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揭開南海內波面紗 中山團隊登《Nature》頂尖期刊

王玉懷 Yu-Huai Wang
國立中山大學海洋科學系
學術專長:海洋物理學、近岸水文動力學、海洋氣象環境生態水質觀測、南海內波
中山大學海洋科學系王玉懷副教授團隊與國際研究團隊合作,共同發表「南海內波的源與匯」,刊登在最新一期的《Nature》期刊(521, 07 May 2015) 。這項研究探討內波的產生機制、傳播過程與能量消散等,其成果有助於海洋相關的熱傳播、炭循環、全球暖化、潛航安全、生態系統等研究。
南海內波的源與匯
登上《Nature》的論文(The formation and fate of internal waves in the South China Sea),是多國科學家共同合作的成果,由美國海軍研究室(Office of Naval Research, ONR)與行政院科技部(國科會)主導,參與的25個大學與研究機構中,美國20個,另有加、法、韓學者,台灣則有台大海洋研究所及中山大學海洋科學院。論文彙整過去10年在南海的重大研究,包括數十航次的研究船觀測、錨碇儀器、衛星觀測、電腦數值模擬等。海上實驗使用多種最先進的觀測儀器,包括水中滑翔機(Glider)、聲剖儀(PIES)、紊流儀(Turbulence Profiler)、深海都普勒流剖儀(ADCP)、快速溫鹽深儀(Fast CTD)、漂浮儀器組、深水錨錠儀器串等。
南海蘊藏巨大未知能量
研究結果指出,南海有全世界最大的內波,它起源於台灣南部的呂宋海峽,因潮流與海底山脊作用產生擾動,形成水下的波動(internal tide),此內潮向西沿著溫躍層傳入南海,因海水密度環境及非線性作用,波形逐漸變陡,演化成孤立內波(internal soliton),當內波受陸棚淺化效應,再演化成內波群,在東沙海域,一群內波可包含十幾個內孤立波。通過東沙島時,內波有繞射現象,兩個波群在東沙環礁西方會合,繼續向西北西進行,最後因混合、摩擦、擴散等,而消散在西方淺水陸棚。南海內波的波紋,南北延伸的長度可長達200公里以上,東西向寬度約1公里,水下波動高度達150至200公尺,這個自然現象週期性的從呂宋海峽產生,強弱隨著潮流大小律動,從能量的角度解釋,通過海底山脊的潮流能量,有一半變成內波,傳遍整個北南海,這是南海有別於全球大洋的特殊現象。
南海內波重要性
當初的研究動機有許多,或許每人各有不同,「南海是我國固有疆域」,就值得全力以赴,王玉懷表示。內波在海底下傳播,雖然可以在海面上看到些許波紋,海洋內部卻是巨大能量的傳播與攪動。他舉例說,大海茫茫,潛水艇在水下航行時,若遇到海洋內波就有可能會突然「掉深」,5至10分鐘內會被內波向下拉100米至200米,若是不明究裡,很難採取正確的潛艇措施。海上鑽油平台因內波剪力及共振的影響,也會產生結構性的安全問題。中山研究團隊同時列名為共同作者的,還包括海工系李逸環助理研究員及博士生傅科憲。李逸環表示,南海內波的影響對於海洋生態研究意義深遠,這種垂直的波動把低溫、高營養的海水舉升到次表層,促進光合作用及生物的繁衍,也保護珊瑚礁不受全球暖化的衝擊,「墾丁南灣的珊瑚受到深海冷水的保護,而得以逃過白化的浩刼」,東沙環礁附近的珊瑚因有內波冷水的庇佑而有極高覆蓋率。
台美合作推升南海研究
王玉懷從2006年開始研究東沙島附近海域的內波活動,實驗室研究團隊約10人規模,每次出海探測,從儀器整備、規劃設定、出海量測,都是全體動員。對於參與美國研究船航次,「得到的經驗非常豐富,百聞不如一見」,他表示,國外研究船的作業規範清楚,技術員有定期專業訓練、賦予的權責明確,和科學家之間的溝通管道暢通,因此海上作業有秩序、高效率,值得學習。他補充說,美國的研究團隊非常大器,經費充足、儀器先進,在技術和學術知識上,充分發揮分工合作、分進合擊的團隊力量;團隊中許多學者雖然擁有十八般武藝,卻只專注於分配到的任務及儀器,避免資源重疊。
海洋研究是辛苦又冗長的過程,資料收集困難,且需長期投入,許多海洋學者一直在默默地努力付出,有時冒著惡劣天候在海上奮戰,卻是無功而返,「十年磨一劍,霜刃未曾試」! 台灣海洋研究資源有限,王玉懷表示,感謝許多單位對南海內波研究的肯定與持續資助,包括科技部、中山大學的教育部頂尖大學計畫、營建署、海洋國家公園等。這篇Nature文章,幸運地結合國內外學者共同努力的合作成果,他特別感謝許多海洋前輩,站在他們的肩膀上才可以看得更遠,也感謝陸上後勤的支援,及家人的關心。
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