五、 討論
5.1 內潮與紊流特性之季節變化
5.1.1 浮力頻率與流速剪切
起蒙特利峽谷強勁數 10 倍大的正壓潮流，造成擴散係數(Kz ,Ksh) 大於蒙特利峽谷的估算。
圖 5-1、5-2 分別為夏季及冬季的流切均方根(粗線)與浮力頻率 (細線)剖面圖，從兩個季節的流切與浮力頻率剖面來看，兩條剖面有 著類似的趨勢，Lien and Gregg(2001)在蒙特利峽谷也有同樣的發 現，但不同之處在於流切與浮力頻率的值並不相似，故本研究將流切 的值乘上三，以方便比較，夏季流切最大之處在混合層下方，也接近 浮力頻率最大之處；冬季除了混合層下方兩條剖面同樣有變大的趨勢 外，單只有流切在中層增強，顯示不穩定的流切與弱化的分層較易發 生紊流混合狀態。
5.1.2 紊流混合的季節差異
冬天因混合層較厚背景流速較強的關係，表層擴散率在冬天會較 為強烈(Matsuno et al., 2005)，圖 5-3 為兩個季節各站所計算平均 垂直渦流擴散係數的剖面圖，以垂直結構變化來說，兩個季節表層皆 有一大值，然後逐漸變小，冬季受到較厚的混合層影響，所以表層的
流切確實較冬季略為強勁。
混合層下方(100~150 m)則是在冬天出現較大的值約為 9×10-3 m2s-1，夏天是有逐漸變大的趨勢但無較突顯的大值，深度 200 m 以下 中底層的部分，兩個季節垂直結構變化的趨勢相當類似， Kz 逐漸增 大至底部混合層，夏季極值在接近底層的 550 m 處約為 2×10-2 m2s-1， 冬季則是在 600 m 為最大值，接近 0.1 m2s-1，兩個季節皆超過蒙特利 海底峽谷的 10-2 m2s-1 (Kunze et al.2001)，而此結果也符合 Lee et al.(2009)在峽谷內計算的 Kz，較大的值皆發現在中底層，特別是漲 潮時可超過 0.1 m2s-1。
比較表 4-1 與表 4-2，冬季於三個深度範圍使用兩種方法所估算 出的 Kz 與 Ksh 都明顯大於夏季，Thorpe scale 方法的 Kz 冬季約大 於夏季 2-3 倍；shear 能譜法的 Ksh 則是兩季相差來到 5-6 倍，顯示 冬季的紊流擴散確實較夏季強烈，進而比較兩個季節此深度範圍 (80~500m)的流切剖面(圖 5-1、5-2) ，冬季確實明顯大於夏季，推 測增強的流切伴隨著劇烈的混合擴散。
5.2 深海大洋紊流擴散之垂直分佈
本研究從 SEATS 測站的 Kz 剖面，探討了深海大洋的紊流擴散在 垂直方向的變化，中底層 Kz 變化的趨勢是類似高屏海底峽谷實驗的 中底層，同樣逐漸增大至底層，並與流速有著良好的相關性，顯示主 要還是受底層摩擦力影響；SEATS 測站 Kz 剖面的表層無連續的值，
特別在 300-700 m 處幾乎為零，此段為斜溫層，溫度梯度較大，表示 分層也較為明顯，不容易有紊流發生。
開放性大洋的垂直渦流擴散係數在整層深度上的變化，經過統計 於 3000 m 以上 Kz 平均值為 0.2×10-4 m2s-1，海底的平均值則增大為 0.4~0.5×10-4 m2s-1，海底因底床摩擦力的關係，會比上層海洋的 Kz 大上兩倍之多 (Kunze et al., 2006)，本研究在南海 SEATS 測站利 用 Thorpe scale 分析所計算 Kz 的垂直變化，於 3000 m 以上 Kz 平均 值為 3×10-4 m2/s，利用垂直波數能譜法 Ksh 約為 1.8×10-4 m2s-1，海底 Kz 的平均值則增大為 2.5×10-3 m2s-1。
看似平靜的大洋於底部邊界層卻有如此劇烈的擾動，從浮力頻率 與流切剖面(圖 5-4)，發現近底層較為弱化的深層與增強的流切作
5.3 內孤立波效應下的紊流混合
南海的內孤立波大部分集中在呂宋海峽與南海北部，大多由東向 西傳遞，傳遞速度約從 0.5 m/sec 至 3 m/sec，由於行波速度快，現 場觀測不易，再加上儀器本身的下放速度，會造成難以定義內孤立波 通過的觀測，尤其在深水區測站(1)的觀測，第一次觀測時儀器下放 至海底前，內孤立波早已通過，故無法以科學的立場斷定其影響，反 而上收時內孤立波已通過，可將其定義為內波後的影響，在攪動過後 的 Kz 剖面，發現一些有趣的現象，就是 400 m 以上的 Kz 幾乎為零，
顯示混合層的擴散並不強。圖 5-5 上收時與重排過後的位密度剖面 圖，表層 150 m 以上雖看得出有混合層的存在，但並不明顯，表層位 密度幾乎沒有變動，這結果也顯示在圖 5-6( Thorpe 位移圖)，從 200 m 以下開始有位密度的位移變化，大多集中在中底層，位移最大為 10 m。內孤立波通過後整層海水正在逐漸回復穩定的狀態，造成紊流擴 散的垂直分佈產生了變化，Kz 於表層幾乎為零，主要在 400 m 以下 逐漸增大至底層，而比起下放時的 Kz 略微增高。
當非線性內孤立波傳遞至大陸斜坡，因地形淺化作用，造成內波 破碎，此時伴隨著強烈的紊流擴散，使得孤立子在淺水處的消散演化 顯得格外重要(Liu et al.,2004)，本研究於陸棚區的結果也可以另 一個科學的觀點來量化其強烈的擴流擴散，有量測到內孤立波的 Kz
剖面從表層至中層 200 m 處，皆超過 0.1 m2s-1，極值出現於 180 m 可 接近 1 m2s-1，這表示內孤立波破碎後造成的紊流擴散比起南海大洋 (SEATS 測站)大上百倍。
5.4 黑潮造成紊流擴散之空間變化
黑潮是北太平洋很強的西方邊界流，在呂宋海峽與台灣東側的寬 度約有 140 km，具有高溫、高鹽、高流速及高傳輸量等特性，也是 北太平洋中亞熱帶水與近北極旋渦互相交換的重要連結，尤其黑潮主 流於深度 700 m 以上的分層偏弱(Rogachev and Goryachev,1991)，
易形成垂直方向的混合。
除了 S1 測站以外，其餘五個測站表層流速 明顯受到黑潮影響，
向北的最大流速都約有 60~140 cm/s，因為高流速的關係， Kz 在表 層皆接近或超過 10-2 m2s-1，此值比起南海大洋表層的 Kz 可大上約十 倍，因此推斷黑潮的高流速確實伴隨著強烈的紊流擴散。
圖 5-7 為 Kz 延著緯度 22°N 從台灣到蘭嶼之間斷面分佈圖，藍線
可看出靠近蘭嶼處有一深達 3000 m 的海溝存在，如此劇烈的地形變 化，與 S5 和 S6 測站的底層流作用，使得這兩站底層 Kz 皆超過 1 m2s-1。 因此斷定黑潮流場的擴散係數於表層受到黑潮高流速的影響，產生較 深海大洋強烈的混合作用，底層依然以地形影響為主，海溝與強勁的 底層流作用，產生與內孤立波同量級的紊流擴散。
圖 5-2. 冬季高屏峽谷 A 站的流切與浮力頻率剖面圖，流切值乘以三，以方便比 對。
圖 5-3. 高屏峽谷內潮實驗，夏季與冬季各自利用 Thorpe scale 方法計算出的
圖 5-4. SEATS 測站，(a)為浮力頻率剖面，(b)為流切剖面。
(a) (b)
圖 5-5. 內孤立波實驗，深水區測站(1) cast 1 上收(內波後)的原始與重排後的 位密度剖面圖
圖 5-7. Kz 延著緯度 22°N 從台灣到蘭嶼之間(121°E 至 121.45°E)斷面分佈圖，
黑線則為水深線。
六、結論
本研究探討台灣西南部的地形對擴散率的影響，並瞭解在不同的 海洋環境影響之下，紊流擴散的動力參數。本研究利用下放式都普勒 海流剖面儀(Lowered ADCP)及溫鹽深儀(CTD)剖面，進行小尺度的運 算垂直渦流擴散係數 Kz (vertical eddy diffusivity)，主要使用 Thorpe scale 法計算 Kz，再輔以流切的垂直波數能譜法計算 Ksh(內 潮、SEATS 測站)，針對四種不同情況下探討影響紊流擴散特性的因 素，包含峽谷地形對內潮及紊流擴散的季節變化、大洋(南海 SEATS 測站)擴散率之垂直分佈、內孤立波的強烈混合作用，以及黑潮所挾 帶的紊流擴散在空間上的變化。所得的結果分別如下
(一)高屏峽谷內潮與垂直混合之季節變化
夏季(2008 年 7 月 5 日至 6 日) 連續 27 小時及冬季(2008 年 12 月 12 日至 14 日)連續 40 小時於高屏峽谷的開口處觀測，結果顯示此 地的內潮呈現 50 及 100 m 的垂直位移，此波動週期約為 11 和 13 小 時，顯著的半日潮且上下層流速成相反的第一斜壓模流場等特性，兩
兩個季節漲潮時紊流混合的擴散率皆明顯大於退潮時期，主要是 因為底層漲潮時潮流是延著谷軸逆上峽谷，等溫層往上抬升，加上增 大的流速，故在底部邊界層有局部性紊流擴散增強的現象，退潮是順 下峽谷同值線的位移也不如漲潮高，形成漲潮時期的紊流擴散係數比 退潮時大；冬季觀測時適逢大潮，漲潮時的 Kz 超過 0.01 m2 s-1，此 結果與 Lee et al.(2009)在高屏峽谷的觀測相當符合，也遠大於蒙 特利海底峽谷的紊流擴散率，推測是由於較強烈的正壓潮流速影響。
冬季因混合層增厚且底層流增大，表面的混合作用也延伸到較夏季深 的位置，中底層因流切不穩定，造成的紊流擴散較為強烈。
(二)南海 SEATS 測站擴散率之垂直分佈
2008 年 5 月的聯合探測結果指出，南海 SEATS 測站 Kz 的垂直分 佈，於 3000m 以上 Kz 平均值為 3×10-4 m2 s-1、 Ksh 約為 1.8×10-4 m2 s-1， 海底 Kz 的平均值則增大為 2.5×10-3 m2 s-1。SEATS 測站 Kz 剖面的表層 無連續的值，特別在 300-700m 處幾乎為零，表示分層也較為明顯，
不容易有紊流發生。
看似平靜的大洋於底部邊界層卻有如此劇烈的擾動，從浮力頻率 與流切剖面，發現近底層較為弱化的深層與增強的流切作用，形成底 層擴散率比表層大約十倍的現象。
(三)內孤立波挾帶的強烈混合作用與其受到陸棚淺化的效應 2007 年 5 月於南海北部完成之內波實驗結果指出，深水區在內 孤立波通過後整層海水正在逐漸回復穩定的狀態，造成紊流擴散的垂 直分佈產生了變化，Kz 於表層幾乎為零，顯示混合層的擴散並不明 顯，主要在 400 m 以下逐漸增大至底層，比起內孤立過後半小時的混 合作用確實增強許多；淺水區在內孤立波前混合作用不明顯，只集中 在少數深度，但內孤立通過時受到陸棚地形影響，產生破碎後的消散 作用，混合擴散明顯增強，尤其從表層至中層 200 m 處，皆超過 0.1 m2 s-1，最大值(~1 m2 s-1)出現於 180 m 的深度。
(四) 黑潮所引發的強烈混合作用於空間上的變化
2007 年 10 月之黑潮實驗，從台灣到蘭嶼之間共分成六個測站 (S1~S6)，除了 S1 測站以外，其餘五個測站表層流速，向北的最大流 速都約有 60~140 cm/s，因為高流速的關係， Kz 在表層皆超過 10-2 m2 s-1；靠近蘭嶼處有一深達 3000 m 的海溝存在，如此劇烈的地形變化，
與 S5 和 S6 測站的底層流作用，使得這兩站底層 Kz 皆超過 1 m2 s-1。 因此斷定黑潮流場的擴散係數於表層受到黑潮高流速的影響，顯著的
參考文獻
張育嘉(2000)：高屏峽谷及附近海域之流場觀測，國立中山大學海洋資源 學系研究所碩士論文。
楊財銘(2008)：利用 Lowered ADCP 觀測蘭嶼附近的黑潮流場，國立中山 大學海洋資源學系研究所碩士論文。
李盈槽(2009)：高屏峽谷內潮受地形及分層效應之數值模擬，國立中山大 學海下科技暨應用海洋物理研究所碩士論文。
Cisewski, B., Strass, V.H., Prandke, H., 2005: Upper-ocean vertical
mixing in the Antarctic Polar Frontal Zone. Deep-Sea Research II,52,1087–1108.
Dillon, T.M., 1982: Vertical overturns: a comparison of Thorpe and
Ozmidov length scales. Journal of Geophysical Research,87,9601–9613.
Galbraith, P.S., Kelley, D.E., 1996: Identifying overturns in CTD
profiles. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology,13,688–702.
Garett, C.J.R., Munk, W.H., 1975: Space-time scales of internal waves: a progress report. Journal of Geophysical
Research,80,291–297.
Kunze, E., Rosenfeld, L.K., Carter, G.S., Gregg, M.C., 2002:
Internal waves in Monterey submarine canyon. Journal of Physical Oceanography,32,1890–1913.
Kunze, E., Firing, Hummon, J.M., Chereskin, T.K., Thurnherr, A.M., 2006: Global abyssal mixing inferred from lowered ADCP shear and
CTD strain profiles.Journal of Physical Oceanography,36, 1553–
1576.
Lee I.H., Lien R.C., Liu J.T., Chuang W.S., 2008：Turbulent mixing and internal tides in Gaoping (Kaoping)Submarine Canyon,Taiwan.
Journal of Marine Systems,76,383-389.
Lien, R.C.and Gregg, M.C., 2001: Observations of turbulence in a
tidal beam and across a coastal ridge. Journal of Geophysical Research,106,4575–4591.
Liu A. K., Chang Y. S., Hsu M.-K., Liang N. K., 1998: Evolution of nonlinear internal waves in the East and South China Seas.
Journal of Geophysical Research,103,7995–8008.
Naveira Garabato, A.C., Oliver, K.I.C., Watson, A.J., 2004:
Turbulent diapycnal mixing in the Nordic seas. Journal of Geophysical Research,109 ,C12010.
Ozmidov, R.V., 1965: On the turbulent exchange in a stably stratified
ocean. Izvestiya Academy of Science, USSR, Atmosphere and Ocean Physics,1,861–871.
Park Y.H., 1986: Semidiurnal internal tides on the continental shelf
off Abidjan. Journal of Physical Oceanography,16,1585–1592.
Park Y.H., Fudab J.L., Duranda I., Naveira Garabato A.C., 2008:
Internal tides and vertical mixing over the Kerguelen Plateau.
Deep-Sea Research II,55,582–593
Polzin, K.L., Oakey, N.S., Toole, J.M., Schmitt, R.W., 1996:
Finestructure and microstructure characteristics across the
northwest Atlantic Subtropical Front. Journal of Geophysical Research,14,111–121.
Polzin, K.L., Kunze, E., Hummon, J., Firing, E., 2002: The finescale response of lowered ADCP velocity profiles. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology,19,205–224.