文/黃真瑱 李伃芳 李奕賢
一堂有趣的地球科學課帶來一個好奇心;一個好奇心帶來一連串的探究過程。
幾年來,一直等待可以參加自然科學探究式網路競賽的年齡門檻,今(2019)年在國立台灣科學教育館蘇萬生博士和台灣師大附中物理老師李柏翰博士的鼓勵下,進行這次的自然科學探究式網路競賽。透過為期將近兩個月的探究式網路競賽學習下,我們對於小專題研究過程的步驟有了深入的了解。在過程中,透過氣象專家諮詢給予的建議,凝聚了研究主題的方向,設定了研究的問題,蒐集氣象及跨域大數據資料,研讀科普知識,學習設計統整表格,解讀分析研究結果的資料。對於國中小學生學習專題研究的入門,有很實際的幫助。本文介紹聖嬰與反聖嬰現象與台灣地區海溫及近海漁獲量之關聯性。
初階研究
一、研究題目
聖嬰與反聖嬰現象與台灣地區海溫及近海漁獲量之關聯性。
二、研究動機
(一) 隊員1
我知道南方振盪就是指東西太平洋的氣壓像翹翹板一樣變化,因此,我好奇東西太平洋的漁獲量是否也像翹翹板一樣變化。
(二) 隊員2
地科課中,老師提到聖嬰現象發生時,位在東太平洋的秘魯漁獲量會減少,我想知道位在西太平洋的台灣,漁獲量是否也受到聖嬰現象的影響。
三、預測結果
(一) 隊員1
聖嬰現象發生時,台灣的漁獲量會增多。
(二) 隊員2
聖嬰現象發生時,赤道東風會減弱,因為東風而產生的北太平洋赤道洋流也會減弱,黑潮受此影響亦減弱,導致漁獲量減少。反聖嬰現象發生時,則漁獲量增多。
四、資料整理--台灣地區
五、結果分析
(一) 聖嬰和反聖嬰現象與台灣地區整體海溫及近海漁獲量之間無明顯關聯性
我們發現台灣地區整體近海漁獲量、漁船艘數單位漁獲量及漁船噸數單位漁獲量與台灣地區所有觀測點平均海溫、台灣地區部份觀測點平均海溫(扣除年平均海溫資料3年以上無紀錄之觀測點)及台灣地區浮標觀測點平均海溫兩兩之間之相關係數(|r|<0.4)均未有顯著相關。而漁獲量、平均海溫與聖嬰現象和反聖嬰現象發生年度之間亦無法發現有明顯的關聯性。
(二) 可能原因分析
可能為許多影響漁獲量之變因尚未去除,例如:捕撈方式的改變、漁業政策的限制……等。再者,可能並非全臺灣地區的海溫及漁獲量都會受到聖嬰現象和反聖嬰現象之影響,臺灣近海洋流除黑潮外,亦有南海海流及中國沿岸流的影響。
進階研究
當我們探求台灣整體平均海溫與近海漁獲量和聖嬰年反聖嬰年並無顯著關聯時,我們考量東太平洋的北赤道洋流由東向西流,碰到菲律賓呂宋島後,分成台灣東岸的黑潮主流和西岸的黑潮支流,向北移動,因此,我們又選定距離黑潮主流最近的台東縣,進行細部分析。
接著,我們發現台東縣並無遠洋漁業,且其漁業捕撈方式較單純,近8-9成的漁獲量來源均為「鮪延繩釣」,因此選定台東縣鮪延繩釣漁獲量與平均海溫作為第二階段研究對象。
一、資料整理--台東縣
圖1.台東縣漁船艘數單位漁獲量與平均海溫標準化折線圖
二、結果分析--台東縣
(一) 聖嬰和反聖嬰現象與台東縣海溫及鮪延繩釣漁獲量之間有顯著關聯性
台東縣鮪延繩釣漁船艘數單位漁獲量、漁船噸數單位漁獲量與台東縣觀測點平均海溫兩兩之間之相關係數分別為-0.7509及-0.7163顯示兩者之間有高度負相關。聖嬰年台東縣近海海域之平均海溫上升,鮪延繩釣單位漁獲量減少;而反聖嬰年則台東縣近海海域之平均海溫下降,鮪延繩釣單位漁獲量增加;正常年度(無聖嬰及反聖嬰年)則平均海溫及單位漁獲量均居中。
(二) 2017年台東縣平均海溫偏高之原因分析
我們發現2017年雖為反聖嬰發生年,但年平均海溫是近10年最高的,而單位漁獲量卻是最低的,可能原因如下:2014-2016年為強聖嬰現象,2017年底-2018年初為弱反聖嬰現象,因此2017年的年平均海溫可能是受到2014-2016年強聖嬰現象影響所致,再者,全球暖化導致全球海水溫度持續上升,亦為原因。
結論
一、聖嬰與反聖嬰現象對於台灣整體平均海溫和近海漁獲量並無顯著關聯
二、聖嬰與反聖嬰現象對於台東縣近海平均海溫及鮪延繩釣漁獲量有相關聯
聖嬰發生年台東縣近海海域之平均海溫上升,因此漁群減少,鮪延繩釣單位漁獲量減少;而反聖嬰發生年則台東縣近海海域之平均海溫下降,漁群增加,因此鮪延繩釣單位漁獲量增加。
從歷年參賽選手與家長給的經驗分享與回饋中,不難看出家長對於孩子參與WRO與FIRST系列機器人活動的認同,在準備與競賽的過程中,孩子對機器人、程式與機械的興趣都有所啟發,這股熱忱促使他們不斷努力、自我突破,最終取得了出國參與世界賽的門票。以下節錄家長及參賽選手的回饋 與心得:
可能的限制及誤差來源
一、漁獲量的多寡與漁船數量的關係
漁獲量的多寡應會直接受到漁船數量變化所影響,所以必須去除這個變因,但漁船艘數的增減又無法完全反應漁獲量的變化,因為若增加一艘5噸的漁船或增加一艘20噸的漁船,二者增加的漁獲量可是不同的。但若使用漁船噸數來反應漁船數量變化的變因也無法完全反應漁獲量的變化,因為若增加一艘5噸的漁船或增加一艘20噸的漁船,二者增加的漁獲量20噸漁船不會是5噸漁船的4倍。故缺少適當的權重比例是我們遇到最大的問題,所以只能分別以漁船艘數及噸數分別計算單位漁獲量。若能取得正確的權重比例,相信台東縣近海漁業鮪延繩釣漁獲量與平均海溫間之相關性會更高。
二、漁獲量會受到外在變因的影響,例如:漁業從業人口數及年齡的變化、捕撈海域的改變、漁船作業時間的長短、漁業政策的改變,都可能會影響漁獲量,無法完全排除這些。
三、過度捕撈、棲地破壞、海洋汙染及溫排水會導致漁業資源枯竭。
四、全球暖化海水溫度持續上升,2016年、2017年、2018年海溫持續創歷史新高, 對漁獲量也會造成重大的影響。
五、部份魚種其生存的水溫範圍較廣,如鯛魚、鱸魚等,因此漁獲量較不會受到平均海溫影響而變動。
建議未來改進的方向
一、捕撈對象為冷水魚種或暖水魚種時,是否會有不同結果?將來再進一步探討時,可考慮將冷水魚種和暖水魚種分開研究。
二、由於漁獲量會受到外在變因的影響,例如:漁業從業人口數及年齡的變化、捕撈海域的改變、漁船作業時間的長短。若可以針對單獨一艘漁船的漁獲量做長期追蹤,就可以排除前述的外在變因,對於研究的結果會更加精確。
三、漁獲量與溫度的相關連結,雖然呈現出相關性,但是本研究又提到黑潮問題,所以要釐清是黑潮帶來漁獲量,或是溫度變化帶來魚群,而溫度與黑潮潮流的連結分析該如何下手,也是值得深思的。
四、未來也可以考慮探討海面養殖(如箱網養殖)與平均海溫的關聯性。亦或再縮小範圍只以特定魚種之漁獲量作為研究對象,例如鮪魚或旗魚,探討其漁獲量與海溫及聖嬰、反聖嬰現象之關聯性。
五、由於此次研究受限於近10年資料較為完整,故只使用2008-2017年的資料,將來可持續蒐集2018年、2019年的相關數據進行探究。
圖2.自然科探究式網路競賽頒獎典禮
圖3. 氣象專家洪景山、陳怡良老師與參賽者李奕賢、李伃芳同學
圖4. 台灣師大附中李柏翰老師、參賽者李奕賢、李伃芳、金華國小黃真瑱老師
圖5. 參賽者李奕賢、李伃芳
資料來源