第四章 結果與討論
4.4 方法特性比較
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上層部分許多地方會無法計算出垂直紊流擴散係數而以背景值(10−9m2s−1)取
代其垂直紊流擴散係數，這種方式往往會使得在計算較厚水層的平均垂直紊流擴
散係數時，數值將會因背景值而失真變小。
參數法則是解析度最低的方法，只能以每 100~200 m 厚的深度中能量消散的
情形去推算這深度裡紊流混合的平均值，一般並不適合用在深度小於 1000 m 的
測站以及看細微混合擾動的現象，但由於推算方法與直接量測法接近都利用理論
譜，與實際測能量譜計算消散率，故在定量上比較不容易出現爆值以及無值的情
況，在沒有直接量測的儀器時，適合用來對照其 Thorpe Method 的值是否合理。
圖 4-1. 澎湖水道測站作業順序與時間，s2 測站重覆作業 16 次，
s1 和 s3 重覆作業 8 次，s4，s5 和 s6 測站重覆作業 2 次。
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圖 4-2.澎湖水道 s2 測站的 LADCP 流速 U 和 V 剖面時序圖以及馬公港潮位變化。
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圖 4-3 澎湖水道 s2 測站在不同深度 K1 及 M2 潮流橢圓圖。
表 4-1 100 年 9 月澎湖馬公港潮位之調和分析結果
tide freq(CPH) amp(m) phase(deg) O1 0.0387307 1.4212 249.36 K1 0.0417807 1.4793 21.01 M2 0.0805114 1.6054 105.86 S2 0.0833333 1.3700 115.43
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圖 4-4 澎湖水道 s2 站 16 次下放之溫度、密度、鹽度。
圖 4-5 澎湖水道 s2 站 16 次下放之 Thorpe 位移。
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圖 4-6 澎湖水道 s2 站 16 次下放的垂直紊流擴散係數(Thorpe K)，
虛線代表下放時間，色標為 K 的對數值(log10K)。
圖 4-7 澎湖水道 s2 站 16 次下放的垂直紊流擴散係數 (Thorpe K)及 LADCP 流 速 V，K 和 V 的色標請分別參考圖 4-6 和 4-2。
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圖 4-8 上圖和下圖各為利用 Thorpe 方法與 MicroRider 於澎湖水道 S2 站後 10 次下放的垂直擴散係數比較圖，虛線代表下放時間。
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。
圖 4-9 MicroRider 所測得之澎湖水道 s2 站的溫度梯度(dT/dz)、熱消散率(X t) 與垂直熱紊流擴散係數(Kt) 。
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圖 4-10.澎湖水道空間分布之 LADCP 背景流速 U 與背景流速 V。
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圖 4-11 澎湖水道空間分布之 LADCP 斜壓流速 U 與斜壓流速 V。
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圖 4-12 澎湖水道空間分布之密度與浮力頻率。
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圖 4-13 澎湖水道空間分布之垂直紊流擴散係數(Thorpe K) 。
圖 4-14 澎湖水道空間分布之垂直熱擴散係數(MicroRider K) 。
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圖 4-15 OR3-1470 沿著緯度 22.2 度黑潮流域之 LADCP 背景流速 U 與背景流速 V。
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圖 4-16 OR3-1470 沿著緯度 22.2 度黑潮流域之位密度與浮力頻率。
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圖 4-17 OR3-1470 沿著緯度 22.2 度 黑潮流域測線之垂直紊流擴散係數。
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圖 4-18 OR3-1489 沿著緯度 22.2 度黑潮流域之 LADCP 背景流速 U 與背景流速 V。
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圖 4-19 OR3-1489 沿著緯度 22.2 度黑潮流域之位密度與浮力頻率。
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圖 4-20 OR3-1489 沿著緯度 22.2 度黑潮流域測線之垂直紊流擴散係數。
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圖 4-21 OR3-1510 黑潮鋒面區 s1 到 s6 站流速 U。
圖 4-22 OR3- 1510 黑潮鋒面區 s1 到 s6 站之流速 V。
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圖 4-23 OR3-1510 黑潮鋒面區 s1 到 s6 站下放的 Thorpe 位移。
圖 4-24 OR3-1510 黑潮鋒面區 s1 測站第五次下放之鹽度、溫度、密度、浮力頻 率。
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圖 4-25 OR3-1510 黑潮鋒面區 S1 測站第五次下放之 Thorpe 位移、垂直紊流擴 散係數(Thorpe K)、流速 U、流速 V。
圖 4-26 OR3-1510 黑潮鋒面區 S1 測站 30 小時之垂直紊流擴散係數(Thorpe K) 。
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圖 4-27 OR3-1544 第一條黑潮流域測線之 LADCP 背景流速 U 與背景流速 V。
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圖 4-28 OR3-1544 第二條黑潮流域測線之 LADCP 背景流速 U 與背景流速 V。
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圖 4-29 OR3-1544 第三條黑潮流域測線之 LADCP 背景流速 U 與背景流速 V。
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圖 4-30 OR3-1544 第一條黑潮流域測線之位密度與浮力頻率。
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圖 4-31 OR3-1544 第二條黑潮流域測線之位密度與浮力頻率。
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圖 4-32 OR3-1544 第三條黑潮流域測線之位密度與浮力頻率。
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圖 4-33 OR3-1544 第一條黑潮流域測線垂直紊流擴散係數(Thorpe 方法)。
圖 4-34 OR3-1544 第一條黑潮流域測線之垂直熱擴散係數(MicroRider)。
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圖 4-35 OR3-1544 第一條黑潮流域測線之垂直紊流擴散係數(Parameterization)。
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圖 4-36 OR3-1544 第二條黑潮流域測線之垂直紊流擴散係數(Thorpe 方法)。
圖 4-37 OR3-1544 第二條黑潮流域測線之垂直熱擴散係數(MicroRider)。
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圖 4-38 OR3-1544 第三條黑潮流域測線之垂直紊流擴散係數(Thorpe 方法)。
圖 4-39 航 OR3-1544 第三條黑潮流域測線之垂直熱擴散係數(MicroRider)。
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圖 4-40 OR3-1544 第三條黑潮流域測線之垂直紊流擴散係數(Parameterization)。
圖 4-41 OR3-1544 第二條黑潮測線蘭嶼後(蘭嶼尾流)E11 站密度、鹽度與溫度 紅線為第一次下放，海面上可看到 eddy，藍線為第二次下放，eddy 已消失。
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圖 4-42 OR3-1544 第二條黑潮流域測線 蘭嶼後方(蘭嶼尾流)E11 站 (MicroRider)所量測到之溫度梯度、 熱消散率與垂直熱擴散係數。
上圖為第一次下放，海表面存在 eddy，下圖為第二次下放，海表面 eddy 消失。
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圖 4-43 OR3-1544 第二條黑潮流域測線蘭嶼後方(蘭嶼尾流)E11 站(Thorpe 方法) 所量測到之密度、Thorpe 位移、浮力頻率與垂直紊流擴散係數。
上圖為第一次下放，海表面存在 eddy，下圖為第二次下放，海表面 eddy 消失。
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沿南海 21°N
圖 4-44 沿著 21°N 南海測站之位密度與浮力頻率。
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圖 4-45 沿著 21°N 南海測站之垂直紊流擴散係數，對應下圖 A、B 區。
圖 4-46 沿著 21°N 南海測站之垂直紊流擴散係數-摘自(Tian et al., 2009)。
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五、結論與未來展望
(一)澎湖水道:
在空間分布上，紊流混合集中在水道地形的最高處與水道寬度最窄的區域 (北緯 23.41o)，此處為整個澎湖水道擴散率最大及底部混合最厚的地方，並且在 水道南方較寬處明顯比峽谷中間與峽谷北方弱，這與高屏峽谷也有相似的現象。
在時間分布上，澎湖水道底層與當地潮位不論在混合強度與混合厚度都有明 顯的正相關，在漲潮時混合厚度明顯逐漸增厚，退潮時則隨之減弱，底部混合強 度最強大多出現在表層及底層有最大流速發生時，其週期約 6.5 小時。
(二)黑潮流域:
在黑潮主軸流速大於 0.8 m/s 的水層深度處，此區域反而較無水團混合的現 象，由此可知，高流速區並不會使紊流變得容易發生，若沒有地形的衝突或其他 干擾的因素影響反而會使水層更加穩定，反之，若出現有地形干擾等現象衝突到 水流能量的傳輸穩定性，則高流速區的混合強度就會明顯強過於低流速區。在黑 潮鋒面區方面，邊界區所在的位置由於其表層流場與黑潮主軸區相反，在交界處 存在著水平方向的剪切，故在邊界交界處表層所量測到的混合強度是一般在底層 才能達到的量級，並且是長時間存在的，這也是此區域特別之處。
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最後在蘭嶼尾流的部分，本次實驗在島後渦旋處下方中層處看到混和強度高 達10−1m2s−2 的混合現象，且 Thorpe 密度位移高達了 40 m，是所有研究地點中
翻轉尺度最大的，由於蘭嶼所在位置並非黑潮主軸區，與島嶼接觸的向北流場不 夠強勁導致尾流無法長時間存在，島後出現渦旋的機率不穩定，但其出現的深度 位置與前人研究的尾流不穩定處相近，可以確定的是，尾流所造成的渦旋在中層 (20~90 m)處對水層造成很大的抬升並導致水團混合，但這混合現象卻是短暫且 隨機的。
(三)沿南海 21°N:
此研究區域的特殊處是在於底部有異常厚實的混合(2000 m)，過去在此研究 的學者提出，由於此處的地形是所謂的臨界地形，在呂宋海峽東西走向地形變異 極端，呂宋海峽由東傳來的能量在越過呂宋海脊後會產生內波並於南海海底來回 傳遞消散，這也是造成此區底部混合較厚的主要原因。另外本研究也驗證了在呂 宋海峽為分界的東西兩邊，底部混合高度差異到達 700 m 。恰巧與其東西兩邊 海脊的高度差相當，並且也將實驗所量測到的垂直紊流擴散係數量級與前人研究 相比，其大小在 1000 m 以上平均約為10−4m2s−1，1000 m 以下則為10−3m2s−1，
此結果與前人所做的研究吻合。
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(四)方法比較:
三種計算垂直紊流擴散係數的方法都有其不同特點，Thorpe Method 在密度 排列緊密處容易有無數據的情形，解析度在 1m 以上，與 MicroRider 比對吻合性 良好。MicroRider 直接量測法，解析度最好，能量測到 cm 級的擾動，但能量譜 易受外在因素汙染而影響結果。Parameterization 的解析度最低，但譜值狀況 較穩定，在大尺度的深海大洋混合分布定量上有不錯的結果。
未來展望:
本研究到目前為止，在直接量測的方法上，由於 MicroRider 的 shear 探針 依然無法克服儀器震動的干擾而導致其量測的水層剪切受到汙染，但這方法是目 前公認測量垂直紊流擴散係數方法中最準確的也最普遍使用的，若未來能克服儀 器震動的問題而使用 shear 的探針來做量測，在定量上的結果將可增加其參考 性。
另外，在垂直紊流擴散係數混合的動力機制上，若條件許可，可以增加底碇 的 ADCP 或多做長時間連續的觀測資料，這樣對其整體性的動力來源及混合生成 的機制才能完整地觀察。
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