臺灣海洋科技研究中心發展成就

柯娟　閻桂蘭

臺灣海洋科技研究中心發展成就

柯娟閻桂蘭

海洋研究歷史悠長

臺灣四面環海，對海洋研究歷史悠久。日本殖民時期曾在島內設立“臺灣總督府水產試驗所”，開展漁撈、海洋、水產加工、養殖等應用研究。臺灣光復后，更名為臺灣省水產試驗所，從上世紀50年代起，主要進行與漁業有關的海洋生物研究與近岸調查，先后到東海、南海、越南近海、泰國暹羅灣、馬來西亞等海區開發新漁場。

1952年，臺灣經濟主管部門下屬“漁管處”在基隆設立海洋研究室，1954年與臺灣大學合辦漁業生物試驗所。1959年，臺灣大學成立海洋研究會。同年，為準備參加黑潮調查，由臺灣中研院化學研究所和動物研究所、臺灣大學地質系和動物系及漁業生物試驗所、臺灣水產試驗所及臺灣省立海洋學院等組成聯合海洋研究團隊。1961年，臺灣海軍測量船首次開展海洋探測工作，實施近海調查。1965年到1969年之間，臺當局又派出“陽明號”軍艦，參與聯合國教科文組織主辦的國際黑潮合作調查的8個航次。

當時島內海洋研究人員與設備都極度缺乏，無法開展完整而有系統的研究工作。1966年，臺美科學合作委員會邀請美國專家來臺，經過考察，建議臺當局應設立專門的海洋研究機構。臺當局隨后責成臺灣大學籌建海洋研究所。經兩年籌備后，1968年8月該所正式成立，成為島內首個綜合性的海洋研究機構，由臺灣科技主管部門重點資助其從事海洋研究與教學工作。此外，成功大學也在1967年成立了海洋工程與水利研究所。

到上世紀70年代，島內其他許多大專院校也先后設立了與海洋相關的系/所，從事海洋科學教學及基礎與應用研究。其中規模較大的有臺灣省立海洋學院（原名基隆海事專科學校，即現在的海洋大學）海洋學系及研究所、海洋工程系及研究所、漁業學系及漁業研究所，中山大學海洋科學學院及海洋地質所、海洋資源學系及海洋生物研究所，中國文化大學（原名文化學院）海洋學系及研究所等；此外，淡江大學、中正理工學院、屏東技術學院、高雄海事專科學校、海事專科學校、嘉義農專等也都設立了與海洋科學有關的科系。

圖1　 臺灣海洋科技研究中心現任主任龔國慶

早在1969年吳大猷擔任臺灣科技主管部門負責人時，積極推動臺美合作研究計劃，由美國贈予臺灣一艘改裝后的軍艦“九連號”，交由臺灣大學新設立的海洋研究所管理使用，開展臺灣海域海洋物理、海洋化學、海洋地質等研究。到上世紀80年代初，由于該船過分老舊，不堪使用，臺灣科技主管部門與挪威一家造船廠簽訂協議，委托其建造一艘新型海洋研究船。1985年正式交船，起名為“海研1號”，仍由臺灣大學管理。該船在當時性能優越，設備先進，能夠克服海上較大風浪，順利執行臺當局實施的多項海洋科學研究探測計劃，取得很多以往難以搜集到的冬季資料。

圖2　 “海研5號”多功能海洋研究船

到80年代中期，臺灣研究人員對周圍海域已有了相當程度的了解。但因缺乏規劃主導，人力分散，研究手段落后，經費不足，難以開展系統海洋調查任務，大多從事與海洋漁業和海水養殖有關的自由研究。鑒于此，臺灣科技主管部門在1985年4月組成海洋研究項目小組，與島內各海洋科學相關學術機構廣泛交換意見，最終于同年12月完成海洋科學學科規劃，分為海洋物理、海洋化學、海洋地質及地球物理、海洋生物及生態、海洋漁業、海洋工程等6個學科。

為提升海洋科學基礎研究及近岸環境應用研究的水平，該部門還制定了多項重點計劃，包括：推動臺灣黑潮及其鄰近海域整合計劃，針對海洋研究人力有限與研究海域分散的現況，以大型合作計劃整合島內海洋物理、海洋化學、海洋地質及海洋生物的研究力量，首先對臺灣東北海域做一完整的規劃探測，了解水文變化與生物資源的相關性；參與由聯合國教科文組織所支持的世界洋流觀測實驗(WOCE)計劃，藉此機會，可提高臺灣海洋科技的研究水平；針對歷年來各研究機構所刊行的海況資料，編制海洋圖志，以完整編纂臺灣海域數據，提供給政府部門及民間作為未來海洋開發的參考；增建研究船隊，由于海洋研究工作日益增加，僅靠“海研1號”到處奔波遠遠不夠，特別是一些中尺度的海象變化調查，必須由多船聯合開展，而且該船吃水深達5米，無法進行近岸調查作業，臺灣科技主管部門因此又先后建造數艘以區域性簡易調查為主的小型研究船，包括“海研2號”和“海研3號”，分別由位于高雄和臺南的海洋大學和中山大學管理，以滿足基本研究需求。

2003年前后，臺灣行政主管部門先后完成《21世紀議程——臺灣永續發展策略綱領》、《海洋白皮書》及《環境保護計劃》等發展藍圖的研訂工作，使臺灣海洋資源在兼顧開發與利用及管理與保育原則下，達到可持續利用的最終目標。

此后，臺當局各部門相繼出臺了《海洋環境污染清除處理辦法》、《海域環境監測及監測站設置辦法》、《海洋棄置及海上焚化管理辦法》等一系列相關政策措施，這一時期海洋科技研究也更加重視環保題材和可持續發展內容，包括推動海水淡化新技術開發、研發海灘侵蝕防治新科技、建立及系統開發海水中鋰離子提取技術、研究核能發電廠電解海水對海洋生物及海域生態的影響等。

目前臺灣科技主管部門主持實施的“海洋科技發展計劃”，包括臺灣海域長期觀測與研究、海洋災防研究、海洋資料庫整合與資訊網建設及海洋探測科技研發等分項計劃，并配合臺當局開發海洋新能源政策新增海事工程科技研發分項計劃，協助島內研究機構針對海洋環境，進行災防與環境變遷相關研究，強化對臺灣海域自然環境了解、建立對整體環境觀測、變化模擬與預測能力，進而發展災害防救技術，同時開發海洋能源與資源的海事工程技術。

成立臺灣海洋研究中心

進入新世紀后，臺灣科技主管部門將海洋科研列入科技發展計劃重點項目之一，卻發現盡管島內海洋科研機構數量眾多，但各機構大多人員較少、力量單薄，只專長于某一領域，且非常分散，無力購置先進的海洋科研設備，而早年建造的3艘“海研”系列研究船設備已嚴重落后，且由于船體不大，遇上冬季強勁的東北季風時，船體會搖晃劇烈難以作業，又加上船期滿檔，因此亟需建造一艘噸位更大，能夠航行遠洋、抵抗涌浪 及提升研究能量的海洋科學研究船。

建造“海研5號”的構想很早就已出現，但在籌劃的過程中卻經歷了一場漫長的等待。上世紀90年代末，臺灣科技主管部門已做出建造規劃，沒想到卻因1999年發生的“九二一”大地震導致該項預算被刪除，直到2005年臺當局召開第7次“全臺科技會議”，才決定重新啟動這一項目。

一開始，“海研5號”的參考設計以外國海洋研究船為藍本，但后來發現這并不符合臺灣海洋科學界的需求。在經過多次會議討論后，決定將建造成為一艘2000噸級多功能的研究船，以科學調查為主，發展探測技術為輔。

在規劃設計“海研5號”期間，為能留住島內海洋科學研究人才，并整合各項海洋科學研究，臺灣科技主管部門函請“國研院”同時設立“臺灣海洋科技研究中心籌備處”，以便集結臺灣海洋研究的頂尖人才，加強海洋生態系統、海洋資源與海洋生物等長期性科技研究。

2008年，財團法人性質的“國研院”下屬“臺灣海洋科技研究中心”正式成立，初期工作地點分散于臺北科技大樓、臺灣大學、中山大學、海洋大學、高雄港務局駁三碼頭倉庫、基隆潮境及宜蘭礁溪等處。2010年，該中心與高雄縣當局（后縣市合并為高雄市當局）及臺灣漁業主管部門協調，獲得興達港區房舍及碼頭，設立臨時總部。于2010年10月派遣第一梯次人員南下整備；2011年8月，原本散居各地的海洋中心研究人員正式遷移至高雄興達港。2016年3月30日，位于高雄市茄萣區東方路一段219號的臺灣海洋科技研究中心高雄本部大樓正式啟用。該中現任心主任為龔國慶，擁有工作人員79人，每年收入近2億元新臺幣。

“海研5號”黯然退場

決定建造“海研5號”任務后，首先招標就是一大挑戰。因為島內造船廠通常是以建造商船和漁船為主，對建造研究船缺乏經驗。在船上空間規劃，商船所需的人員大約10人左右，每個人可使用空間較大，但在“海研5號”上，船員、研究人員，加上科儀人員，最多可達48人，這使得船上空間設計與普通商船就有很大不同。為了能使“海研5號”配備的聲納系統發揮最高效用，提高水下探測資料的精確性，要求達到低水噪音而采用電力推進系統，與一般船舶由內燃機直接推進也不一樣，這對臺灣造船廠商而言更是一個前所未有的挑戰。

因為研究船講求精密及多功能，其細部規范設計需要多方專業人員相互配合與溝通，經過1年的細部修正后，于2010年開始動工建造。2011年6月，“海研5號”在高雄旗津中信造船公司建成后下水，2012年8月交船后進行實際海上測試和試運行。由于該船所搭配的許多科學儀器都是臺灣海洋研究史上首見的高科技設備，科儀團隊必須熟悉科儀設備操作與甲板作業狀況，需與操船的艙面與機艙人員配合并模擬實際 科研探測，共同培養海上作業默契，以確實掌握船只操作特性，并養成在不同海況下的探測作業能力。研究人員一邊摸索，一邊總結經驗，幾經調整才能嫻熟運用，讓“海研5號”于2012年8月正式啟用，而這段辛苦過程，也讓臺灣海洋研究實力大大提升。

圖3　2016年3月臺灣海洋科技研究中心高雄本部大樓啟用揭牌儀式

該船是臺灣第四艘海洋研究船（臺灣迷信“4”不吉利，所以沒有“海研4號”），排水量2700噸，全長72.6米，寬15.4米，最大航速12節，續航力達50天，航程可達1.3萬海里，建造經費達新臺幣17.9億元，有18名船員及30名研究員，是目前島內噸位僅次于海軍“達觀”號海洋測量艦的第二大海洋研究船。

圖4　“海研5號”所攜水下無人載具

該船最高可達8級風浪，在東北季風期間亦可出海作業，海上作業時間每年可長達250天，配備了水下遙控載具（R0V) 及深海多音速聲納測繪系統等多項先進高科技設備，具備下潛3000米深度及可抗三節流速的能力，裝有靈活的機械手臂與高畫質 影機來執行深海采樣與調查工作，可提供學術研究機構在沿岸及深海范圍內進行多樣性的海洋調查，可提升連續性觀測資料的搜集，長期進行海洋資源、海洋生態及海底斷層的探測與研究，能大幅提升臺灣海洋研究與調查的能力。此外，“海研5號”具備靜音航行模式，在航速8.6節范圍內的航行噪音低于海洋環境噪音，可大幅提升海洋研究與觀測數據品質與完整性，增進分析結果的可靠度。

臺灣以往的科學研究船，受限船上的設施不足，大多資料分析或實驗都得要回到陸地才能執行，往往在實驗發現需要補強時，因船只早已回航，錯失寶貴的關鍵時刻。而大噸位的“海研5號”號增加了船上空間的運用，甲板有足夠空間使用貨柜式模組化作業，可依據不同海洋科研領域設計實驗貨柜，隨著不同任務搬運不同貨柜上船，讓實驗室的運用上更具彈性、方便與效率。

2013年2月，“海研5號”進行南海首航，先后開展了海洋生態、極端天氣與海洋關系、海床地形地質聲納掃描、海底巖心采樣，以及中沙黃巖島水域勘探調查、南沙太平島鄭和環礁探勘等任務，并在高雄西南外海甲烷水合物能源潛在區，首度取得樣本并成功點燃甲烷氣。

首航任務即面臨宛如輕度臺風的九級大浪，科儀人員頂著夾雜海水的寒風，站在后 甲板上堅守崗位執行采樣、儀器布放及回收等工作；“海研5號”航行在汪洋中顯得相對渺小，大風大浪中要操作船上動輒上百公斤到幾噸重的儀器有其相當的危險性，所以在完成采樣、探勘的任務中還需要注意自身安全，其辛苦程度比起在大海中與大魚搏斗的漁民有過之而無不及。

在南海航行的19天中，從啟航開始科儀人員即馬不停蹄的進行儀器調校與測試，為了維持探測相關設備正常運作，幾乎所有人員都進入24小時輪值當班及待命，海上作業不分晝夜。例如要將長巖心采集器放到海床上采集就需花費許多時間，采集完畢后樣本一取得，后續的處理、分析、保存等作業猶如生產線一般，絲毫不得馬虎及延誤，更是不容許有出錯的可能。此時船上的科學家會馬上做實驗，如有追蹤必要，立刻繼續采樣，這也使得船上的科儀人員及科學家不眠不休地在后甲板與實驗室間來回穿梭忙碌，成為研究船上探測作業典型的寫照。

通過這些研究人員的付出，讓“海研5號”的首航帶回了許多驚喜，帶領科學團隊首航的首席科學家中央大學地球科學系許樹坤教授表示，首航以臺灣最 具地質能源及生物資源潛力的南海北部為探勘標的，短短19天的航程就有許多以往未曾發現的成果，包括在東沙環礁東南方約30公里處，首次發現東沙海底火山群，以及東沙環礁西南方約30公里處發現東沙海底斷層，此斷層綿延長達60多公里，最大落差可達300多米，影響了今日東沙環礁附近 整體向東南凸出的海底樣貌。

近年來，南海因可能蘊藏甲烷冰而受各國格外的關注，海研五號也證實在東沙南方海域確有天然氣水合物的蘊藏，但因曾有大規模海底山崩的發生，因此部分天然氣可能已經溢出，蘊藏量需進一步確認。

就在臺灣海洋科技人員為“海研5號”的成功首航驚喜不已之際，2014年10月10日，為執行海洋大學所承擔臺灣環保主管部門委托的“海域大氣粒狀污染物監測及傳輸模擬先導計劃”，由該中心與海洋大學、臺灣中研院、陽明大學、云林科技大學、成功大學及“國研院”下屬臺風洪水研究中心聯合組成研究團隊，出海前往金門，途經澎湖龍門外4海里處，突然遭遇九級風浪，導致“海研5號”觸礁沉沒，兩人宣告不治，另有25人受傷。

其他重要成果

依據臺灣科技主管部門復評會議結論，該中心從2011年起增列“海事工程科技研發”分項計劃，研究重點以離岸風電及海洋能源開發關鍵技術為主，建立風場及紊流場測量等前瞻技術，并配合“能源科技計劃”中的“離岸風力主軸計劃”，負責執行風海觀測塔規劃、先導型離岸風電場海事工程規劃研究、先導型離岸風電場許可申請及營運規劃等子計劃。對于后續發展離岸風力發電及海洋能將面臨的水下施工技術問題，進行海內外飽和潛水施工能量現況分析與研究，增進臺灣在海洋資源調查與探采的水下自主作業能力。

此外，該中心近年在“臺灣四周海域表層即時觀測平臺”計劃項目下，于2011年如期完完成15座高頻測流雷達站的硬件建設，目前正在進行天線場形測量與流場校驗工作，該項目監測臺灣四周海域150公里范圍內的近岸即時海流，提供臺當局及民間機構作為船只航行、海上休閑及海洋施工安全、海洋事故搜救、海洋污染防治、研究臺灣周邊海域表面海流、懸浮泥沙及溢油擴散與輸送等課題的參考之用。截至2012年12月底，已有12個國家和地區的使用者，上網瀏覽超過28,000人次。

圖5　臺灣科技人員自主研發的“庭園鳥”海底地震儀（左）以及臺灣甲仙地震后布放“庭園鳥”海底地震儀采集到的地震余震信號圖（右）

臺灣四面環海，且位于環太平洋地震帶上，具有發展地震相關研究的優越地理條件及必要性。故自2008年起，該中心與臺灣中研院地球所及中山大學海下所合作，針對不同類型海底地震儀的系統功能與特性進行研究、投入海底地震儀的設計與研發，并深入了解海底地震觀測設備相關零組件發展的關鍵技術。

2010年他們完成第一代海底地震儀“庭園鳥”的原型機制作，此系統由本體平臺（裝置兩顆玻璃球）及感震器所組成，2011年在臺灣東南及東北海域進行實海測試，收集到甲仙地震余震信號。驗證顯示，“庭園鳥”能夠在2100米水深中工作，對近震的訊號接收及遠震與深震的訊號偵測皆相當敏捷。為檢驗“庭園鳥”數據品質，實海測試期間同時布放進口商用海底地震儀進行同步觀測。比對結果顯示，“庭園鳥”資料品質在主頻帶與商用產品同等級，且具有高頻雜訊比進口商品更低的優點。2011年，他們又完成以鈦合金為基材的“庭園鳥”殼體水密耐壓設計，將“庭園鳥”的布放深度提升至5000米，以滿足臺灣東部海域的深度需求。未來將提升性能，朝向水下6000米耐壓深度與60秒感測頻寬的規格邁進，其所得的地震資料將成為臺灣周圍海域大面積或關鍵區域地震觀測網建設基礎。而發展海底地震 儀儀器元件、制程與核心設施，將可推廣至其他相關實驗上，進行其他儀器的研發改良，進一步支持學術研究發展及海洋探勘所需海洋儀器科技建設，降低對外國相關研究設備的依賴而達到技術自主的目標。

在對外合作方面，該中心于2011年與韓國國家海洋研究所合作開展海底地震研究，派人員在韓國蓋山外海布放4組由臺灣研制的海底地震儀，同時與日本名古屋大學地球水循環研究中心簽署合作備忘錄，共同開發雙方不同雷達流速數據的合成方法，研究臺灣東北海域黑潮時空流變特性，進一步掌握黑潮對全球變遷及其對海洋保育的影響。