科學人雜誌
特別報導

南海科學 為台灣發聲

2019-12-01 宋克義、林博雄
我國在東沙島、太平島設立了全南海唯二開放的研究站,讓全世界的科學家在此從事珊瑚、氣象等獨特的科學研究。

重點提要

  1. 台灣所建立的東沙國際海洋研究站與太平島國際研究站,是南海上唯二的科學研究基地,可讓來自世界各地的科學家在南海進行長期研究。
  2. 東沙島與太平島位處全世界海洋生物多樣性最高與亞洲冬夏季風交替的海域,不僅具有豐富的軟珊瑚物種,也是研究珊瑚白化現象的重要地點。
  3. 海洋屬於開放環境,不能以陸地思維進行管理,而是必須透過國際科學合作來建立信任關係,才能達成和平共享海洋資源的前景。


近年來,南海如同北極般爭端不斷:中國持續以人為方式擴展島礁的陸地範圍,並增強中國海軍在南海的控制力量;菲律賓向國際法庭申請仲裁,主張中國違反聯合國海洋法公約,這些動作都進一步提升了南海的緊張情勢。其他南海周邊國家例如越南、馬來西亞、台灣也都紛紛提出聲明,以爭奪南海主權。各國除了意圖佔有漁業、石油與天然氣等天然資源,也欲確保海上航運的商業利益與戰略價值。據估計,全世界有近1/3的海上貿易量經過南海,例如由中東出口到日本、中國和韓國的原油。


我國實質控制的東沙島、太平島本身資源有限,但島嶼周圍海域卻可能蘊藏豐富天然資源。因此除了維護東沙島、太平島的主權,我國政府也積極建立國際研究站,透過科學讓台灣在南海佔有一席之地。


汪洋中的科學綠洲


在科技部的主導下,我國在南海建立了兩座研究站,一座是2012年設立的「東沙國際海洋研究站」,位於東沙環礁的東沙島上;另一座是2019年初步建構的「太平島國際研究站」,位在鄭和群礁的太平島上。其中東沙島沒有主權爭議,可供潛水的海域(水深20公尺以內)範圍廣達500平方公里,比台北市更大。兩座島嶼分別位在緯度10度和20度,東沙島距離高雄港有400多公里,而太平島則是遠在1600公里之外(參見72頁地圖),已靠近亞洲第一大島嶼婆羅洲,光是開船就要三天才能抵達。因此太平島研究站最大的挑戰,就是科學家如何才能抵達這座遙遠的小島?


在海巡署的大力幫忙下,科學家得以利用海巡船隻巡護的機會登上太平島從事研究工作。無論是東沙島或太平島,當地駐守的海巡人員都提供了許多後勤支援,使科學家可以專注在難得的研究上。此外,內政部營建署海洋國家公園管理處和中華民國海軍設於兩座島嶼的氣象台也提供了專業服務,使各項工作得以順利展開。


說到在偏遠的地方做研究,國際太空站和南北極的研究站可算是典型的例子。這些地方的研究有兩個特點,一是科學家來自全球各地,二是進行的研究都善加利用地點的特殊性。東沙島和太平島雖然沒有太空和極地那麼具有挑戰性,卻是整個南海唯二開放給國際科學界,而且交通和後勤支援相對方便的場域。


那麼我國政府在這兩座島嶼設立研究站,目標是要從事什麼樣的科學研究呢?


北南海有全世界規模最大的海洋內波,造成海水垂直交換,可能危及潛水艇的航行,但它同時把低溫的深層海水和豐富的營養鹽帶到水面來。內波對缺乏營養鹽的珊瑚礁和熱帶海洋生物的影響,也是科學界想要探索的問題。例如2019年5~7月間,美國加州大學團隊和海洋研究船配合,在東沙島的東邊礁台研究內波接近島嶼時的動態反應。


以往進行內波研究時,主要需以研究船為基地並配合人造衛星影像來取得研究資料,但是造價高昂的研究船只能短暫停留,加上每天新台幣上百萬元的營運費用,限制了研究的發展性。直接設置在東沙島與太平島上的研究站便可以彌補這個缺點,有助於科學家長時間從事駐島研究。東沙國際海洋研究站不但設有研究艇隊,可在偏遠的南海島嶼進行科學任務,也同時開放給各國科學家前來勘查研究環境,發掘東沙島和太平島具有優勢的研究項目。


奇特的珊瑚礁生態


從海洋生物多樣性的角度來看,科學家對南海的認識可說是一片空白。事實上,全世界海洋生物多樣性最高的海域就在「珊瑚大三角」,主要包含印尼、菲律賓、東帝汶等國家,東沙島與太平島就位在大三角的北部。2019年9月,來自澳洲的德國籍海綿專家西恩博(Christine Shornberg)在東沙島進行了兩個星期的調查研究,當時她發現的鑽孔海綿有80%都是科學界不知道的新物種。她和台灣的天然藥物專家合作,希望能夠進一步找到具有藥物潛力的資源。珊瑚大三角、東沙島和太平島做為天然資源的寶庫,讓我們能夠學習如何善加利用資源。


軟珊瑚是東沙島周圍環礁的特色生物,只生存在外環,但是覆蓋率比石珊瑚還要高。全球四位頂尖的軟珊瑚專家中就有三位(分別是美國和以色列學者,以及台灣大學教授戴昌鳳)到過東沙島。他們潛水上來後的第一句話是「相見恨晚」,並且公認東沙環礁為「軟珊瑚首都」。至於造就東沙環礁軟珊瑚盛況的環境因素,三位專家則有不同的說法。


東沙環礁可分為內環和外環,各自形成兩種截然不同的生態環境:內環的水溫比較極端,也就是夏天更熱、冬天更冷,使得內環海域的珊瑚礁經常白化;但是外環從未發現過大量白化的現象。2019年6月在高雄舉辦的國際東沙研討會上,美國波士頓大學教授柯恩(Ann Cohen)把東沙環礁的外環稱為超級礁(super reef),並且大膽預測此區域的珊瑚很可能在未來幾十年都不會白化,這跟澳洲大堡礁的命運有很大的不同,因為大堡礁受海水暖化影響,在2016年、2017年都出現大規模的白化現象。


更重要的是,中央研究院環境變遷研究中心聯合美國伍茲赫爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)和波士頓大學的團隊在東沙島研究珊瑚礁鈣化情況,意外發現東沙島的珊瑚礁具有全世界目前為止最高的群聚鈣化速率,並且提出好幾個可能的關鍵機制,包含內波、營養鹽、珊瑚白化等。

我們不妨想像未來,東沙環礁的外環很可能成為全球珊瑚礁的諾亞方舟。若是如此,科學家的首要任務是什麼?有人提出要提升保護強度,有人提出要尋找更多的不白化證據,還有人認為了解東沙外環不易白化的機制,才是扭轉全球珊瑚礁命運的關鍵。例如,內波明顯是造成東沙外環水溫較低的原因,如果沒有這些內波,水溫會比目前高出多少?這個問題的答案可用來預測東沙外環的珊瑚礁能比其他海域的珊瑚礁多存活多少年。保護東沙環礁,或許比保護其他海域中可能大量白化的珊瑚礁更為優先。

氣象研究的關鍵地位

此外,東沙島位於台灣夏季季風的前哨站,西南風挾帶的厚實水氣和風速,成為科學家研究中國華南和台灣5~6月梅雨狀況的重要參考。中央氣象局在東沙島設立的剖風儀(wind profiler)、微波輻射儀與無線電探空儀(radiosonde),提供海面到高空20公里的風場、溫度和濕度資料,科技部增添的雲幕計(ceilometer)和全天空雲量相機則提供雲底高度資訊。東沙島是觀測通過南海的大氣長河(atmospheric river)的關鍵位置,這些長期連續性氣象觀測可用來校驗衛星影像的定性結果。

位處南海海盆中央的太平島國際研究站,所在區域的海洋生態調查因涉及中國與越南駐軍而有所限制,但太平島也建置了無線電探空儀以觀測高空氣象、雲量和雲底,能夠發佈透明氣象資訊到國際網路,同時邀請美國華盛頓大學來此設立閃電偵測天線,提高南海閃電偵測空間的定位精度。

太平島周遭每年的夏半季(5~10月)都會發生西南湧、颱風,冬半季(11~4月)則會發生寒潮、東北風,南海大氣和海洋洋流的電腦模擬研究可提供海上航行安全的天氣預報。這些氣象資訊是南海科學研究的基礎,也是讓全球氣象「看見南沙太平島」的亮點。

以科學培養國際合作關係

許多人關心南海海床上可能蘊藏豐富的石油和天然氣,事實上,由於目前南海島嶼的主權歸屬與海域劃分具有爭議,石油公司在南海大部份海域都沒有探勘或投資計畫,因此南海海床上的資源蘊藏量以及是否具有開採的商業價值,都有高度的不確定性。國際合作探勘與開採資源行動,可能要等周邊國家都有務實考量後才能開始,在此之前,首要任務是建立各國之間的互信,埋下合作的契機。

南海有許多國家相當依靠海洋資源,但是國際合作卻十分有限,這相當不利於資源的永續利用。客觀的科學研究是建立各國互信與合作的有效方法,例如洄游性魚類並沒有國家疆域的概念,牠們可以從菲律賓周遭游到台灣、日本等附近海域,要想持續利用洄游性魚類資源,除了累積科學知識,還必須仰賴跨國合作才能適當管理捕撈狀況。

在傳統山林保育的觀念裡,各國習慣以陸地思維保護特有物種;到了海洋,則必須因海制宜。海洋生物族群十分開放,在各個隔離島嶼之間相互流通。很多海洋物種分佈廣泛,沒有因為距離遙遠而分化或種化。在這個客觀條件下,人們必須採用開放思維,充份利用全球研究人員的能力,配合地方豐富的生物資源,才容易找到有前景的方向。無論是漁業利用或物種保育,都必須建立國際合作才能更有效果。

舉例來說,台灣海域的大型硨磲貝已經消失,但在菲律賓卻能夠人工復育。新加坡的研究人員發現,台灣和菲律賓的硨磲貝是同樣的種類,因為牠們的幼體在南海四處散播,原本就是一個大族群。因此台灣科學家可從菲律賓的成功案例學習經驗,菲律賓硨磲貝專家也希望從東沙島移植自身海域已消失的種類。

綠蠵龜是另外一個例子,根據中山大學海洋科學系利用空拍機的初步估計,漲潮時太平島四周的珊瑚礁台約有1000隻綠蠵龜在活動。在幾浬外,越南軍民駐守的島礁卻很可能是另外一個極端,一旦綠蠵龜的棲息環境被破壞,命運將大不相同。其他國家如何幫助當地政府組織恢復綠蠵龜生態?台灣海洋大學設有海龜研究室,馬來西亞則有豐富的綠蠵龜復育經驗,東沙研究站也聘有馬來西亞籍的華僑專任助理,可以有效轉移成功經驗。

由於我國政府的開放研究政策以及海巡署和海洋國家公園管理處的後勤支援,使我們的東沙島成為南海研究的優良場域。光是2013~2017年,就有超過20個國家的科學家前來利用這裡的設施,並與台灣學者合作進行研究。南沙太平島國際研究站在2019年完成初步雛型後,將提供更多南海科學研究的島嶼基地服務。

台灣成立科學研究站對南海的貢獻,以「東沙」(Dongsha)為關鍵字搜尋科學文獻發表數目便可知:東沙研究站從2012年11月成立至今,台灣科學家貢獻的比率已由18%提升到35%。這些科學研究除了告訴世人南海的特殊自然狀況,也讓內行人了解南海是適合進行科學研究的場域,並且實際能以東沙環礁和太平島的研究成果做為現階段南海生物多樣性的代表。至於提高台灣在國際及南海議題上的能見度,甚至進一步鞏固主權,那就不言自明了。



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