4.1 臺灣周圍海域風浪模擬
4.1.1 大尺度西太平洋範圍風浪模組
本 計 畫 大 尺 度 風 浪 模 組 採 用 海 洋 波 浪 預 測 模 式 WAM (Wave Modeling，參考附錄一所述)執行西太平洋範圍風浪模擬，由於 WAM
模式相當簡易且成熟，故常被用於大尺度的海洋風浪模擬。有關大尺 度風浪模組之改善研究成果如下：
1. 提升數值計算網格之精確性
(1) 更新地形水深資料解析度：大尺度網格水深資料為原計畫採用美國 國家地球物理資料中心(National Geophysical Data Center, NGDC) 公布的全球 2 弧分格網數值地形資料(Etopo2)建置的，基於提昇地 形水深資料解析度目的，本期計畫改以 NGDC 公布之全球 1 弧分 格網數值地形資料(Etopo1)取代之，如圖 4.4 所示為本期計畫大尺 度風浪模組之模擬範圍及地形水深分布情形。
(2) 提升數值計算網格之精度：為提升數值計算網格之精度，本計畫同 時以 6 分(或 0.1°)網格間距大小建置大尺度風浪模組之數值網格，
藉以評估數值計算網格解析度對風浪模擬結果之影響，及作業化模 擬預報之可行性及效益。在效益評估上，12 分及 6 分數值計算網 格實際運算的海洋格點數目分別為 11180 及 44373，運算時間相差 約為 4.3 倍；基於作業化系統負荷及模擬時效性考量，目前硬體設 備對於提升數值計算網格精度之可行性低。
2. 風浪模擬結果之改善研究：
針對數值模式 WAM 程式碼相關模擬功能進行模擬測試與研 究，並提出修正的作業化程式碼，其中程式碼具體修正內容包括：
(1) 釐清模式程式碼風速、風向及風應力相關定義：前期計畫原作業化 程式碼因風速、風向及風應力相關定義未能釐清，致模擬結果常與 觀測資料不一致。圖 4.5 及圖 4.6 所示分別為原作業化程式碼採用 錯誤的風向及風應力計算定義之模擬結果與程式碼修正後模式之 模擬結果，比較二者波高分布狀顯示作業化程式碼修正後之颱風波 高分布較為合理。圖 4.7 及圖 4.8 所示分別為原作業化程式碼模擬 之平均週期分布結果與程式碼修正後模式模擬之平均週期分布結 果，其中圖 4.8 所示模擬波浪之去向與圖 4.6 所示風場之風向具有 高度的一致性。
(2) 修正程式碼熱啟動輸出檔之輸出時間：原程式碼輸出熱啟動檔案之 輸出時間為程式終止前，此與 TaiCOMS 作業化流程規劃採用第 24 小時計算結果為次日作業化模擬預報之熱啟動輸入資料有出入。圖 4.9 所示為 TaiCOMS 每日線上作業程式模擬時間示意圖。
(3) 修正程式碼模擬結果輸出內容：於程式碼中增加以零階動差與 2 階 動差比值平方根定義風浪之平均週期 Tm02(註：原程式僅提供以負 一階動差計算之平均週期 T-1)，以及利用二次拋物線契合(fit)方法 計算模擬風浪之譜峰週期 Tp(註：原程式僅提供波譜頻率數上的譜 峰週期)，以改善風浪模擬週期輸出結果與觀測資料間之誤差。模 式風浪模擬之平均週期 T-1及 Tm02與基隆港波浪觀測之平均週期比 較結果，如圖 4.10 所示，顯示模式模擬之平均週期 Tm02值與觀測 資料輸出之平均週期較為接近，有效降低以往作業化成果評估高估 現象。
3. 精進數值風場改善風浪模擬結果：
在數值預報風場改善方面，包括
(1) 以 MC 風場取代 RC 風場提升模式輸入風場精度：中央氣象局 NFS 風場之上層風場(即 RC 風場)其網格精度為 45 km，中層風場(即 MC 風場)其網格精度為 15 km；前者為本計畫大尺度風浪模組作業 化模擬預報輸入風場，後者為中尺度風浪模組作業化模擬預報輸入 風場；由於在颱風期間中央氣象局預報之 RC 及 MC 風場具有顯著 差異，經由模擬測試結果顯示，在颱風接近臺灣本島時二風場模擬 結果具有顯著差異，因此建議以 MC 風場取代現行以 RC 風場為大 尺度風浪模組作業化模擬預報輸入風場。
(2) 提升作業化風場為中央氣象局第四代天氣預報模式預報數值風 場：NFS 數值風場及 WRF 數值風場分別為中央氣象局發展的第三 代及第四代天氣預報模式所預報的數值風場，本年度因中央氣象局 停止提供 NFS 數值風場措施，故以中央氣象局提供的 WRF 數值風 場之第二層風場(即 WA02 風場)作為本計畫西太平洋範圍風浪模組 作業化模擬之輸入風場(詳見第三章所述)。
圖 4.1 大尺度西太平洋範圍風浪模組模擬範圍及水深分布圖
圖 4.2 中尺度臺灣周圍近海範圍風浪模組模擬範圍與水深分布圖
圖 4.3 TaiCOMS 架構下風浪作業化模擬預報流程圖
110 115 120 125 130 10
15 20 25 30 35
Z 0
-1
-2
-5
-10
-20
-50
-100
-200
-500
-1000
-2000
-5000
-10000 West Pacific wind-wave model
Taiwan nearshore wind-wave model
range(110,10)-(134,35) grid size = 0.2 deg
圖 4.4 大尺度西太平洋範圍風浪模組模擬範圍及更新後水深分布圖
圖 4.5 原作業化程式碼模擬颱風期間之波高分布情況圖
0.0
110.0 115.0 120.0 125.0 130.0
10.0 2011/08/05 20H RC
圖 4.6 本計畫作業化程式碼修正後模擬颱風期間之波高分布情況圖
(向量為作業化 RC 風場之風速)
圖 4.7 原作業化程式碼模擬颱風期間之平均週期分布圖
Long.
Lat.
110.0 115.0 120.0 125.0 130.0
10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
Tmean(s)
12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0
2011/08/05 20H RC
Wave Dir.
圖 4.8 本計畫作業化程式碼修正後模擬颱風期間之平均週期分布圖
(向量代表模式模擬之風浪去向)
圖 4.9 TaiCOMS 每日線上作業程式模擬時間示意圖
7 /30/11 0:0 0 8/1 /11 0:00 8/3/11 0:00 8 /5/11 0:00 8/7/11 0:00 8/9/11 0:00 TIME (HR)
2.0 4.0 6.0 8.0 1 0.0 1 2.0 1 4.0
Wave Period (sec)
Me a n p e rio d( T2) M ea n p er io d( T-1) m ea sur e d ( Tmean) ( a) K ee lu ng ha r bo r
圖 4.10 模式風浪模擬之平均週期 T-1