第3-1節 水文特性－PHC
本研究在澎湖水道內共有7 次的觀測資料，利用 CTD/LADCP 和紊流儀進行 重複的時序觀測，提供了不同潮時的水文、流速和紊流剖面特性。P2（OR3-1887）
在9 月觀測期間 CTD 量測到的溫度、鹽度、密度和平方浮力頻率時間序列如圖 3-1 所示。實驗期間 BBL 均存在溫度、鹽度和密度均勻混合的特徵，等溫線和等 密度線存在半日潮週期振盪但不明顯，而較冷較重（密度較大）的水層在漲潮（北 流）期間從底部往上延伸10 - 20 公尺。幾次的澎湖水道觀察結果，P1（OR3-1560, 9 月）和 P2（OR3-1887, 9 月）中所觀察到的水文特性均為分層穩定，偏向於台 灣海峽夏季的水文特徵。P2（OR3-1923, 4 月）的觀測期間（圖 3-2），觀測到的 水溫與9 月兩次觀測結果相比，最高水溫低 C2 ，水團分層也比較微弱，而鹽度 的差異並不大，介於34.4 ~ 34.8 PSU。4 月和 9 月的觀測期間 BBL 的平均浮力頻 率平方（N2）大約是10－５至10－４ s－２，水層分層在水深20 - 60 公尺是較穩定約 為10－３ s－２。OR3-1586（P2, 3 月）航次觀測到的最低水溫（圖 3-3）又比上述 4 月所觀測到的值低約1~ 2C，t 和浮力頻率也明顯反映出觀測期間從水面至 30 公尺深以及 70 公尺水深至海底的分層都很弱，凸顯出明顯的季節性水團分層 特徵，夏季的時候分層較強，冬季時候分層較弱。溫鹽圖（T-S 圖, 圖 3-4）說明 9 月期間 50 公尺深度和底部之間的密度差異大於 2 kg m－３，而3－4 月份的密度 差異大約為1 kg m－３。因此PHC 的水層結構在 9 月會呈現強烈的分層，而在 3-4 月則是顯示較弱的分層。我們加入典型的南海和黑潮（Chen and Wang, 2006）
溫鹽特徵與PHC 內的水團特性做比較，結果顯示 PHC 的水團性質在 2015 - 2016 年兩次的觀測期間是比較接近黑潮水質，這個觀測結果與2011 - 2012 年所觀測 到的結果不一致。在2011 - 2012 年的觀測中，T-S 圖（圖 3-5）顯示出的水團性
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質是較偏似南海水，這代表在2015 - 2016 的觀測期間，黑潮支流可能曾經入侵 至南海北部，因此有著不同的水團性質。圖3-6 顯示 4 次的觀測時間衛星觀測到 的流場資料（AVISO），其中在 2016 年 4 月，黑潮支流入侵至南海北端後在台灣 西南海域形成套流，而2015 年 9 月則是有部分黑潮支流入侵至 PHC 南端，這兩 個特徵都說明黑潮支流水曾經在 PHC 南端堆積藉由潮流將此高溫高鹽水帶入 PHC 內；2011 與 2012 年兩次的觀測，黑潮支流並未入侵南海北端，因此 PHC 內 主要以相對較低溫低鹽的南海水為主。
進一步表示 BBL 內的水文變化，我們區分不同潮汐階段的密度剖面說明。
圖3-7 為 P2（OR3-1586, 3 月） CTD/LADCP 量到的水文資料，我們擷取一個潮 汐周期的資料來說明BBL 內的水文變化，圖 3-7a 顯示了從第 75.9 到第 76.3 天 的一個時間段（同圖3-3, t圖虛線），從LADCP 得出的水平流速（從 60 公尺 深度到底部的平均深度）的時間變化。圖 3-7b 中示出了對應於 4 個代表性潮汐 階段（由數字1,2,3 和 4 表示）的分佈圖。在退潮階段，速度達到其最小值（圖 3-6 中時間 4 的北向速度為 0.1 m s－１）時，BBL 內的水層是均勻混合狀態，同時 有著平均較大的密度。隨著漲潮階段流速逐漸增大到正值，密度會逐漸變小，在 BBL 中會出現明顯的密度翻轉（overturn），這說明著 BBL 的紊流增強和破壞原 本溫度的垂直結構，而這層紊流層密度翻轉的尺度從底部延伸至 65 公尺深。圖 3-7c 顯示了在潮汐階段 2 的最大流速期間，原始觀測密度剖面和重新排列的密度 剖面（隨著深度的增加密度增加）。Thorpe（2005）提供翻轉尺度的估計，是由原 始密度剖面和重排的密度剖面移動後的垂直距離。由此剖面資料可以明確地看到 在65 公尺和 75 公尺之間中發現了較大的密度垂直位移，比起原本均勻混合（時 間1）的尺度還要厚。這個觀察結果類似於蒙特利峽谷的研究結果（Kunze, et al., 2012），紊流層（turbulence layer）比混合層厚，說明底部邊界層混合對紊流浮力 通量的重要性。在分層強的期間，如圖3-8 從 P2（OR3-1887, 9 月）CTD/SADCP 量到的水文資料中擷取一個潮汐周期的時間來表示，圖3-8a 顯示了從第 266.4 到
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第 267 天的 SADCP 垂直平均流速資料。圖 3-8b 中示出了對應於 4 個代表性潮 汐階段（由數字1,2,3 和 4 表示）的分佈圖。底部均勻混合的水層厚度會受到流 速的強弱而改變，在漲潮期間會隨著流速增強而增加分層，在流速最大的時候平 均密度最小（時間2），隨著流速減弱，底層又恢復均勻混合的狀態，換句話說則 是流速增強後會破壞原本均勻混合的狀態產生層化。這個結果與OR3-1586 航次 3 月的觀測有所不同，在強的分層下紊流的發展會被抑制。本文所討論的 BBL 所 指的是較厚紊流層。
2017 年我們嘗試施放錨碇串來收集流速以及溫度資料，並配合 VMP-250 的 佈放針對PHC 底邊界的紊流更近一步的實驗。圖 3-9a 為錨碇串上流速資料、溫 度資料，潮位是使用東石港的潮位資料。在漲潮的時候 ADCP 的傾斜角均大於 23 度，垂直位移可以從水深 60 公尺（退潮時段）到水深 80 公尺（漲潮時段），
相差 20 公尺的深度，因此流速資料在這個研究我們並未使用。受到錨碇串傾斜 角過大的因素，我們取錨碇串最下方的兩顆TP 的溫度資料，垂直差距最小，預 定佈置水深為109（tp8464）和 110（tp8756）公尺，再配合潮位資料試圖找出其 關係變化（圖 3-9b）。發現在底部水深 110 公尺的時間序列的溫度差有著 M4週 期變化（圖3-10），在漲、退潮時候會都先升溫再降溫，最大的差異是在漲潮時
（北流）的溫度差較大，最大相差 C1 ，退潮時只平均相差0.1C。由於退潮時 的差異太小，因此船測資料並沒有觀測到此現象，不論在漲潮（北流）或是退潮
（南流），溫度都會在流速最大的時候開始呈現降溫。
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圖 3-1 P2（OR3-1887, 9 月）測量到的時間序列溫度，鹽度，
t以及N２。圖 3-2 P2（OR3-1923, 4 月）測量到的時間序列溫度，鹽度，
t以及N２。其中 白色虛線代表圖3-8 的 4 個潮汐階段。28
圖 3-3 P2（OR3-1586, 3 月）測量到的時間序列溫度，鹽度，
t以及N２。其中 白色虛線代表圖3-7 的 4 個潮汐階段。29
圖 3-4 P2（OR3-1887, 9 月）與 P2（OR3-1923, 4 月）測量到的 T-S 特徵，紅線 代表歷史黑潮水團特徵，藍線代表南海水團特徵。
圖 3-5 P1（OR3-1560, 9 月）與 P2（OR3-1586, 3 月）測量到的 T-S 特徵，紅線 代表歷史黑潮水團特徵，藍線代表南海水團特徵。
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圖 3-6 AVISO 流場資料，左上圖為 2011 年 9 月流場，右上圖為 2012 年 3 月流 場，左下圖為2015 年 9 月流場，右下圖為 2016 年 4 月流場。
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圖 3-7 P2（OR3-1586, 3 月），（a）平均南北向流速（v），表示一個潮汐週期，
4 條虛線表示不同的潮汐時間。（b）4 個不同的潮汐時間所觀測到的
t剖面。（c）流速最大時（編號2）觀測到的
t剖面，黑線表示原始觀測，紅線表示
t重新排列後的剖面。
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圖 3-8 P2（OR3-1887, 9 月），（a）平均南北向流速（v），表示一個潮汐週期，
4 條虛線表示不同的潮汐時間。（b）4 個不同的潮汐時間所觀測到的
t剖面。（c）流速最大時（編號2）觀測到的
t剖面，黑線表示原始觀測，紅線表示
t重新排列後的剖面。
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圖 3-9 錨碇串資料，上圖為錨碇串 ADCP 所觀測到的流速深度時序資料，粗黑 等溫線表示水溫22C；細黑等溫線表示水溫23C；黑色虛線為東石港潮位變化。
下圖為錨碇串最下面兩顆TP 所觀測到的溫度時序資料（淺灰線 tp8464、深灰線 tp8756），黑線表示嘉義東石港潮位變化。其中 tp8464 位於水深 109 公尺處；
tp8756 位於 110 公尺處。
圖 3-10 錨碇串 110 公尺（tp8756）的時間序列溫度差的能譜圖分析。
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第3-2節 水文特性－大陸邊緣、高屏峽谷
這裡大陸邊緣指的是南海北部與台灣海峽連接的大陸斜坡以及 150 公尺水 深的大陸棚處。OR3-1639 航次為 3 天的觀測時間，分別在大陸斜坡（S2）水深 600 公尺和大陸棚（S1） 水深 150 公尺處來回連續 48 小時的定點連續量測。在 大陸斜坡的 CTD 資料中（圖 3-10），海表面水溫大約 30 C ，等溫線在水深200 公尺以下明顯有著半日潮週期的波動，溫度的差異大約2.5 C ，這半日週期的變 化也同時反映在鹽度、
t資料當中，與PHC 內的水文特徵比較，在大陸斜坡的 半日內潮特徵明顯，位於水深 200 公尺以下，等密度線的振幅約 100 公尺。另 外，浮力頻率資料顯示出，在150 公尺以上的水層分層穩定，200 公尺以下的水 團分層微弱沒有明顯的週期性變化，N２均小於 10－４ s－１。水團隨著大陸斜坡進 入大陸棚區，水深從數百公尺遞減到150 公尺，由於測量方式是 S1 - S2 之間來 回觀測，在大陸棚 S1 站所量測到的水文特性與大陸斜坡處相似（圖 3-11），在 100 公尺 以下等溫線有著 50 公尺半日週期的振幅。100 公尺以上的 N２約10－４ s－２分層穩定，100 公尺以下的 N２約10－５~10－４s－２分層較弱，S1 的平均 N２比S2（大陸斜坡處）所量測到的還大，100 公尺以下的分層半日週期的變化較明顯。
圖3-12 為 2013 年 6 月 OR3-1696 航次在 S2 站所觀測到的 CTD 時間序列水 文資料。季節上與 OR3-1639 航次不同，6 月的水溫最高約 28 C 比起 9 月量測 的最高溫低2 C ，鹽度範圍約33.8 ~ 34.6，鹽度最大值出現在水深 100 ~ 150 公 尺之間，與表水低鹽差距0.8 比 9 月所觀察到的鹽度差值（1.2）還小，除此之外 等密度線也顯示出表層混合層厚度較9 月所量測到的還深；等溫線、等密度線依 然明顯的表示出此處半日內潮特徵。圖3-13 為 S2 站兩航次的 T-S 圖，整層的密 度差均為4 kg m－３，9 月份觀測時水團特性集中同時貼近歷史南海水特性，而 6 月份的觀測結果分層較弱，水團特性介於南海水與黑潮水的性質之間。歷史水文 資料表明，TS 的南端有兩種不同水團的特徵，包括具有低溫和低鹽度的南海水
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（SCSW）和具有高溫和高鹽度的黑潮支流水（KBW）。黑潮分支會在冬季時期 從呂宋海峽（LS）入侵到南海北部（NSCS）同時影響到 TS 中的水團特性（Shaw et al., 1989；Jan et al., 2010）。Jan et al.（2010）表示 KBW 在夏季的平均溫度約 24.63 C ，平均鹽度則為34.49；冬季的 KBW 平均溫度約 20.54 C ，平均鹽度為 34.59。S2 在 6 月的觀測可以在水深 100 m 測量到鹽度較高（~34.5）的高鹽水，
水溫介於20~23 C ，水團性質接近KBW 的特性。我們推斷黑潮支流水在這此次 觀測期間可能有部分入侵至NSCS，這種不同水團之間的混合也是紊流發展的因 素之一。
由於2014 年高屏峽谷航次 CTD 下放次數不足 12 小時，因此我們利用 2008 年7 月以及 12 月的觀測資料來說明高屏峽谷的水文特徵。兩次的航次觀測中，
我們在高屏峽谷口定點（GP, 圖 2-1）分別重複 15 次以及 21 次的連續 CTD/LADCP 觀測。時間序列的
t和浮力頻率（N２）剖面資料均顯示出半日週期的變化（圖 3-15、圖 3-16），兩個不同月份的航次觀測資料充分展現出季節性的水文特徵差異。在7 月（夏季，圖 3-15）觀測到的最高水溫約為30C，從等密度線以及N2可以 觀察出在水深50 公尺以下至 200 公尺的分層較強，最大 N２～10－３ s－２。等密度 線的變化從海底向上延伸至約水深50 公尺處，其振幅從垂直 90 公尺的變化降為 約50 公尺。而 12 月（冬季，圖 3-16）觀測到的最高水溫約為27C，鹽度比起 夏季還來得低，強的分層集中在水深100 公尺至 200 公尺之間。等密度線的振幅 變化從海底向上延伸至約水深 70 公尺處，靠近海底有著最大的等密度振幅約為 100 公尺，比起夏季所觀測到的垂直振幅還來得大。在高屏峽谷中，表面混合層 厚度有著季節性的差異，冬季所觀測到的平均表層混合層較厚，水深大於100 公 尺後便能清楚的觀測到內潮的垂直振幅變化。