臺灣東北部海域聲光遙測資料結構特性之模糊劃分及其應用之一例

Abstract

過去對漁海況因子的探測，是利用研究船以水平不連續之CTD定點觀測及生物採樣，來獲取海洋理化及生物等方面之資料，並且透過相關統計之分析來考察漁海況之變動特性，此一方法不但耗事失時，而且在水平上並不連續。有鑑於聲光遙測具有廣尺度、即時且連續之優點，因此，本研究嘗試以台灣東北部海域為例，利用聲光遙測來監控其海洋結構特性，並以地理資訊系統建立聲光遙測資料庫，同時配合研究船之水文、生物採樣與鎖管漁業標本戶之漁船動態等資料，應用模糊劃分法來探究海洋生物群集與水文、地理結構之區劃關係，以掌握海洋生物資源之分布實態及其變動趨勢，進而建構以聲光遙測做為漁海況預報之可行模式。茲將本研究主要成果摘要如下： 一、 模糊劃分後的水團分布結構顯示，台灣東北部海域在溫鹽躍層以深(平均約50 m以深)的水域中，水團類型之結構較為類似，主要是由底層湧昇水(Du water type)、黑潮次表層水(Dk water type)及黑潮次表層混合水(Mk water type)所構成，但表層混合層中之水團類型，則會隨季節及海況之不同，而有不同之水團類型及分布結構，其中在夏季湧昇較為明顯時，表層海洋水主要是由表層陸棚水(Ss water type)，以及表層冷渦水(Mc water type)為主，且在此二類型水團間，會隨混合程度之不同而產生表層陸棚混合水(Ssm water type)及表層冷渦混合水(Mcm water type)；但在夏季湧昇較不明顯時，台灣東北部海域表層混合層中的水團結構較為單純，是由表層陸棚水及表層陸棚混合水所構成；至於春季時，台灣東北部海域表層混合層中的海洋水則較複雜而多樣，其水團類型以表層黑潮水(Sk water type)、表層冷渦水(Mc water type)、表層冷渦混合水(Mcm water type)及混合有大陸沿岸水之黑潮反流混合水(Skm water type)等為主。此外，由各類型水團之垂直分布結構顯示，表層冷渦水是由中深層水域中的黑潮次表層水，因地型湧昇而產生的冷渦水。 二、 水團與生物量模糊劃分之分布結構顯示，台灣東北部海域生物量之分布結構與水團之分布結構有異曲同工之妙，其中在表層陸棚水中生物量之分布密度較高，且隨著與深層黑潮次表層水或表層冷渦水之混合程度增加，生物量之分布密度逐漸減少，相關分析的結果亦顯示，水團與生物量區塊間有良好的相關性存在，且彼此間之分布結構頗為一致，其中生物量分布密度較高的Ⅰ型(含Ⅰa及Ⅰb)生物量區塊，主要是分布在表層陸棚水與表層陸棚混合水中，而生物量較低的Ⅲ及Ⅳ型生物量區塊，則是以分布在較深層海域之黑潮次表層混合水、黑潮次表層水及中深層水中為主，至於生物量分布密度居中的Ⅱ型(含Ⅱa及Ⅱb)生物量區塊，是以分布在表層冷渦水及各型混合水中為主。 三、 由144航次各類型水團中浮游動物之組成，經聚類分析的結果顯示，在表層陸棚混合水(Ssm water type)與表層冷渦混合水(Mcm water type)中浮游動物之組成較為類似而無顯著的差異，但其組成與表層陸棚水(Ss water type)及表層冷渦水(Mc water type)之浮游動物組成則有顯著的不同；此外，由各型水團中11種分類群之浮游動物組成可知，橈足類(copepoda)在各型水團中所佔之比例均高於60%，是表層混合層中最主要的優勢種，而其他10種分類群在4型水團中之組成比例，可劃分成X及Y二群組，其中在Y群組中的水母類(medusae)、海桶類(thaliacea)、端足類(amphipoda)及稚魚(fish larvae)，在各型水團中之組成比例均小於1.1 %，是表層混合層中個體數較少的分類群種，而X群組之浮游動物分類群，又可細分為X1及X2二個副群組，其中在X1群組中的毛顎類(chaetognatha)、十足類(decapoda)及有尾類(appendicularia)，是在表層陸棚水中有較高的組成比例，但在表層湧昇冷渦水中其組成比例較低，反之在X2群組中之腹足類(gastropoda)、介形類(ostracoda)及其他類，是在表層湧昇冷渦水中有較高的組成比例，而在表層陸棚水中其組成比例則較低。 四、 模糊劃分的結果顯示，台灣東北部海域依衛星遙測月別平均表水溫分布結構之不同，會有不同之表水溫區塊結構與分布型態，其中在夏季時，模糊劃分之表水溫區塊以3或4類為主，其所隱含的海洋水以黑潮水(含台灣海峽暖流水)、黑潮混合水及陸棚(大陸沿岸)水等；而在秋、冬及春季時，模糊劃分之表水溫區塊則較多樣而複雜，其所隱含之海洋水包括有黑潮水(台灣海峽暖流水)、黑潮混合水、冷渦水、冷渦混合水、大陸沿岸水及大陸沿岸混合水等。 五、 衛星遙測表水溫及表層生物量之分布結構，經地理資訊系統整合的結果顯示，在冷水渦處，生物量的分布密度較低，Sv值大多在-66 dB以下，而生物量分布密度較高的海域，是在冷水渦外圍的邊緣區及陸棚海域中，其Sv值大多在-60 dB以上，這些冷水渦外圍高生物量分布的海域，也是本省燈火漁業中鯖、及鎖管等主要的作業漁場，且其漁業活動有隨著冷水渦結構之變動，而改變其作業位置。 六、 根據1994~1999年間，鎖管漁業標本戶每日作業船位之分布顯示，台灣東北部海域鎖管漁業活動之範圍，主要是分布在北緯25~ 29°、東經121~126°、海底等深線100~200 m間的海域中。模糊劃分的結果則顯示，鎖管漁業活動的範圍可劃分成6個地理區塊，其中以F區塊距離基隆最遠(平均約為265浬)，而以A區塊距離基隆最近(平均約為30浬)，且有40%之作業船位是分布在冷水渦發生最為頻繁的A區塊中。此外由鎖管漁業活動之作業位置與6個地理區塊間之相關分析結果顯示，鎖管漁業活動有隨著月別時序之推移，由離岸較遠的F區塊逐漸往A區塊移動。 七、 由鎖管漁業活動地理區塊之推移與水團分布結構之關係可知，台灣東北部海域鎖管漁業活動之分布型態可歸納出三種主要之類型，分別為黑潮突入鋒面分布型、臺灣海峽暖流水突入鋒面型及冷水渦週圍分布型，其中(1)黑潮突入鋒面分布型：主要是發生在春末夏初時的4至6月間，此時鎖管漁業標本戶之漁業活動位置，主要是分布在黑潮(反流)水與大陸沿冷水交衝鋒面的黑潮混合水域處，且隨著時序及黑潮混合水之推移，其漁業活動位置會逐漸往彭佳嶼附近海域移動；(2)臺灣海峽暖流水突入鋒面分布型：主要是發生在盛夏冷水渦不明顯時的7至8月間，此時鎖管漁業活動的位置，以分布在黑潮水及臺灣海峽暖水與大陸沿岸水交衝鋒面區的黑潮混合水中為主；(3)冷水渦週圍分布型：主要是發生在冷水渦較為明顯時的5至11月間，此時鎖管漁業活動的位置，以分布在冷渦水週邊海域之冷渦混合水為主，且其漁業活動之位置，有隨著冷水渦分布結構之變動，而隨之改變作業位置。 八、 根據1982∼1999年間，台灣東北部海域月別表水溫離均差，以及鎖管漁業標本戶年別平均CPUE之變動顯示，本海域在平常水溫期(1987∼1996年)時有較高之CPUE，但在低水溫期(1982∼1986年)及高水溫期(1996年以後)時CPUE則較低。此外，本研究結果也顯示，當El Nino現象發生時，由於台灣東北部海域之黑潮流勢較弱，隨黑潮進入本海域的鎖管量亦較低，因此標本戶的年別平均CPUE較低，約經11∼12個月後，隨著向西回流的暖流流勢增強，台灣東北部海域之黑潮流勢亦增強，因此隨黑潮進入本海域之鎖管量也增加，標本戶的年別平均CPUE則相對的升高，但若黑潮流勢過強時，鎖管漁業活動之位置，會隨黑潮混合水之北移，而偏向離岸較遠海域中之E及F區塊。 綜上可知﹐台灣東北部海域由於海洋結構之不同﹐生物群集結構與密度亦不同﹐而以聲光遙測資料配合模糊劃分法，來評估構成聲波散亂層主體之海域總體生物量及分布特性不但便捷可行﹐而且亦可能隱含海洋結構變化之信息，尤其是對於垂直海況多變的台灣東北部海域而言，聲波遙測這種直接、立體而連續的海洋垂直結構訊息，未來或可取代片斷不連續，且耗事失時的CTD觀測。此外，本研究結果亦顯示，台灣東北部海域之水團結構雖然複雜，但藉由衛星遙測表水溫之模糊劃分及地理資訊系統資料庫的整合分析，不但可劃分出本海域主要水團之結構，亦可有效的掌握鎖管漁場之推移與漁海況之變動特性。