研究團隊在碳循環及環境變遷的議題上具有高度研究動能，在缺乏相關補助下，仍結合多方資源努力進行研究工作；近5年與所提研究主題相關的研究績效略以：

1、受優養化影響之近岸水體中無機碳系統之變化：

　　團隊中黃蔚人老師過去數年間以水中二氧化碳系統研究為主，沿著大陸棚、大河沖淡水以及海灣進行。其中大河沖淡水在大陸棚上對二氧化碳海氣交換之影響具有其重要性，沖淡水中具有高度變異的混合作用以及生物活動，在沖淡水中高濁度區將釋放二氧化碳至大氣中，在濁度降低之後，河川帶來高濃度的營養鹽可造成近岸之優養化，強烈的生物作用在可在河海混合作用外不同程度影響碳酸鹽飽和度，並使該沖淡水影響區域成為大氣二氧化碳的匯。此外，由於大河沖淡水之分布受到當地風場之影響，故沖淡水吸收或釋放二氧化碳能力之空間分布亦受到當地風場之影響。在著名的美國乞沙比克灣(Chesapeake Bay)中，亦與美國德拉瓦大學之團隊共同發現水體中氧化還原之變化對水中酸鹼度以及碳酸鹽緩衝能力之影響。在已經投稿的文章中，亦發現在適當的風場下，乞沙比克灣中的水體可以在橫剖面上順時針的循環，並可以解釋二氧化碳在該海灣中橫斷面上的分布，並發現該機制可在水體層化狀態下緩慢移除水體中的二氧化碳。

2、海水酸化趨勢研究：

本團隊過去5年於海水酸化上，有幾項突破發表於 Nature Climate Change、Nature Communications、Scientific Reports 這些重要期刊。研究績效如下:

• 重建了日本海幾十年來，不同深度的海水pH值(為目前文獻記錄中之最長時間序列)，並以日本海為例，指出暖化或會加快深海海水酸化。
  文章發表於Nature Climate Change， 成果已獲 Nature Climate Change、Scientific American...多方撰文報導。文章: Chen-Tung Arthur Chen*, Hon-Kit Lui*, Chia-Han Hsieh, Tetsuo Yanagi, Naohiro Kosugi, Masao Ishii, Gwo-Ching Gong (2017, Nov). Deep oceans may acidify faster than anticipated due to global warming. Nature Climate Change, 7, 890-894.
• 以美國Chesapeake Bay 為例，指出在河口其他會降低水體二氧化碳緩衝能力以及加快海水酸化的其他影響因子(例如H2S的氧化)。
  文章: Cai, W.-J.*, Huang, Wei-Jen, Luther, G. W., Pierrot, D., Li, M., Testa, J., Kemp, W. M. (2017). Redox reactions and weak buffering capacity lead to acidification in the Chesapeake Bay. Nature Communications, 8(1), 369.
• 指出在 25oC下測的pH (pH25) 以及原位pH (pHinsitu)，以及pH25、pHinsitu 時間序列對時間的變化率(例如酸化率)，之間不可直接比較。並提出公式，以水溫便可作之間的轉換， 比以前要多測一項碳化學參數才可做轉換來得簡單。
  文章: Hon-Kit Lui, Chen-Tung Arthur Chen* (2017). Reconciliation of pH25 and pHinsitu acidification rates of the surface oceans: A simple convention using only in situ temperature. Limnology and Oceanography: Methods, 15(3), 328-335.
• 第一次量化東海大陸斜坡以及沖繩海糟不同深度的海水酸化率，並提出中 層水因垂直對流減慢而變酸，其影響已傳到大陸斜坡或更甚大陸棚裡了。
  期刊: Hon-Kit Lui, Chen-Tung Arthur Chen*, Jay Lee, Shu-Lun Wang, Gwo-Ching Gong, Yan Bai, Xianqiang He (2015). Acidifying intermediate water accelerates the acidification of seawater on shelves: An example of the East China Sea. Continental Shelf Research.
• 指出全球表水酸化率之不一致性，為因其值含有在強季節振盪下，採樣點 不均所造成之統計偏差，並提出一個適用於短時間序列的方法，以求得真正的海水酸化率。
  期刊: Hon-Kit Lui, Chen-Tung Arthur Chen* (2015, Jul). Deducing acidification rates based on short-term time series. Scientific Reports, 5, 11517.
• 指出或因北太平洋中層水的垂直對流因暖化而減慢，在過去幾十年裡，東海黑潮中層水的溶氧下降了，而營養鹽上升了。
  期刊: Hon-Kit Lui, Chen-Tung Arthur Chen*, Jay Lee, Yan Bai, Xianqiang He (2014, Aug). Looming hypoxia on outer shelves caused by reduced ventilation in the open oceans: Case study of the East China Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 151, 355-360.

3、生態系統結構與功能變化研究;

　　天然實驗室-龜山島有世界淺海熱泉最高溫及最低酸鹼值記錄，螺類在酸化環境之調適機制呈現於分子、生化及生理生態層次；例如原來身長較長的螺類，在酸化環境下因碳酸鈣殼體較薄，不耐重壓，而演變後體型變成較耐壓之圓球狀；高溫、強酸之熱泉水體、真菌與海綿亦分離出特有微生物群，日後有可能發展成新藥物。

　　我國台灣地區西海岸是海水養殖產業的重鎮，但沿岸生態系統和養殖產業現況及其受劣化環境之影響長期欠缺關注，以牡蠣產業為例，採苗與養成均集中在西南海域，包含七股、臺西和麥寮等地；本計畫擬透過比較各地生態系統結構及優勢物種族群生物學之差異，進而提出改善現況之方案。蜑螺為我國台灣地區潮間帶硬底質的優勢螺類，其卵鞘為碳酸鈣結構，此結構受海水酸化、胚胎發育時程及掠食者之影響而產生變化，將透過胚胎發育實驗、蜑螺成體及卵鞘鑑定，建立本土之生物指標並應用於海洋環境健康評估上。牡蠣也是沿岸生態系之優勢物種，本計畫也將進行牡蠣族群生物學之時空差異比較，並評估暖化與酸化是否增加牡蠣被掠食之風險；岩螺(Thais又稱Reishia spp.)是我國台灣地區岩礁岸與牡蠣養殖區常見的螺類，對牡蠣產業造成之年損失在20-50%，2006年之研究顯示我國台灣地區牡蠣養殖區有三種岩螺，分別為蚵岩螺(T. clavigera)、紅棕岩螺(T. rufonticta)、東港岩螺(T. keluo)，這三種岩螺的分布、生殖、族群動態及攝食率有差異，其對牡蠣產業之影響十年前曾有過評估，這部份是否因暖化與酸化加劇而有改變也是急需釐清的重要課題。

4、台灣周邊海域浮游動物類群研究

　　團隊成員近五年來除了將近年在台灣西南沿近海域研究之結果整理發表外，亦著重整理先前與台灣水產試驗所合作進行台灣周邊中尺度範圍海域漁場環境監測計畫以及東沙計畫之研究成果，並與相關學者研究合作陸續產出豐碩的研究成果，累積至今已發表數篇，已投稿三篇審訂中。

　　台灣周邊海域浮游動物類群分布明顯受到季風及水團的影響，在台灣東部黑潮海域及南部南海北部海域浮游動物一般是物種歧異度高但豐度低的情形，而西北部海域有中國沿岸流影響，浮游動物多為高豐度但低歧異度的趨勢。我們已經其中有關仔稚魚、管水母、海桶類及磷蝦類群聚多樣性分布與水團及季風等可能影響之部分研究成果發表於國際SCI期刊(Plos One. 2014, 9(6): 1-19; Zool. Stud. 2016, 55: 18; Zool. Stud. 2016, 55: 46; J. Natural History. 2017, 51: 917-936)。

　　另外在台灣西南海域多年研究中，我們針對浮游動物主要類群（包括橈足類、管水母；毛顎類、仔稚魚、海桶類、有殼翼足類、磷蝦類及瑩蝦類等）之種類多樣性及分布特徵進行研究，發現浮游動物物種分布與水文因子相關性不一致或不顯著，例如橈足類與翼足類食性相似，在生態上屬於食物競爭的關係，因此兩者豐度常常會有互相消長的情形，同時豐度分布又明顯受到海水溫度和鹽度之影響。以長期觀察結果來看，台灣西南沿近海域浮游動物群聚分布呈現明顯年度間及季節性差異。

5、深海吸碳能力研究

　　為了瞭解海洋吸碳能力，研究團隊成員使用漂浮沉積物捕集器測量南海和東南亞時間序列站之有光層、微光帶和深水區（> 1000 m）的下沉顆粒碳通量(海洋的吸碳能力)。另外也經由掃描電子顯微鏡拍攝下沉顆粒之形態和組成。

　　結果顯示，在有光層具有較高的值顆粒碳通量，而南海深層則有較的吸碳能力。在微光帶和深水區中測量的吸碳能力遠高於Martin的衰減公式估計的值。這些在深水中升高的顆粒碳通量歸因於橫向粒子運輸，而不是來自的表層透光層的沉降。在150米處下沉顆粒的SEM圖像顯示出豐富的海洋生物碎屑，而在深水中則含較高比例的岩石成份。結果顯示目前的生地化模型無法描述南海微光帶和深水區顆粒碳通量的大幅空間變異。(Elevated carbon flux in deep waters of the South China Sea (Scientific Reports, in press, 2019))

6、碳循環機制研究

　　南海是世界上主要的邊緣海之一，也是西太平洋最大的邊緣海(約3.5百萬平方公里)，為一個表層水域缺營養鹽的海域，在透光層中硝酸鹽濃度通常低於偵測極限(< 0.1 μM, Gong et al.,1992)。它的地理位置則是介於亞熱帶與熱帶之間，主要受到東亞季風所影響(Liu et al., 2002)，夏季主要是吹西南季風(6月至9月)，而冬天則是受較強的東北季風影響(11月至3月)，其他時間則為季風的轉換時期(Liang et al., 2000)。冬季時，受到東北季風影響，黑潮水會入侵南海，形成一南海黑潮水分支；夏季時，黑潮水則間歇性的入侵南海(Shaw, 1991；Wang and Chern, 1987)。

　　在南海，夏天的浮游植物量(以chl a濃度來代表)較低，而冬天有較高的浮游植物量(Ning et al.,2004)。而南海的初級生產力(primary production, PP)與浮游植物有類似的分佈，冬季的PP較夏季為高(Chen, 2005； Ning et al., 2004)。上述的觀測大多是在南海北部天氣適合進行海上量測時所得到，並沒有考慮極端氣候事件(沙塵暴與大氣物質輸送)的效應。以東海附近的海域來說，Chen等人2010年發表的文章中報導，大氣中的含氮物質也是表層海洋的重要新生產力來源之一；而Chou等人2011年也發表沙塵暴會對海洋二氧化碳系統造成一定程度的影響。然而這些研究大都是在潮夕及海流較強的海域執行，其效果可能較為保守。若考慮冬天的沙塵暴及夏天東南亞的大氣物質傳送至南海北部，這些外來營力所造成的生地化衝擊或許相當可觀。

　　研究團隊於2018年至東沙附近海域進行研究，施放探測儀器及沈積物收集器，顯示該地區溫度、鹽度、密度、葉綠素等資料均有明顯的內潮訊號。內潮是具有潮汐週期的內波運動，比一般海洋內波的水平尺度更大。內潮在北南海廣泛存在，是很重要的物理現象。協同團隊研究的陳冠宇教授與台大張翠玉教授也在最近也發現台灣西南海域海底有顯著地內潮現象(Changet al., 2016)，此內潮現象可延伸到陸棚的有光層嗎?.在有另外每年平均約有7~10個颱風經過南海(www.cwb.gov.tw)，還有在夏天易發生的內波(Wang et al., 2007；Alford et al., 2015)，這些研究均是近代海洋科學裡面最熱門的議題。因此中山大學組成了一個跨校的南海研究團隊，成員包括海洋物理，海洋化學，海洋生物、大氣化學及衛星遙測的專家，共同來研究這兩大自然現象(內波(含內潮)及颱風)對南海北部的生地化、微細藻、細菌及海洋碳循環之可能衝擊及其物理機制。

　　南海中的內波與內潮也會對大大地影響南海北部的生地化反應，也就是這些內波與內潮會將海洋較深層的營養鹽帶至有光層，此時生長在有光層的浮游生物就能利用這些營養鹽而大量增生，此時海水中的二氧化碳會被海洋浮游生物固定，部分的顆粒性有機碳有可能會經由下沉顆粒將碳從表層傳送到深海內部，其生地化反應與湧升流或颱風造成的海水強烈混合的情況有一點相似，但其發生的時間與頻率非常之高，每個月都在北南海巴士海峽以西至東沙環礁海域發生，在每月的大潮是其規模及振幅特別的顯著，而其空間尺度有時可達幾百公里，但由於採樣的困難，這些在夏天經常出現的內波是否會更有效地將營養鹽從次表曾載送至有光層?促進藻類生長?從本團隊最近對南海內波與內潮的研究顯示，發現內波通過南海的深水海域，海水性質有很大的變化(圖K1及K2測站)，這顯示內波通過深水海域也會造成不同程度的生地化衝擊，經過擴散模式的估計，經由內波帶至有光層的營養鹽是比海洋藻類固氮作用與大氣的乾、濕沉降的氮來的高一位數量級，而初步的沉積物捕獲器資料也顯示內波通過深水(1700到3000公尺)的海域，其顆粒碳輸出通量從非內波的測站(約30-70mg-C/m2/d)增加至54-110mg-C/m2/d，明顯比收內波影響之海域有大幅的增加，而這些內波帶來的營養鹽可能會大大的刺激浮游生物的生長及可能導致後端的碳移除作用。另外團隊也發現內波我造成的溫度與壓力突然的改變，也可能是導致浮游生物死亡的原因之一，這需要後續的實驗來證明我們的假說，目前相關的內容將發表在2019年的Scientific Reports期刊，審查委員也非常認同我們的觀點。