一、方法概要
水面上方的日光（Sunlight）與天光（Skylight）的總輻射能量穿透
進入水面以後在不同深度下的光強度稱為水中光強度。環境水體生態
的監測與應用上，通常是以測量可見光波長範圍（400 ～700 nm）內
的總輻射能量（Total irradiance）為代表，在此波段範圍內的總能
量是水體中浮游植物進行光合作用的有效能量（Photosynthetic ac-
tive radiation；簡稱 PAR）。水中光強度的資料在水體生態的環境
影響評估上是一項重要因子（註 1）。
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二、適用範圍
本方法適用於湖泊、水庫、河川、海洋等不同深度的水中光強度測量
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三、干擾
（一）測量時間以當季日出後及日落前一小時為較合適測量的時段，日
光過暗時不宜測量。
（二）測量時應在向陽方向進行，應避免測量平台（如船體）陰影所造
成的遮蔽效應。
（三）天氣狀況不穩定時（如多雲狀況），會造成所測量之水中光強度
隨深度的衰減情形，不符合理想化光衰減模式；此狀況建議加裝
可同時測量水面上的可見光強度的偵測計，具以標準化所測量到
的水下光強度變化資料。
（四）在同一水體不同水層裡所含的介質成份及／或濃度有所不同時，
量測到的水中光強度隨深度的衰減程度也會呈現不一致的情形。
（五）即使同一天不同時間時，太陽的入射角度會有所差異，此差異會
造成在同一地點測量所得到的結果可能會有約20％的差異。
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四、設備
測量水中光強度的儀器，依其用來接收入射光能量偵測計的構造形狀
可分為平面式、半球形及球形等三種（圖一）。平面式與半球形接收
器可接收到離接收器中心點往上的垂直線上角度 65 度範圍內的所有
光，亦即光的有效的接收角度為 130 度，平面式的接收器亦稱之為
2p Cosine irradiance collector（圖一 A）；半球形式的接收器亦
稱之為 2p Scalar irradiance collector （圖一 B）；球形接收器
可接收到的有效角度較大約為 170 度，該類型的接收器亦稱之為 4
p Scalar irradiance collector （圖一 C）。這三種型式的接收器
在同一時間同一地點所接收到的光強度，以球形接收器測量到的光強
度最高，其儀器下放速度依儀器操作說明書而定。三種接收器測量到
的光強度並無一定的互換公式，但是同一水體中平均光衰減係數的測
量結果則相似。
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五、試劑
無。
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六、採樣及保存
本方法為現場測定方法。
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七、步驟
參考儀器操作說明書。
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八、結果處理
（一）水中光強度的單位：
可見光強度的單位一般用莫耳（mol）、愛因斯坦（einstein；E
）、量子（quanta）或是光子（photons） 的單位來表示：
mmol s-1 m-2、mE s-1 m-2、quanta s-1 m-2、photons s-1 m-
2 其中 m、s-1、m-2 分別指百萬分之一（10-6）、秒分之一、
米平方分之一。
不同單位的相互關係如下：
1 mmol s-1 m-2 = 1 mE s-1 m-2 =6.022×1017 quanta s-1 m-
2 1 mmol s-1 m-2 = 1 mE s-1 m-2 =6.022×1017 photons s-1
m-2（二）平均光衰減係數的計算方式：
水中光強度（PAR） 在水體中隨深度的的衰減情形（如圖二），
基本上可使用以下的公式來模擬：
PAR（z）=PAR（0－）×exp（-Kd×z） （1）
其中 z 代表測量的水體深度（單位是公尺；m）；PAR（z）是
指水面下某一深度測量到的 PAR 值；PAR（0－） 是指剛好在
水面下測量到的 PAR 值；Kd是整個水層的平均光衰減係數，單
位是 m-1。由測量到的 PAR 值隨深度的變化資料（如圖二 A）
，再以上述公式進行最小平方差法的趨勢迴歸（Least square r
egression），即可求得整個水層平均的 Kd 值，迴歸結果如圖
二 B 的虛線所示。
（三）有光層深度的計算方式：
有光層深度（Ze）的定義是指水下某一深度測量到的 PAR 值等
於正好在水面下PAR值（PAR（0－）） 的 1％時的深度（z=Ze）
，即公式（1） 改寫成，
PAR（Ze）/PAR（0－）= 1％ = exp（-Kd× Ze）
-Kd× Ze = loge（1％）=-4.605
Ze = 4.605/Kd （2）
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九、品質管制
光強度儀器需進行定期校正（Calibration） 的工作，至少每兩年送
原廠校正一次。操作前可使用鎢絲燈泡檢查儀器是否有訊號反應。
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十、精密度與準確度
略。
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十一、參考資料
（一）Gong, G.-C., J. Chang and Y.-H. Wen, Estimation of
annual primary production in the Kuroshio waters
northeast of Taiwan using a photosynthesisirradiance
model.DeepSea Research Part I, 46, 93-108, 1999.
（二）Gong, G.-C., J. Chang and M.-S. Liang, A
photosyntheticirradiance model for the upwelling
region northeast of Taiwan and its application to
the East China Sea.Journal of Geophysical Research,
106, C9, 19957-19968, 2001.
（三）Gong, G.-C. and G.-J. Liu , An empirical primary
production model for the East China Sea. Continental
Shelf Re-search, 23, 213-224, 2003.
（四）Kirk, J. T. O., Light & photosynthesis in aquatic
ecosystems. Cambridge University Press, 509pp, 1994.
（五）Smith, R. C., The optical characterization of natural
waters by means of an 'extinction coefficient'.
Limnology and Oceanography, 13, 423-429, 1968.
（註 1）：水中光強度的強弱受到水分子本身、無機懸浮顆粒、浮游植物
及其碎屑物顆粒、以及溶解性有機物，對入射光的吸收與散射
效應所影響。一般而言，當水面上之光合作用有效能量進入水
體後，其強度會隨著深度增加而呈現指數衰減的情形（圖一）
，此水中光強度隨深度衰減情形可以使用一個所謂的平均光衰
減係數（Mean downwelling attenuation coefficient fordo
wnward irradiance of PAR；簡稱 Kd），以及光衰減方程式
（如公式（ 1））作為量化指標。光衰減係數值的變化可做為
瞭解水中浮游植物可以利用的可見光能量多寡，或是水中浮游
植物可以進行光合作用的深度（如公式（ 2）），稱之為有光
層深度（Euphotic depth ；簡稱 Ze）。未受陸源物質影響的
自然水體中，懸浮顆粒（主要成份為浮游植物及其碎屑物顆粒
）的濃度愈高，則光的衰減係數值就愈大，有光層的深度會愈
淺。以台灣鄰近海域而言，東邊的黑潮水由於水體中所含的懸
浮顆粒以及浮游植物數量（或是葉綠素濃度）均很稀微，因此
測量到的光衰減係數很小，約在 0.038～0.046 m-1 之間，有
光層深度約在 100～120 m 之間；在營養鹽較豐富的黑潮湧升
流區，由於浮游植物數量或是葉綠素濃度的增高，相對測量到
的光衰減係數（0.069～0.102 m-1）也較黑潮水來得高，有光
層深度也較淺（45～67 m）；但是在受陸源物質影響的河口海
域，由於受到較高無機懸浮顆粒以及溶解性有機物的影響，其
光衰減係數可以高到 0.3m-1 以上，有光層深度也就更淺。
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十二、實例介紹
（一）使用國內研究船上配備之光強度測量儀海上現場觀測結果
測量地點：基隆八斗子碧砂漁港外近海
測量時間：1994年 6 月 26 日
測站位置：121o 47.904' E, 25o 10.081' N
研究船隻：國立台灣海洋 大學海研二號
（Ocean Researcher No.2）
航次編號：海研二號 第 031 航次
儀器型號：連接於海鳥牌溫鹽深儀（簡稱 SBE CTD 9/11plus,
SeaBird Inc. USA）系統上可以自動記錄之水面上
可見光偵測計（QSR-240, Biospherical Inc. USA
）與水下可見光亮度偵測計（QSP-200L, Bioshper
icalInc. USA）
測量結果：在此範例中是使用研究船上的水文絞機下放觀測儀
器設備進行 50 公尺水深內海水水中光強度變化的
測量，儀器以每秒一公尺的標準作業速度下放，整
個測量費時約 2分鐘，測量過程中海面上光強度也
同步進行測量。測量過程中天氣狀況良好，海面上
光強度變化約介於 2320～2501 mE s-1 m-2 之間
，變化幅度約在 7％以內，水面下水中光強度的變
化由接近海面的 1071 mE s-1 m-2 降低至水深 5
0 公尺時的6.9mE s-1 m-2，呈現出指數衰減的趨
勢。詳細結果如表一及圖三所示。
若直接將測量到之水中強度隨深度的變化資料利用公式（1）
統計迴歸後，可以得到該觀測點平均之光消散係數（Kd）為0.
103 m-1 ，相當於有光層深度（Ze）為 44.7 m （圖三 A）。
如將測得資料除上同步測得之水面上光強度變化資料得到水下
水中光強度變化百分率後再以公式（1） 進行統計迴歸，得到
之 Kd 及 Ze 值分別為 0.104 m-1、44.3 m（圖三 B），與未
考慮測量過程中海面上光強度變化所得到之結果差異甚微，原
因是由於測量過程中，海面上光強度的變化很小，顯示在測量
過程中如天候狀況穩定而且使用可以自動記錄的測量儀，在短
時間可以完成測量工作，海面光強度的資料可以忽略。
（二）使用手提式可見光強度測量儀現場觀測結果
測量地點：基隆八斗子碧砂港港內悠遊館邊遊艇碼頭
測量時間：2004年 5 月 13 日 15:00
儀器型號：Biospherical Inc. 廠牌之 QSP-200D、QSR-240、
QSP-170BD
測量結果：在此範例中是使用人手下放觀測儀器進行當地水深
6公尺深度內水中光強度的變化，平均約每隔 0.4
公尺記錄當時測量到之水面上及水面下水中光強度
的資料，整個測量費時約 5 分鐘，測量過程中天
氣由晴逐漸轉多雲，海面上光強度變化由 1041 mE
s-1 m-2降至測量結束時的 679 mE s-1 m-2 。變
化幅度可高達約 35 ％，水面下水中光強度的變化
由接近海面的432 mE s-1 m-2 降低至水深 5.9公
尺時的 53.2 mE s-1 m-2，呈現指數衰減的趨勢。
詳細結果如圖四所示。
若直接將測量到之水中光強度隨深度的變化資料利用公式（ 1
）統計迴歸後，可以得到該觀測點平均之光消散係數（Kd）為
0.367 m-1，相當於有光層深度（Ze）為 12.5 m （圖四 A）
。如將測得資料除上同步測得之水面上光強度變化資料得到水
下水中光強度變化百分率後，再以公式（1） 進行統計迴歸，
可以得到的值分別為 0.290 m-1、15.9 m（圖四 B），與未考
慮測量過程中海面上光強度變化所得到之結果差異可達約 21
％，顯示當測量過程中天候狀況不穩定時，應同時測量水面上
光強度變化才能獲得可靠的結果。本例說明多雲狀況需使用海
面光強度資料標準化後，才能得到估算出正確的水中光強度。
（三）使用國內研究船上配備之光強度測量儀海上現場觀測結果
測量地點：基隆八斗子外海
測量時間：2003年 10 月 3 日
測站位置：121o 54.431' E, 25o 7.722' N
研究船隻：國立台灣海洋大學 海研二號
（Ocean Researcher No. 2）
航次編號：海研二號 第 1144 航次
儀器型號：連接於海鳥牌溫鹽深儀（簡稱 SBE CTD 9/11plus,
SeaBird Inc. USA）系統上可以自動記錄之水下可
見光亮度偵測計（PAR irradiance sensor, Chels
eaTechnology Group, CANADA）
測量結果：在此範例中是使用研究船上的水文絞機下放觀測儀
器設備進行 40 公尺水深內海水水中光強度變化的
測量，儀器以每秒一公尺的標準作業速度下放，整
個測量費時約 1.5 分鐘，測量過程中天氣狀況良
好，水面下水中光強度的變化由接近海面的 1214
mE s-1 m-2降低至水深 40 公尺時的 2.5 mE s-1
m-2 ，呈現出指數衰減的趨勢。詳細結果如圖五所
示。
若將測量到之水中光強度隨深度的變化資料利用公式（1） 統
計迴歸後，可以得到該觀測點整個水層平均之光消散係數（Kd
）為0.158 m-1 ，相當於有光層深度（Ze）為 29.1 m （圖五
）。不過值得注意的是在水深 14 公尺上下所呈現出水中光強
度的消散程度並不相同，水深淺於 14 公尺可見光的消散程度
較大，平均之 Kd 值為 0.210 m-1，水深深於 14 公尺可見光
的消散程度較小，平均之 Kd 值為 0.139 m-1（圖五）。造成
在不同深度範圍內可見光消散程度的差異，主要是由於在不同
水層裡可見光光譜的變化所造成的自然現象，詳細緣由可進一
步參閱 Kirk（1994）。在此種狀況之下，由於吾人是希望獲
取整個水層平均之可見光強度的變化趨勢，因此應以整個水層
平均趨勢的結果為代表值。但需注意的是測量時量測的深度應
足以涵蓋整個水層為適當，一般的作業規範應是以量測到可見
光偵測儀的偵測極限或是量測到離海底約 1～3 公尺的距離為
原則，但若海面狀況不佳時，為避免儀器碰觸海底造成損害，
可視情況調整觀測儀器離海底的距離。
圖一、不同型式的可見光光強度偵測計。（ A）美國某公司生
產之平面式偵測計；（ B）美國某公司生產之半球形式
偵測計；（C）英國某公司生產之球形式偵測計。
圖二、水中可見光光強度隨深度的理想化指數衰減曲線。（ A
）當橫軸為線性軸時的情形；（ B）當橫軸變換為對數
軸時的情形，該圖中的虛線是經由最小平方差法統計迴
歸後的趨勢線。
圖三、 (A)使用 Biospherical Inc.廠牌之可見光測量計於海
上現場測量到之水中光強度 （PAR）隨深度的變化
。（●）縱軸為線性座標軸作圖的結，（○）縱軸
以對數座標軸作圖的結果，虛線是利用公式 （1）
統計迴歸後得到之趨勢線結果；（●）指水面上光
強度（SPAR）在測量過程中的變化百分比。括符內
的數字分別代表計算出之 Kd 與 Ze 值。
(B)水下水中光強度變化百分率隨深度的變化。虛線是
利用公式（1） 統計迴歸後得到之趨勢線結果。括
符內的數字分別代表計算出之 Kd 與 Ze 值。
圖四、 (A)使用Biospherical Inc. 廠牌之可見光測量儀於基
隆八斗子碧砂港內現場測量到之水中光強度（ PAR
）隨深度的變化。（●）縱軸為線性座標軸作圖的
結果，（○）縱軸以對數座標軸作圖的結果，虛線
是利用公式（1） 統計迴歸後得到之趨勢線結果；
（●）指水面上光強度（SPAR）在測量過程中的變
化百分比。括符內的數字分別代表計算出之Kd與Ze
值。
(B)水下水中光強度變化百分率隨深度的變化。虛線是
利用公式（1） 統計迴歸後得到之趨勢線結果。括
符內的數字分別代表計算出之 Kd 與 Ze 值。
圖五、使用 Chelsea Technology Group 廠牌之可見光測量計
於基隆八斗子外海附近現場測量到之水中光強度（ PAR
）隨深度的變化。直線是代表所有資料點利用公式（ 1
）統計迴歸後得到之趨勢線；（○）及藍色虛線是水深
14公尺以淺資料點的結果；（○）及虛線是水深14公尺
以深資料點的結果。括符內的數字分別代表計算出之Kd
與Ze值。
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