研究逾 33 年,2019 年 6 月剛完成 1200 航次(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號跑遍了臺灣附近所有海域,包括:臺灣北部的東海、南部的南海與東部的西太平洋,最北至長江口,最遠則至帛琉海域。自 1985 年至 2015 年累積航跡總長達 168 萬公里,相當於繞地球 43 周。

海研一號自1985年1月至2015年共30年的航行軌跡(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號參與無數國際合作計畫,尤以 2000 年與美國海軍研究處(ONR)合作的「亞洲海域國際聲學實驗」(ASIAEX)聞名於世。在此之後,臺美開始長期合作研究計畫。

臺大海研所教授詹森表示,這項實驗是美軍因應潛水作戰而發起的計畫,因為海水中的聲音傳播會受到波動、鹽度、壓力等影響,所以藉由這項計畫為各國水域展開相關研究,期能為潛艦作戰與防禦帶來幫助。

海研一號在這項計畫中,參與南海北部的聲學實驗(該區域亦為中共潛艦區)。然而,南海北部的海洋環境過於複雜,ASIAEX未能做出系統性的結果,但卻有意外的收穫:發現南海北部「東沙大陸棚外」有個全球最大的內波。這個內波可在 15 分鐘內落差達 150 公尺,足以淹掉北車前的新光大樓。內波不僅影響潛艦安全,還能翻攪海水,改變水溫與海水營養鹽成分,影響颱風生成、海底生物多樣性。(關於內波的實驗成果,延伸閱讀:海洋下的風暴:南海巨大內波生命

海研一號投放氣象浮標(圖片提供/臺大海研所、攝影/連政佳)

2015 年起,海一協助臺大進行「海氣象浮標」觀測計畫,在西北太平洋颱風必經區放置兩個浮標,透過它們可即時觀測海上與海下的水溫、氣壓、鹽度等數據,並以衛星回傳資料。

「浮標計畫其實是不可能的任務」詹森說,海上天氣險惡,像他學海洋物理的人都不敢貿然施放浮標,但前任所長魏慶琳為了圓已故好友唐存勇教授的夢,積極籌設「海上颱風觀測網」,堅持試試看,在所內同仁的努力下,沒想到就成功了!

2016年臺大兩顆氣象浮標挺過強颱尼伯特,得到寶貴的觀測資料,其研究成果於今年登在頂尖期刊《自然通訊》(Nature Communications)上(圖片提供/臺大海研所,新聞稿)。

投放至今,兩個浮標被無數個颱風穿過去,像是強颱尼伯特,但它們仍堅守崗位,每十分鐘回傳一次資料,「颱風到來時,看這些數據就如同看球賽轉播般的精彩。」詹森教授表示,後來氣象局也參與此計畫,希望未來能將浮標數據放入氣象預報的數值模型中。(延伸閱讀:海上浮標護衛臺灣,讓準確預報颱風不是夢、台灣大學海洋研究所:海氣象及時傳輸浮標

曾衝到長江口的小船——海研二號

海一作為臺灣海研船的起點,接續其使命的小船便為海研二號(以下簡稱:海二)、海研三號(以下簡稱:海三)。這兩艘小船在 1993 年委由慶富製造,噸位都低於海研一號,主要負責較近海的研究。

海研二號以基隆港為母港,自 1993 年服務至今,由臺灣海洋大學管理營運(圖片/維基百科)。

海研二號在 1993 年來到海洋大學,當時的校長希望甫從臺大海洋研究所博士班畢業的龔國慶能以就學期間使用海一的研究經驗,協助海二的管理與營運。

這一參與就快 27 年,今年海大校長張清風請他再去協助接收「新海研 2 號」,預備讓海二退休。「海研二號就像自己的孩子一樣!」龔國慶有感而發地說。

船晃到相機都拍不清楚了,學生依然可以穩住陣腳把藥劑加入實驗瓶中(圖片提供/龔國慶)。

由於噸位小,船上無減搖裝置、北部又面東北風的緣故,搭乘海二研究必備「拚搏」的精神,風一大,晃個 10-20 度以上是常有的事。

龔國慶主要從事海洋化學與生態的研究,而化學生態組在海研船上常是最忙、最累的一組。每一站都得透過採水瓶,將十幾罐不同深度的水取出,拿到實驗室再將不同水瓶分類、加藥、過濾和前處理,有時尚未處理完後,下一站取水點又到了,「忙到邊吐也要邊做」。

他以 30 幾年海上研究經驗來傳授防暈心法,「不要怕吐,暈船還是要吃飯喝水喝可樂,絕對不要用吃藥睡覺來逃避,只要你面對它,展現意志力,就可以克服它。」

海研二號相繼參與兩個為期十多年的研究,包括「黑潮邊緣交換過程研究」(KEEP, 1989-2000)及「東海長期觀測與研究」(LORECS, 2000-2017)。

在 LORECS 研究計畫中,龔國慶教授曾領著海一、海二到長江口觀測興建三峽大壩對東海生態的影響。研究發現:大壩興建後,營養鹽減少,影響出海口的海洋生產力與生物多樣性。不過卻也意外發現,只要長江上游出現超大洪水,反而會為海上的藻類、浮游生物補充養分,增加漁業資源,不過也可能同時也帶來上游的污染。

海二與海一曾至長江口觀測,帶來豐碩的研究成果(圖片提供/龔國慶)。

隨著臺海情勢的加溫,近年來臺灣研究船已很難再到長江口了,「海一、海二(有這樣的經歷)算是空前絕後了!」

龔國慶亦領著團隊觀測「極端氣候對海洋影響」,在三、四月東北季風強盛時,出海觀測沙塵暴對海洋食物鏈及二氧化碳吸收的情形,發現沙塵暴帶來的鐵離子可補充海洋所缺乏的微量元素,利於藻類和浮游生物生長,增加二氧化碳的吸收量。

圖右是沙塵暴為海洋帶來巨量的微量元素,特別是鐵,提升海洋基礎生產力,緩和超微浮游植物缺鐵與缺營養鹽的基因表現(圖片提供/龔國慶)。

除了春天觀測沙塵暴外,為了觀測颱風過境對海洋生態的影響,龔國慶的研究團隊整個暑假都在等待時機,一遇到東北部外海有颱風形成時,便趕在海上颱風警報未發布時出航,測颱風前海洋生態與吸收大氣二氧化碳的反應,然後在陸上颱風警報解除後,隨即在兇猛湧浪尚未平息的狀況下,再出航取得颱風後的資料,進行颱風前後觀測資料的比對。

海二遇風浪的搖晃情形,研究人員得有拚搏的精神(圖片提供/龔國慶)。

龔國慶表示,沙塵暴與颱風觀測都是發生在海象最惡劣的狀況,「但不做就不知道沙塵暴與颱風來臨時,海洋會發生什麼事情啊!」

海二克服颱風、東北季風為臺灣帶來寶貴的研究,今年九月龔國慶的研究團隊將帶同學們一起至黑潮洋流做塑膠微粒以及渦旋的觀測,一去又是九天,海二上無海水淡化器,為了省水,第五天後研究人員即使流汗,也得忍著不能洗澡,屆時又是辛苦但收穫滿載之旅。

海上儀器檢測站:海研三號

海三與海二是姊妹船,在同一年由同一造船廠製造,都負責近海研究。

海研三號以高雄港為母港,自1993年服務至今,由中山大學管理營運(圖片提供/張詠斌)。

張詠斌對海三的第一印象不算太好,從臺灣海洋大學畢業後,回到中山大學就當海三領隊,帶七天的航次。

「其實我很會暈船,頭一次上海三前兩暈到攤在床上,很不舒服,只能默想:明天會更好來撐過去。」張詠斌表示,好不容易適應海上狀況後,回到岸上又「暈路」,走路不自覺晃動,旁人看起來會覺得好笑。

海洋三號對中山海洋科學院來說相當重要。張詠斌表示,中山大學負責南海的研究,亦在東沙群島成立「東沙國際海洋研究站」,往來東沙研究工作大都由海三來協助的。此外,臺灣西南海域(墾丁外海附近)蘊藏天然能源「甲烷水合物」(可燃冰),海三有協助探勘的任務。

2018年臺法的研究團隊搭乘瑪麗杜凡號,鑽探臺灣西南海域的岩心,挖到10公分的可燃冰(圖片提供/蘇志杰)。

張詠斌表示,海三因為船小的關係,甲板空間有限,無法探鑽長達十幾公尺的地質岩芯,所以通常利用海三做前期觀測,確認地殼的成分,以及有無石油或天然氣,因為地質岩芯一鑽下去,遇到天然氣可能引爆危及船隻安全。

去(2018)年臺灣和法國的研究團隊聯合探勘西南海域,法國海洋研究船「瑪麗杜凡號」(Marion Durfresne)執行 25 公尺的岩芯採樣,首度鑽獲可燃冰。張詠斌表示,海三雖然挖不到可燃冰,但至少將把打岩芯前的功課做足了。

海三另一項重要任務,便是協助中山海下科技研究所做儀器測試。海下科技所是臺灣唯一專職開發水下載具的研究所,張詠斌表示,過往他們利用海三開發多項先進水下載具,能夠承受 3、4000 公尺的深海水壓,即時傳回海床的影像資料。

中山大學開發載具包括深海拖曳式攝影系統(ATIS)、深海拖曳式光纖探測系統(FITS)、深海視訊多管岩心採樣器(V-Corer),及視訊導引抓斗(TVG)。張詠斌表示,以往採集沈積物都是瞎子摸象,挖起來才知道有沒有挖到,現在靠著水下攝影載具,可以看到再取,大幅提升研究效率與品質。

海三協助開發的「深海拖曳式即時攝影系統ATIS」拍攝到海床泥火山噴發甲烷氣體的畫面

合體任務:意外的空難搜救

三艘海研船各自有重要的使命和任務,合體的機會少之又少,非常難得。其中一次是 2002 年澎湖空難。

當時華航客機墜海,由於海研船配備科學儀器與專業人員,三艘船遂加入搜救行動;主要利用聲納系統來搜尋機身殘骸,找出殘骸座標,以提供飛安會進行打撈。

2002 年海研船協助搜尋機身殘骸的資料新聞以及水下遙控無人載具夾起的華航機身殘骸。(圖片提供/張詠斌)

30 年來,海研一號、二號、三號陪伴許多國內學者歷經身份的轉變,自學生、講師至教授,逐步在海洋研究的領域中大展身手。三艘海研船隨著時間老舊,每年歲修、保養期逐年拉長,為了航行安全與研究計畫持續,勢必得汰舊換新。今年底和明年初,新的海研船將陸續交船,回顧感謝三艘老船的同時,也期待新海研船能帶來更豐碩的研究成果。


海研三姐妹的小檔案(資料整理/簡鈺璇)

海研一號
R/V Ocean Researcher 1
海研二號
R/V Ocean Researcher 2
海研三號
R/V Ocean Researcher 3
下水日 1984 年 1993 年 1993 年
總噸位 800 噸 295 噸 295 噸
全長 50 公尺 38.9 公尺 38.9 公尺
續航力 45 天 7 天,7 天以上可能需要限水、限電
營運管理者 臺灣大學 臺灣海洋大學 中山大學
港籍 高雄港 基隆港 高雄港
設計建造地 挪威 臺灣 臺灣

關於作者

Suzuki

超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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