台湾海洋科技研究中心发展成就

柯娟　阎桂兰

台湾海洋科技研究中心发展成就

柯娟阎桂兰

海洋研究历史悠长

台湾四面环海，对海洋研究历史悠久。日本殖民时期曾在岛内设立“台湾总督府水产试验所”，开展渔捞、海洋、水产加工、养殖等应用研究。台湾光复后，更名为台湾省水产试验所，从上世纪50年代起，主要进行与渔业有关的海洋生物研究与近岸调查，先后到东海、南海、越南近海、泰国暹罗湾、马来西亚等海区开发新渔场。

1952年，台湾经济主管部门下属“渔管处”在基隆设立海洋研究室，1954年与台湾大学合办渔业生物试验所。1959年，台湾大学成立海洋研究会。同年，为准备参加黑潮调查，由台湾中研院化学研究所和动物研究所、台湾大学地质系和动物系及渔业生物试验所、台湾水产试验所及台湾省立海洋学院等组成联合海洋研究团队。1961年，台湾海军测量船首次开展海洋探测工作，实施近海调查。1965年到1969年之间，台当局又派出“阳明号”军舰，参与联合国教科文组织主办的国际黑潮合作调查的8个航次。

当时岛内海洋研究人员与设备都极度缺乏，无法开展完整而有系统的研究工作。1966年，台美科学合作委员会邀请美国专家来台，经过考察，建议台当局应设立专门的海洋研究机构。台当局随后责成台湾大学筹建海洋研究所。经两年筹备后，1968年8月该所正式成立，成为岛内首个综合性的海洋研究机构，由台湾科技主管部门重点资助其从事海洋研究与教学工作。此外，成功大学也在1967年成立了海洋工程与水利研究所。

到上世纪70年代，岛内其他许多大专院校也先后设立了与海洋相关的系/所，从事海洋科学教学及基础与应用研究。其中规模较大的有台湾省立海洋学院（原名基隆海事专科学校，即现在的海洋大学）海洋学系及研究所、海洋工程系及研究所、渔业学系及渔业研究所，中山大学海洋科学学院及海洋地质所、海洋资源学系及海洋生物研究所，中国文化大学（原名文化学院）海洋学系及研究所等；此外，淡江大学、中正理工学院、屏东技术学院、高雄海事专科学校、海事专科学校、嘉义农专等也都设立了与海洋科学有关的科系。

图1　 台湾海洋科技研究中心现任主任龚国庆

早在1969年吴大猷担任台湾科技主管部门负责人时，积极推动台美合作研究计划，由美国赠予台湾一艘改装后的军舰“九连号”，交由台湾大学新设立的海洋研究所管理使用，开展台湾海域海洋物理、海洋化学、海洋地质等研究。到上世纪80年代初，由于该船过分老旧，不堪使用，台湾科技主管部门与挪威一家造船厂签订协议，委托其建造一艘新型海洋研究船。1985年正式交船，起名为“海研1号”，仍由台湾大学管理。该船在当时性能优越，设备先进，能够克服海上较大风浪，顺利执行台当局实施的多项海洋科学研究探测计划，取得很多以往难以搜集到的冬季资料。

图2　 “海研5号”多功能海洋研究船

到80年代中期，台湾研究人员对周围海域已有了相当程度的了解。但因缺乏规划主导，人力分散，研究手段落后，经费不足，难以开展系统海洋调查任务，大多从事与海洋渔业和海水养殖有关的自由研究。鉴于此，台湾科技主管部门在1985年4月组成海洋研究项目小组，与岛内各海洋科学相关学术机构广泛交换意见，最终于同年12月完成海洋科学学科规划，分为海洋物理、海洋化学、海洋地质及地球物理、海洋生物及生态、海洋渔业、海洋工程等6个学科。

为提升海洋科学基础研究及近岸环境应用研究的水平，该部门还制定了多项重点计划，包括：推动台湾黑潮及其邻近海域整合计划，针对海洋研究人力有限与研究海域分散的现况，以大型合作计划整合岛内海洋物理、海洋化学、海洋地质及海洋生物的研究力量，首先对台湾东北海域做一完整的规划探测，了解水文变化与生物资源的相关性；参与由联合国教科文组织所支持的世界洋流观测实验(WOCE)计划，藉此机会，可提高台湾海洋科技的研究水平；针对历年来各研究机构所刊行的海况资料，编制海洋图志，以完整编纂台湾海域数据，提供给政府部门及民间作为未来海洋开发的参考；增建研究船队，由于海洋研究工作日益增加，仅靠“海研1号”到处奔波远远不够，特别是一些中尺度的海象变化调查，必须由多船联合开展，而且该船吃水深达5米，无法进行近岸调查作业，台湾科技主管部门因此又先后建造数艘以区域性简易调查为主的小型研究船，包括“海研2号”和“海研3号”，分别由位于高雄和台南的海洋大学和中山大学管理，以满足基本研究需求。

2003年前后，台湾行政主管部门先后完成《21世纪议程——台湾永续发展策略纲领》、《海洋白皮书》及《环境保护计划》等发展蓝图的研订工作，使台湾海洋资源在兼顾开发与利用及管理与保育原则下，达到可持续利用的最终目标。

此后，台当局各部门相继出台了《海洋环境污染清除处理办法》、《海域环境监测及监测站设置办法》、《海洋弃置及海上焚化管理办法》等一系列相关政策措施，这一时期海洋科技研究也更加重视环保题材和可持续发展内容，包括推动海水淡化新技术开发、研发海滩侵蚀防治新科技、建立及系统开发海水中锂离子提取技术、研究核能发电厂电解海水对海洋生物及海域生态的影响等。

目前台湾科技主管部门主持实施的“海洋科技发展计划”，包括台湾海域长期观测与研究、海洋灾防研究、海洋资料库整合与资讯网建设及海洋探测科技研发等分项计划，并配合台当局开发海洋新能源政策新增海事工程科技研发分项计划，协助岛内研究机构针对海洋环境，进行灾防与环境变迁相关研究，强化对台湾海域自然环境了解、建立对整体环境观测、变化模拟与预测能力，进而发展灾害防救技术，同时开发海洋能源与资源的海事工程技术。

成立台湾海洋研究中心

进入新世纪后，台湾科技主管部门将海洋科研列入科技发展计划重点项目之一，却发现尽管岛内海洋科研机构数量众多，但各机构大多人员较少、力量单薄，只专长于某一领域，且非常分散，无力购置先进的海洋科研设备，而早年建造的3艘“海研”系列研究船设备已严重落后，且由于船体不大，遇上冬季强劲的东北季风时，船体会摇晃剧烈难以作业，又加上船期满档，因此亟需建造一艘吨位更大，能够航行远洋、抵抗涌浪 及提升研究能量的海洋科学研究船。

建造“海研5号”的构想很早就已出现，但在筹划的过程中却经历了一场漫长的等待。上世纪90年代末，台湾科技主管部门已做出建造规划，没想到却因1999年发生的“九二一”大地震导致该项预算被删除，直到2005年台当局召开第7次“全台科技会议”，才决定重新启动这一项目。

一开始，“海研5号”的参考设计以外国海洋研究船为蓝本，但后来发现这并不符合台湾海洋科学界的需求。在经过多次会议讨论后，决定将建造成为一艘2000吨级多功能的研究船，以科学调查为主，发展探测技术为辅。

在规划设计“海研5号”期间，为能留住岛内海洋科学研究人才，并整合各项海洋科学研究，台湾科技主管部门函请“国研院”同时设立“台湾海洋科技研究中心筹备处”，以便集结台湾海洋研究的顶尖人才，加强海洋生态系统、海洋资源与海洋生物等长期性科技研究。

2008年，财团法人性质的“国研院”下属“台湾海洋科技研究中心”正式成立，初期工作地点分散于台北科技大楼、台湾大学、中山大学、海洋大学、高雄港务局驳三码头仓库、基隆潮境及宜兰礁溪等处。2010年，该中心与高雄县当局（后县市合并为高雄市当局）及台湾渔业主管部门协调，获得兴达港区房舍及码头，设立临时总部。于2010年10月派遣第一梯次人员南下整备；2011年8月，原本散居各地的海洋中心研究人员正式迁移至高雄兴达港。2016年3月30日，位于高雄市茄萣区东方路一段219号的台湾海洋科技研究中心高雄本部大楼正式启用。该中现任心主任为龚国庆，拥有工作人员79人，每年收入近2亿元新台币。

“海研5号”黯然退场

决定建造“海研5号”任务后，首先招标就是一大挑战。因为岛内造船厂通常是以建造商船和渔船为主，对建造研究船缺乏经验。在船上空间规划，商船所需的人员大约10人左右，每个人可使用空间较大，但在“海研5号”上，船员、研究人员，加上科仪人员，最多可达48人，这使得船上空间设计与普通商船就有很大不同。为了能使“海研5号”配备的声纳系统发挥最高效用，提高水下探测资料的精确性，要求达到低水噪音而采用电力推进系统，与一般船舶由内燃机直接推进也不一样，这对台湾造船厂商而言更是一个前所未有的挑战。

因为研究船讲求精密及多功能，其细部规范设计需要多方专业人员相互配合与沟通，经过1年的细部修正后，于2010年开始动工建造。2011年6月，“海研5号”在高雄旗津中信造船公司建成后下水，2012年8月交船后进行实际海上测试和试运行。由于该船所搭配的许多科学仪器都是台湾海洋研究史上首见的高科技设备，科仪团队必须熟悉科仪设备操作与甲板作业状况，需与操船的舱面与机舱人员配合并模拟实际 科研探测，共同培养海上作业默契，以确实掌握船只操作特性，并养成在不同海况下的探测作业能力。研究人员一边摸索，一边总结经验，几经调整才能娴熟运用，让“海研5号”于2012年8月正式启用，而这段辛苦过程，也让台湾海洋研究实力大大提升。

图3　2016年3月台湾海洋科技研究中心高雄本部大楼启用揭牌仪式

该船是台湾第四艘海洋研究船（台湾迷信“4”不吉利，所以没有“海研4号”），排水量2700吨，全长72.6米，宽15.4米，最大航速12节，续航力达50天，航程可达1.3万海里，建造经费达新台币17.9亿元，有18名船员及30名研究员，是目前岛内吨位仅次于海军“达观”号海洋测量舰的第二大海洋研究船。

图4　“海研5号”所携水下无人载具

该船最高可达8级风浪，在东北季风期间亦可出海作业，海上作业时间每年可长达250天，配备了水下遥控载具（R0V) 及深海多音速声纳测绘系统等多项先进高科技设备，具备下潜3000米深度及可抗三节流速的能力，装有灵活的机械手臂与高画质 影机来执行深海采样与调查工作，可提供学术研究机构在沿岸及深海范围内进行多样性的海洋调查，可提升连续性观测资料的搜集，长期进行海洋资源、海洋生态及海底断层的探测与研究，能大幅提升台湾海洋研究与调查的能力。此外，“海研5号”具备静音航行模式，在航速8.6节范围内的航行噪音低于海洋环境噪音，可大幅提升海洋研究与观测数据品质与完整性，增进分析结果的可靠度。

台湾以往的科学研究船，受限船上的设施不足，大多资料分析或实验都得要回到陆地才能执行，往往在实验发现需要补强时，因船只早已回航，错失宝贵的关键时刻。而大吨位的“海研5号”号增加了船上空间的运用，甲板有足够空间使用货柜式模组化作业，可依据不同海洋科研领域设计实验货柜，随着不同任务搬运不同货柜上船，让实验室的运用上更具弹性、方便与效率。

2013年2月，“海研5号”进行南海首航，先后开展了海洋生态、极端天气与海洋关系、海床地形地质声纳扫描、海底岩心采样，以及中沙黄岩岛水域勘探调查、南沙太平岛郑和环礁探勘等任务，并在高雄西南外海甲烷水合物能源潜在区，首度取得样本并成功点燃甲烷气。

首航任务即面临宛如轻度台风的九级大浪，科仪人员顶着夹杂海水的寒风，站在后 甲板上坚守岗位执行采样、仪器布放及回收等工作；“海研5号”航行在汪洋中显得相对渺小，大风大浪中要操作船上动辄上百公斤到几吨重的仪器有其相当的危险性，所以在完成采样、探勘的任务中还需要注意自身安全，其辛苦程度比起在大海中与大鱼搏斗的渔民有过之而无不及。

在南海航行的19天中，从启航开始科仪人员即马不停蹄的进行仪器调校与测试，为了维持探测相关设备正常运作，几乎所有人员都进入24小时轮值当班及待命，海上作业不分昼夜。例如要将长岩心采集器放到海床上采集就需花费许多时间，采集完毕后样本一取得，后续的处理、分析、保存等作业犹如生产线一般，丝毫不得马虎及延误，更是不容许有出错的可能。此时船上的科学家会马上做实验，如有追踪必要，立刻继续采样，这也使得船上的科仪人员及科学家不眠不休地在后甲板与实验室间来回穿梭忙碌，成为研究船上探测作业典型的写照。

通过这些研究人员的付出，让“海研5号”的首航带回了许多惊喜，带领科学团队首航的首席科学家中央大学地球科学系许树坤教授表示，首航以台湾最 具地质能源及生物资源潜力的南海北部为探勘标的，短短19天的航程就有许多以往未曾发现的成果，包括在东沙环礁东南方约30公里处，首次发现东沙海底火山群，以及东沙环礁西南方约30公里处发现东沙海底断层，此断层绵延长达60多公里，最大落差可达300多米，影响了今日东沙环礁附近 整体向东南凸出的海底样貌。

近年来，南海因可能蕴藏甲烷冰而受各国格外的关注，海研五号也证实在东沙南方海域确有天然气水合物的蕴藏，但因曾有大规模海底山崩的发生，因此部分天然气可能已经溢出，蕴藏量需进一步确认。

就在台湾海洋科技人员为“海研5号”的成功首航惊喜不已之际，2014年10月10日，为执行海洋大学所承担台湾环保主管部门委托的“海域大气粒状污染物监测及传输模拟先导计划”，由该中心与海洋大学、台湾中研院、阳明大学、云林科技大学、成功大学及“国研院”下属台风洪水研究中心联合组成研究团队，出海前往金门，途经澎湖龙门外4海里处，突然遭遇九级风浪，导致“海研5号”触礁沉没，两人宣告不治，另有25人受伤。

其他重要成果

依据台湾科技主管部门复评会议结论，该中心从2011年起增列“海事工程科技研发”分项计划，研究重点以离岸风电及海洋能源开发关键技术为主，建立风场及紊流场测量等前瞻技术，并配合“能源科技计划”中的“离岸风力主轴计划”，负责执行风海观测塔规划、先导型离岸风电场海事工程规划研究、先导型离岸风电场许可申请及营运规划等子计划。对于后续发展离岸风力发电及海洋能将面临的水下施工技术问题，进行海内外饱和潜水施工能量现况分析与研究，增进台湾在海洋资源调查与探采的水下自主作业能力。

此外，该中心近年在“台湾四周海域表层即时观测平台”计划项目下，于2011年如期完完成15座高频测流雷达站的硬件建设，目前正在进行天线场形测量与流场校验工作，该项目监测台湾四周海域150公里范围内的近岸即时海流，提供台当局及民间机构作为船只航行、海上休闲及海洋施工安全、海洋事故搜救、海洋污染防治、研究台湾周边海域表面海流、悬浮泥沙及溢油扩散与输送等课题的参考之用。截至2012年12月底，已有12个国家和地区的使用者，上网浏览超过28,000人次。

图5　台湾科技人员自主研发的“庭园鸟”海底地震仪（左）以及台湾甲仙地震后布放“庭园鸟”海底地震仪采集到的地震余震信号图（右）

台湾四面环海，且位于环太平洋地震带上，具有发展地震相关研究的优越地理条件及必要性。故自2008年起，该中心与台湾中研院地球所及中山大学海下所合作，针对不同类型海底地震仪的系统功能与特性进行研究、投入海底地震仪的设计与研发，并深入了解海底地震观测设备相关零组件发展的关键技术。

2010年他们完成第一代海底地震仪“庭园鸟”的原型机制作，此系统由本体平台（装置两颗玻璃球）及感震器所组成，2011年在台湾东南及东北海域进行实海测试，收集到甲仙地震余震信号。验证显示，“庭园鸟”能够在2100米水深中工作，对近震的讯号接收及远震与深震的讯号侦测皆相当敏捷。为检验“庭园鸟”数据品质，实海测试期间同时布放进口商用海底地震仪进行同步观测。比对结果显示，“庭园鸟”资料品质在主频带与商用产品同等级，且具有高频杂讯比进口商品更低的优点。2011年，他们又完成以钛合金为基材的“庭园鸟”壳体水密耐压设计，将“庭园鸟”的布放深度提升至5000米，以满足台湾东部海域的深度需求。未来将提升性能，朝向水下6000米耐压深度与60秒感测频宽的规格迈进，其所得的地震资料将成为台湾周围海域大面积或关键区域地震观测网建设基础。而发展海底地震 仪仪器元件、制程与核心设施，将可推广至其他相关实验上，进行其他仪器的研发改良，进一步支持学术研究发展及海洋探勘所需海洋仪器科技建设，降低对外国相关研究设备的依赖而达到技术自主的目标。

在对外合作方面，该中心于2011年与韩国国家海洋研究所合作开展海底地震研究，派人员在韩国盖山外海布放4组由台湾研制的海底地震仪，同时与日本名古屋大学地球水循环研究中心签署合作备忘录，共同开发双方不同雷达流速数据的合成方法，研究台湾东北海域黑潮时空流变特性，进一步掌握黑潮对全球变迁及其对海洋保育的影响。