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文、圖──
國立中山大學海洋科學系退休教授、研究員 曾若玄
國立高雄科技大學通識中心兼任助理教授 沈勇廷
一條地表最長的藍色公路
海流指的是海水大規模朝向穩定的方向流動，基本上可以簡單區分為「洋流」與「潮流」兩大類。洋流是發生在外洋的恆流，其流速和流向比較穩定，潮流則是存在於沿岸與近岸海域，會隨著潮汐週期而改變流速大小和流向。海流除了調節氣候外，也能供給生物所需的營養與幫助牠們移動，是地球上最長的一條「藍色公路」。
洋流的形成機制是海水受到外力的作用而開始流動，流動的海水會受到地球自轉的效應在北半球向右偏轉（南半球向左偏轉），緯度愈高偏轉愈大，稱之為「柯氏效應」。壓力和柯氏力平衡之後形成了副熱帶環流（subtropical gyre）（如圖1所示），此種環流在太平洋和大西洋表層都有存在。例如北太平洋環流就包括北赤道洋流（由東向西）、黑潮（由南往北）、北太平洋漂流（由西向東）以及加州洋流（由北往南）四個分支。洋流另一種成因是受內力，也就是海水的溫度與鹽度受到外部的影響而改變，稱之為溫鹽環流（thermohaline circulation）。此現象發生於海洋內部，流速緩慢。它最終會湧升到海面，與表層環流結合，形成海洋中的輸送帶，對於調節地球的熱量收支扮演重要的角色。
綜合以上各種因素，使得洋流流動距離得以橫跨地表太平洋赤道區域，幾乎可達半個地球如此遙遠，直到遇到地形阻礙而改變海水流向，而其流動方向不僅有東西向，也有南北向，更有上下對流，且各有不同層面的影響。
東西向跨海洋流不僅幫助了哥倫布發現通往美洲大陸的新航線，也成功幫助麥哲倫突破當時「地平說」的窒礙，更造就海上貿易的新時代與隨之而來的東西方文化、貿易、經濟的快速交流的新管道。南北向海流則影響經過冷熱海域時與大氣間熱量的傳遞與平衡，為氣候變化提供重要關鍵的動力因素。
除洋流外，還有因前述部分海流離開原來位置後，其附近海水因補償作用產生的迴流以補充留下的空間，以及因海流通過的海陸地形深淺寬窄變化時、水與地形摩擦力與星球引力的共同影響造成近岸漲退潮流、湧升流與下沉流。當深海海流來到近岸因地形抬升造成湧升現象為大海表層帶來養分，不但帶來豐富的漁業資源以外，下沉流也為深海生物帶來溶氧與養分。而潮流表現的特性是受到太陽與月亮引力共同影響下，造成平行海岸流速大於垂直海岸流速，流速流況變化與洋流相比，更是複雜多變，使得潮流在海陸交界區域的生態與環境扮演如時鐘定時啟動關閉的重要角色，呼應海洋生物活動與季節變化的節奏，並且密切地影響人類在近岸的作息活動。
要如何觀測記錄海流呢？
水中生活的魚類可以利用水的流動帶著牠們到處旅行，但人類要如何觀察海水複雜的流動過程呢？在眾多觀測工具中，使用漂流浮球（drifter，如圖2）記錄海流軌跡已行之多年。海面浮球內有電池與衛星發報器，水下有中空洞襪式的拖傘，拖傘中心在海面下方15米，也就是在海面混合層內，可以隨著表面海流漂流。此測法啟迪於「瓶中信」，CP值高且省工省錢，而隨著科技進步使得這類觀測結果可以即時將資料傳送到遠端，特別適用於需要持續監視且海況險惡的海域，幫助科學家進行觀測記錄。如圖3與圖4皆為本實驗室浮球觀測紀錄結果，可以看出不同特性的浮球軌跡漂流模式。
另一種方法是佈放海流儀或流剖儀於固定點位，記錄海流隨時間的變化。此法的優點是可以得到海流的時間序列資料，進而可以分析出潮汐、慣性、長週期等特性，缺點則是費用較為高昂，因此無法涵蓋太多測站。近年來國際上發展出一套適合觀測沿岸海流的方法，就是岸基式高頻雷達，簡稱CODAR（Coastal Ocean Dynamics Application Radar），特點是可以提供高時空解析度（大約幾公里間距的逐時表面海流）的近即時資料，不受天候影響，涵蓋範圍約為離岸一、兩百公里之內。臺灣自2009年起在環臺海岸也架設了19座高頻雷達測站，依照任務需求設置不同解析度與距離規格來觀測海表面流場，圖5展示出2017年9月23日流場觀測結果和各雷達站位置，大幅提昇了對近岸海流的觀測即時性、便利性與可靠性。
CODAR資料亦可用來研究洋流與潮流，我們將高頻雷達蒐集多年的實際海流（包含潮流和洋流）資料先分離出潮流，將潮流濾除後的餘流留下，再依照各年的餘流資料加以平均，便可得到特定年間的平均洋流流場，如下頁圖6恆春半島東西兩側海域與圖7墾丁南灣漲退潮的觀測紀錄。而上述方法都可提供足夠資訊，使科學家與大眾即時掌握海況。
圖6.恆春半島東西兩側海域的多年平均洋流場分布圖。呈現高頻雷達於2013至2020年的觀測紀錄，左圖為夏季、右圖為冬季。可以看出夏季受南海暖流北上影響，海流於巴士海峽北側向東流出後匯入黑潮，沿臺灣東岸轉向北而去；而冬季時黑潮支流向西流進入臺灣西南海域後，受東北季風作用影響，常形成順鐘向的反氣旋渦並且向西或西南移入南海北部。（資料來源：本文作者 / 重新製表：劉晏余）
海流對生態環境的影響與應用
海流帶來的不只養分與食物，也帶來維持生命所需利用的溶氧，在深海中的生物也須利用水中溶氧才能生存，少了海流，也將減少海洋的豐富性。此外，溫暖海水不僅提供海洋生物繁殖季節所需的熱量與豐富食物，同時也讓脆弱的生物幼苗得以安全成長與獲得長途遷移的動力（如圖8日本銀鰻的生活史，各個階段受黑潮及其支流推送）。
被氣候影響的海流也會因為水溫改變，導致海洋生物遷移路線的變動，例如每年冬季自農曆11、12月到過年期間，原來在臺灣以北的東海海域中棲息成長、脂肥卵滿的烏魚會趁冷冽的東北季風鋒面南下時，隨著低溫的中國沿岸流向南推送進入臺灣海峽的南部海域繁衍。但若是鋒面風力不夠強冷或是海峽內水溫不夠低，則會影響烏魚南游進入海峽或是停滯於臺灣北部海域，導致南部漁民無烏魚可抓，影響漁民生計。
海流不只對海洋生態影響深遠，也與現今人類的經濟活動、運輸交通、休閒娛樂、漁業安全關係越來越密切，萬一發生海上意外事件如漁民作業落海失蹤通報搜尋時，研究人員發現可以利用前述高頻雷達資料加上周遭海域的海氣象資料進行整理分析，依據人員落海（Person In Water, PIW）後時間的累加來預測人船漂流的模擬位置。如圖9為2017年2月18日發生在屏東大鵬灣案例，於23日實際尋獲位置與模擬位置有吻合結果，說明日後類似意外事件若再次發生，掌握事件的時間與位置，配合上述即時的資料進行整理分析，做出即時或未來數小時的模擬資訊給相關單位參考採用，適時調度搜救資源分配，必定可以提升搜救效率。
海流除了帶來生機，也會帶來垃圾。如1992年有貨櫃船在北太平洋上因遇到風暴造成數個貨櫃落海（見P21圖1，1X），其中多達2萬多隻黃色小鴨玩具飄浮在海上，人們首先在北美阿拉斯加海岸（圖1標示2）上發現小鴨，但隨後小鴨也出現在圖標3-6的位置。這事件隨即吸引民眾的注意力，進而認知在海流的推送下，海洋廢棄物被限制於洋流輻合區而形成巨大帶狀區域，長期駐留於北太平洋中的某些位置，如中途島到夏威夷群島海域（圖1，G2）附近，或是日本東南方海域（圖1，G1）上，並形成所謂太平洋垃圾帶。若不加以處理此類廢棄物，長期下來分解成小分子，將有很高機率進入生物食物鏈，最終進到人體，值得大家關注與處理。
臺灣因地利之故，在周遭海域匯聚了南來北往的各種海流，除了帶來豐富的物種與便利外，也帶來海漂垃圾。常有熱心民眾致力於淨灘，並宣導海洋廢棄物帶來的危害。
我們也分析了垃圾堆積最嚴重的新北瑞芳海岸，推測可能原因是與當地地形與流況有關（如圖10）。
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