海洋科研▏漫谈台湾海洋科技研究中心
台湾海洋科技研究中心(TORI)成立于2008年，致力成为海洋科技学术研究之后盾；发展重点为建置海洋科技研究之核心设施及技术团队，支持学术活动与执行政府部门交付的任务，成为培育台湾海洋科技人才的重要平台；应用海洋数据库与加值，提供创新服务，以促进产、官、学的合作架构并推动在地价值与全球顶尖前瞻研究议题，及研究船队之管理与维运，以提升台湾海洋研究与探测能量。
其任务目标是深耕海洋科技研发，执行海洋科技发展计划逐步落实海洋政策，订定五大核心任务，并以发展成为世界级的海洋科技研究中心为愿景。
科技核心任务包括海洋物理、海洋生物地球化学、海洋地质地物、海洋探测机电和建立海洋数据库。
一、海洋物理
物理海洋观测与模拟实验室，致力于发展远洋、深海、近实时、长期之观测与模拟技术，并提供学术研究需要之核心设施与技术人力，加速研究者尖端研究的产出，同时培育探测与数据处理之专才，具体的研究项目：①建置维护深海锚碇长期观测网；②建置维运环台岸基雷达测流系统；③建置作业化海象预测数值模式之海洋数据同化系统。
⒈深海锚碇长期观测网
“深海锚碇长期观测网MOOST（Moored Ocean Observing System,Taiwan）”南海与台湾东部西北太平洋海域，建置长期锚碇观测网。数据包含来自锚碇流速仪、流剖仪(ADCP)、沈积物收集器以及水温、盐度探针等，整合气象、海流、水文与沈降颗粒通量等项目，并且以研究船船测水文数据收集、化学与生物采样分析，提供学术探讨海洋碳循环、水文化学变化、海洋污染长程传输、浮游生物分布等生态环境研究，作为探讨全球气候变迁对环境造成影响的研究平台。
⒉岸基雷达测流系统
海洋中心于2009年开始，展开“台湾四周海域表层海流实时观测平台计划”，在“海巡署、国有财产署、军备局、工业局、垦管处、东管处、海博馆、新北市”等机关协助下，6年间于台湾沿海建置了17座海洋雷达岸基雷达测流系统 TOROS(Taiwan Ocean Radar Observing System)，建置大范围、长时间、全天候的超视距雷达海流观测平台。目前此观测平台逐时提供台湾周遭约150公里范围内，总面积194607平方公里的表层海流信息，相当于5.4倍台湾岛面积大小海域，开启了前瞻海洋科技支持海洋事务管理及海洋科学研究的新世纪。
高频测流雷达的应用，除了学术研究之外，更与海巡署、气象局与垦管处等单位合作，提供海难救助、溢油追踪、漂流模拟、海洋保育、游憩安全、船舶航行等协助，并不断努力提升系统精确度与稳定度，并致力发展波浪信息的分析技术及波流短时预报功能，使海洋中心的研发成果得以发挥具体的应用价值。
⒊海象数值仿真系统
海洋中心海象仿真系统(TOPS)，以高速运算与数值模式架构海象预测操作系统，波浪模式使用NWW Ⅲ(NOAA WaveWatchⅢ)与SWAN (Simulating WAves Nearshore)；海流模式部分引进POM(Princeton Ocean Model)，利用巢状格网互相连接远洋之西北太平洋与近海之台湾海域格网，以提高台湾海域模式格网分辨率至2.5公里。其预测作业程序由每日从网络传送中央气象局与美国NOAA大气预测模式数据作为海象模式边界条件，以自动化程序执行每日预测作业，透过网页与GIS平台实时提供波浪、海流等预测信息，并可利用模式数据的再分析，亦可提供相关海上开发规划与学术研究等用途。
二、海洋生物地球化学
有鉴于全球变迁衍生诸如气候变迁、海洋酸化、海洋污染等危机，欲了解全球变迁对海洋生地化环境及生态系统的冲击，从而提出因应与调适策略，将着重于建立海洋生物地球化学实验室基础设施与各项分析技术，并在海上进行长期且密集观测设施的设置与连续数据收集，譬如回复并延续在南海时间序列测站(SEATS)的锚碇沉降颗粒收集器布放与回收，以及逐步建立近岸海洋生物生态长期观测网。
⒈海洋生地化关键实验室
①提供海洋生地化核心仪器及实验场所，进行各类生地化分析实验，并开设仪器讲习课程、教育训练推广分析技术。
②建构维运之核心设施与关键技术，包括水文化学(盐度、溶氧、悬浮颗粒浓度、营养盐)、碳氮化学(颗粒态有(无)机碳、颗粒态有机氮、总碳)、生物(型态、叶绿素、DNA、RNA、蛋白质、生物遗传标志筛选)及沉积物分析等项目。
⒉锚碇沉降颗粒收集器平台
①沉降颗粒收集器采集的样本是水体中的沉降颗粒，可连续收集样本数天到数月、甚至超过一年，自海面沉降至深海的颗粒通量及成分，受海表面及沉降途径中的生物活动、海洋物理、海洋化学及海洋地质环境变化影响，因此可供科学家进行气候变迁与人类活动对海洋生态环境及生物泵(碳氮循环)之时序影响的研究。现阶段学研界使用沉降颗粒收集器的样品来量测之通量主要如下：颗粒质量通量、有(无)机碳、颗粒氮、蛋白石、铝、磷、微量金属、氮同位素、碳同位素、有孔虫、放射性核种、有机污染物等。
②南海时间序列测站(SEATS)为全球海洋通量观测网(JGOFS)的成员，台湾在2003-2009年间曾经在此以沉降颗粒收集器进行时间序列观测，以了解环境因子及水文变化对海洋环境的季节影响，成为海洋生物地球化学重要的工作之一。本中心于2013年9月于SEATS重新建置并恢复锚碇沉降颗粒收集器平台的运作。
③锚碇沉降颗粒收集器平台的运作主要是在南海北部的SEATS测站长期进行深海锚碇沉降颗粒收集器串行之布放与回收工作，每个串行在2000及3500公尺处放置一个沉降颗粒收集器及流速仪，以8天一瓶、每个深度总共24瓶的方式连续收集样本。回收样本由中心进行分样及颗粒质量通量、颗粒有(无)机碳及颗粒氮的分析工作，同时开放学研界样本申请。
⒊近岸海洋生物生态长期观测网
“生物多样性公约”于1993年12月正式生效，保育生物多样性及永续利用逐渐成为全球人类共同之概念。此生物多样性保育包含物种多样性、基因多样性及生态多样性。于生物多样性高的热点(hotspots)设立保护区的方式，被认为是保护陆地生物多样之最有效率策略，Roberts et al.则将此保护策略推展至海洋生物之保育。故计划长期搜集台湾周遭海洋生态背景资料，希望对长久以来台湾的海洋生态环境基础资料不足的问题有所帮助。主要着眼点在于沿海栖地底质及生物多样性调查，整合环境参数及生物栖地基础数据以提供海洋生地化相关领域的研究基础。
三、海洋地质地物
建立由浅至深地壳全断面测绘技术，为台湾周边海洋地质灾害”诊断”与”切片” 如同侦测人体病灶的断层扫描一般，海洋地球物理探测技术就像对地球拍一张透视影像。科学家们除了利用拍摄影像研究地球的演化历史外，更可知道哪里有异常，如：海底地层的不稳定、地震灾害、海底山崩的历史、矿藏或化石能源分布等。但由于地球范围广大，科学家们针对同一区域的问题可能有不同见解，此时就得借助钻探采样，验证地球物理探勘的正确性。因此，海洋中心将布建海底地震仪观测网、长支距震测系统与长岩心探采暨分析技术为三大”诊断”与”切片”工具，建立由浅至深全断面地壳测绘与分析能力，针对台湾周边潜在地质灾害区域进行探勘，搭配海床及近海床测绘，共同分析地质灾害的时空分布，未来建立地质灾害图谱以供海域防灾减灾施政参考。
⒈海洋岩心库
海洋岩心库暨实验室(MCRL)的前身为国科会海科中心基隆分部岩心库实验室，于公元2009年纳入财团法人国家实验研究院台湾海洋科技研究中心(TORI)，参与整体服务运作，担负起建立国内海洋样本实体库、岩心研究专门设施与技术实验室、并参与海洋调查计划等任务。 海洋地质与海洋地球物理为海洋科学研究之重要领域之一，利用海洋研究船于台湾邻近海域海域所探取的岩心为研究台湾邻近海域与其它大洋沉积学、微体古生物学、古海洋学、岩石学、地球化学、海洋地球物理学、古地磁学和物理性质的基础材料。为使台湾海洋学者于参与国际合作或国内各项计划所探取之岩心，分析后所得之数据能够受到有系统之维护与管理，同时并能为驻岸研究者建立便利之相关研究环境，成立并维持一国家级之海洋岩心库实验室与海洋岩心数据库实属必要。
海洋岩心探采设备
岩心基本分析设备仪器
⒉水下探測
在浅水海域（水深40公尺以内）进行水下搜索时，通常最直接的方式就是派遣具技术专业潜水能力之潜水员进行肉眼搜索。利用潜水员进行水下搜索时，首要条件为水下目标物位置已精确定位且为极小范围搜索，同时潜水作业必须在海况符合人员潜水安全条件下才能执行。然而茫茫大海无从开始，海况险恶随时危及潜水员性命。超过40公尺以上的海域则不适合潜水作业，危险且容易致使潜水人员罹患减压症（俗称潜水员病）。
声学水下探测仪器有多波束声纳(MBES)、侧扫声纳(SSS)与底质剖面仪(SBP)等，其应用因声波频率与发射能量的不同有所差异。多波束声纳应用于大范围与三维海床测绘，拖曳式侧扫声纳则快速测绘水下目标物。底质剖面仪则探测较浅层的海床地层，制作地层影像图。拖曳式水下探测仪器如侧扫声纳或底质剖面仪搭配超短基线(USBL)水下定位器，可获得仪器与工作船的相对位置，提高水下探测仪器的定位精确度。
海床上的岩盘或沉积物大多是非磁性物质，水下目标物依其磁性区分为磁性或非磁性物质，如古代沈船多为非磁性木造物质，而近代沈船（如二战军舰）或落海机具大多为钢铁磁性物质。磁力仪(MAG)的功能即是用来调查海床底质结构或水下目标物所造成的磁力异常，并绘出磁场等值线图做为分析。等值线图有较密的等值线之处，可解析成磁力异常集中处。
水下探测技术应用范围广范，在社会公益面，可支持海洋国家永续发展政策以及机具落海协寻；在科学研究面，如海床地形地貌调查以及长期海洋科学与海域监测研究等；在产业应用面，如离岸风力发电场址地形与海底管线调查，以及水下目标物探测等；在创新技术面，可支持海洋科技研发，发展水下探测载台以及快速水下探测技术等。
⒊长支距震测系统
海洋中心所建置之长支距震测系统（简称本系统）属于新一代地层震测探勘的利器，系统由三大主要单元所组成：①高压空气震源暨控制系统：货柜模块化内含两组浮筒高压空气震源，由SERCEL G-GunⅡ150立方英吋及250立方英吋容积，共16支空气鎗所混合编成，系统可释放最大总容积为3200立方英吋，若利用减容块调配鎗体容积以有效压制震源气泡效应，则最大总容积为2300立方英吋；②导航控制与浮标追踪系统：采用SERCEL导航系统及SEAMAP浮标追踪系统以随时监控震源、浮缆稳定器及尾端浮筒空间坐标，另可使用导航驱动模式以等间距炸测，可输出油工业标准的P1及P2格式之导航数据；③数据搜集与管理系统：采用SERCEL固态受波器浮缆，并以SERCEL Seal系统进行数据搜集与质量控制。
表层至深层海洋沉积物采样设备，这包括表层沉积物抓泥器、小型箱型岩心采样器、小型重力/活塞岩心采样器、巨型活塞岩心采样器等
海洋岩心基本分析：海洋岩心物理性质量测（如波速、孔隙率、密度、磁学参数等）、岩心沉积学与岩心描述（如岩性、颜色、颗粒粒径、矿物成分、海洋微体化石、沉积构造等）、岩心表面反射色测量与数字影像
四、海洋探测机电
海洋观测仪器绝大部分是由国外进口，关键技术皆掌握在国外厂商手中，价格昂贵且维修往返耗时。与陆地上仪器设备相比，海上设备耗损特别严重。因此中心以具科学研究迫切需求的工程技术开发为主，成立具自主技术的科仪研发团队，确保上游科学研究和下游工程技术之间的连结，建立一个永续的海洋科技研发能量。海洋机电实验室发展以学研界对海洋之研究需求，进行海洋探测前瞻技术研发，整合国内海洋相关的仪器设计、制作、研发等技术，作为科学议题背后的工程技术支持，现阶段两项主要任务：培植重大探勘设备深海无人载具(ROV)的操作及维运技术建置与海底地震仪(OBS)研发，促成台湾海洋科技发展体系之垂直整合，根植台湾自行研发海洋科学仪器的能力。
⒈海洋科仪研发
永续海洋研究发展，自主开发具尖端、弹性且低成本之观测仪器，针对中心内部计划之间的资源整合及技术支持， 如海底地震仪将应用于“海洋地质灾害长期观测网”；海气象观测系统及剖面水温观测系统将应用于“深海锚碇长期观测网MOOST”。
海洋地质灾害应用之海底地震仪、短周期海底地震仪及海底电磁仪：海底地震仪科仪研发，发展过程中与中央研究院地球科学研究所、中山大学海下科技研究所形成学术、技术与人才培育资源的三方合作模式，在合作架构下建立关键技术、取得专利及布放回收技术，并进一步发展短周期海底地震仪、海底电磁仪，目前都已进入封装测试阶段。
深海锚碇观测网之资料浮标：中心科学研究迫切需求自主技术开发与扎根，以永续海洋科技研发能量。中心深海锚碇观测网所使用之数据浮标，延伸陆上气象站的观测外，亦可应用于大气边界之动力交换的物理海洋研究；浮标水面以上为气象监测设施，包含风速、风向、气温、气压、湿度、日照等，水面以下沿着缆线挂载温深探针(SBE39-IM)串行以取得表层海水温度之垂直分布数据。以往仅透过卫星通讯接收水面上之气象数据，水下数据必需透过回收后才能取得，因此透过水下磁感应系统实时传送水温数据至系统，合并气象数据定时回传，将可提高研究时效性与降低成本。
⒉深海无人载具操作及维运建置
ROV具备深海观测与样品采集能力，各类应用如海洋能源探勘、海底缆线勘查、科研设备安装修复、事故侦查搜寻等。中心目前正积极培训维运与操作团队，同时发展与科学家互动之科研探测平台，建立符合实务需求的深海探测服务系统。
ROV系统维运、布放回收技术建立：ROV系统包含了载具本体、3500公尺光纤电缆、ROV专用绞机及ROV控制室。其中ROV控制室整合了所有通讯、影像与控制讯号，载具本体主要则由电子、光纤、主动油压与被动油压等系统组成，均需要各项高专技术整合。为让系统正常工作，必须执行例行性养护，进而建立自主操作、维修、保养与系统升级之能力，以应付未来海上独立作业。此外，布放与回收的过程极为重要，其虽属于甲板作业技术，但载具操控与甲板作业仍需高度默契配合，才能成功且安全的完成探测航次。
水下导航与机械手臂操控技术训练：ROV下水后，在海况允许的情况下可进行多日的连续作业，如同飞机驾驶舱，货柜型的控制室里配备了精密的控制系统，包含载具动力、六轴速度、水中姿态、油压状态、高画质影像、照明、通讯、声纳避障、水下定位以及环境信息如水压、水流、水温等多项信息，并于多达16支监控屏幕上呈现。ROV上的机械手臂与外挂的科学设备，分别由正、副驾驶操作，达成各任务的需求。而控制室外的甲板配置ROV专用绞机用以收放光纤缆线。ROV团队成员都必须能够独立且立即应付各项系统之突发状况，因此需要受过专业训练与累积长期的实战经验。
科学实验目的整合发展：中心建置之水下遥控载具符合科研与工程用途，可规划建立满足使用者作业需求的接口与工具，如配合改装或加装采样设备。ROV本体除可提供安全飞行的信息外，另可额外提供250公斤酬载、各式直流电源、可实时传输数据的通讯系统与压力可调式液压回路(工作压力210bar以内)，亦可加载或设计各种加挂设备以满足科学研究需求。
水下导航与机械手臂操控技术训练
科学实验目的整合发展
五、海洋资料库
以云端技术汇整并展示中心各类海洋观测资料，包含研究船、环台岸基雷达测流系统(TOROS)、深海锚碇长期观测网(MOOST)、作业化海象预测数值实验系统(TOPS)、海洋卫星遥测等观测数据，建立数据检核、登录、QA/QC等标准数据处理作业程序，发展数据管理及加值应用服务系统，建置分布式海洋环境数据、信息与知识服务，形成海洋数据流通与供应服务网络，做为国内海洋数据与信息供应的主要窗口之一，满足政府、产业、学研等相关单位及一般民众对海洋信息查询与应用之需求。
海洋环境数据库以云端技术汇整并展示中心海洋观测资料包括研究船、岸基高频雷达测流系统、海气象数据浮标、卫星遥测等探测数据与数值模式海象预测数据，建立数据检核、登录、QA/QC等数据处理标准作业程序(SOP)，发展数据管理及应用系统，建构海洋环境科学数据与技术服务平台，提供数据使用者查询检索。
⒈船测资料
收录随船相关探测设备所收集纪录的数字原始数据以及航次摘要报告、航次探测纪录等相关纪录文件档案，初步规画有14种以上数据项需要登录管理，收集的研究船数据包含海研五号以及海洋中心人员参与国内三艘研究船(海研一、二、三号)或是国外研究船进行探测活动的航次纪录数据，目前已建立航次资料、水文(CTD)数据、海流(sb-ADCP)资料、鱼探仪(BioSonic Fish-Finder)数据与岩心采样点数据等数据项数据库。
⒉环台岸基雷达测流系统(TOROS)
海洋中心已完成环台17站高频雷达测流系统(CODAR)之建置，系统定时自动产出环台以及北部基隆海域与南部南湾海域之表层海流数据，并经由自行开发之数据处理程序汇整至TOROS数据库，提供近实时表面海流观测数据之查询与展示。
⒊海气象数据浮标系统(Buoy)
海洋中心建置维运近岸与大洋海域海气象长期观测浮标，长期监测海洋环境的变化，提供台风、涡旋、水团、环流等全球变迁相关研究课题所需之环境基础物理参数。浮标系统定时透过通讯卫星或电信调制解调器将观测数据传送至岸上数据收集主机，并经由自行开发之数据处理程序汇整至浮标(Buoy)数据库，提供近实时海气象浮标观测数据之查询与展示。
⒋海洋卫星遥测数据(Remote Sensing)
海洋卫星遥测系指对探测标的物进行间接和远距离的观测，藉由电磁波谱中之红外光谱的黑体辐射与不同物质对可见光谱具有不同吸收、散射原理，并搭配具有高穿透能力之微波光谱感应器等理化特性，进行海洋渔业与环境上之监测与应用，此一技术具有鹰眼作用是辅佐船测进行大尺度海洋观测、生态动力特性及生地化通量研究的利器。海洋中心整合海洋卫星遥测水温、水色、盐度、风场与水面高等5项数据产品、建立长期数据库并提供数据申请服务，提供海洋生地化及相关领域研究人员应用与分析，协助进行前瞻与基础性海洋生地化通量及相关海洋科技之研发。
⒌数值模式数据库
收集整合海洋中心自主或是与学者共同合作开发的数值演算模式，定时发布模式演算成果，并联机国际公开开放的模式数据网站撷取演算成果，整合成数值模式数据库，持续提供每日预测海象信息，开发预测数据加值应用产品，提供海洋计划执行规画、防救灾等所需之可用信息。现在整合运行中的模式有三组，一方海洋中心自主开发之TOPS模式，二为海洋中心与国内学者合作研发的TaiCOM模式，以及国际公开开放的HYCOM模式。
■资料来源：台湾海洋科技研究中心官网，编辑整理/溪流
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