海流觀測系統

台灣海洋雷達觀測系統(Taiwan Ocean Radar Observing System, TOROS)是由國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心(Taiwan Ocean Research Institute, TORI)於 2009 年設立建置，為長期觀測台灣近海周 邊海域表層海流之重點項目，藉由高頻雷達波隔空遙測海面之原理，

以近即時、全天候的觀測方式量測海表面流場。到目前為止，此系 統包括 18 座由 CODAR 組成的高頻雷達站(HFRs)，沿著台灣東西海 岸線建置(測站位置標示於 圖2-1中藍色與綠色方塊)。在這18座 HFRs 中，12 座是 5MHz 長距型，5 座是 13MHz 中程距離型，1 座是 24MHz 標準型。以長距型為例，它可以涵蓋半徑220 公里範圍內的觀測，水 平解析度在徑向上約為8 公里，在方向角約為 2^o。藉助於重疊系統，

TOROS 監測覆蓋的海域面積幾乎達台灣面積的 5.4 倍之多，自 2012 年起的環台海面流場資料可自 TORI 取得，TOROS 所產出的最終產 品為合成表層海流資料，由測站提供觀測的徑向速度進行合成，合成 海流的網格距離為 10km，時間間距為一小時，徑向資料產出率近兩 年已達到 85％以上。而自 2016 年 6 月開始，TORI 在枋寮加裝一臨時 性的 HFR 測站(位置標示 FALA 在 圖 2-1)，以便增加台灣西南海域的 覆蓋面積及改善水平解析度。截至 2016 年底，環台測站已建置完成 17 座 CODAR 測站和台灣西南海域臨時測站。原有的 HFRs 資料結合 FALA 後，某些地區因陸地干擾導致資料盲區因而變少，使得台灣西 南海域海面流場監測覆蓋範圍更為完整，觀測結果顯示水平解析度大 為改善到4 公里，可提供近乎即時的每小時海面流場資料。本研究將 分析與討論 2013 至 2016 年的 TOROS HFRs 合成的海流逐時資料，並 與其他蒐集的觀測海流數值的結果互相驗證，以瞭解台灣四周的氣

候平均流況與其他條件下的流場特性。而設置各測站 HFRs 的相關配 置規格另作表格表 2-1 說明。

全球浮球計畫(Global Drifter Program)自 1979 年起已經在全球各 海域佈放了許多SVP 浮球(如 圖 2-2)，經過 NOAA/AOML 後處理程序 後內插成 6 小時一筆的時間、經緯度、流速、流向、SST 等資料。本 計畫將收集 1979-2016 期間，所有通過台灣四周海域的 SVP 浮球資 料，研判在不同季節和風場條件下的 15 公尺水深的浮球漂流軌跡與 海流。

而為了進一步能深入瞭解台灣海峽於冬季東北季風和夏季西南 季風盛行時的流況，以及於颱風、寒流、西南氣流等極端天氣下的流 況與水溫變化，本研究於2017 年於 TS 北部海域與西南部海域實地分 批進行12個 SVP浮球的施放作業。這 12個 SVP浮球是由 SIO(Scripps Institution of Oceanography)所製造，為銥衛星/GPS 形式，重量約為 25kg，拖傘(drogue)深度為 15 公尺，定位的取樣間隔設定為 15 分鐘，

並以近即時的方式傳送回數據。由於冬季東北季風盛行時，CCC 是 由浙閩大陸沿岸南下，部分支流離開海岸之後再從 TS 中部進入澎湖 海域，因此監測海峽北端的流況是海象預報很重要的一環。施放作 業是利用定期航行於基隆到馬祖(南竿)的台馬之星渡輪的航線上(如 圖 2-3)，分別於 2017 年 2 月 3 日和 15 日在台灣海峽北部各施放 4 個 SVP 浮球，定位的取樣間隔設定為 15 分鐘，自 3 月 25 日起再改為 3 小時。另外此實驗也利用海研三號研究船，分別於 2017 年 6 月 14 日 和 19 日在台灣西南外海各施放 2 個 SVP 浮球，定位的取樣間隔設定 為30分鐘，以監測西南氣流盛行時的台灣附近海域流況，數據的處理 是以中央差分法(central finite difference)求出流速分量 u 和 v。

水利署與中央氣象局多年來在環台周遭海域佈放海氣象浮標並

伴有 ADCP 海流監測，例如蘇澳、台東、鵝鑾鼻、彌陀、七股、澎湖、

金門、台東外洋、東沙、七美、龍洞等。又於 2017 年 8 月分別安裝一 台 ADCP 到馬祖和富貴角資料浮標，以加強監測當地的海流剖面。

馬祖浮標位於台灣海峽最北端的西側，是 CCC 的必經之地，而富貴 角浮標位於台灣本島的最北端，是黑潮部份支流入侵到台灣東北角陸 棚，或流經台灣北端甚至漫延到台灣西北海岸的中途測站，因此監測 這兩個浮標的海流和水溫時序變化，將可對於 CCC 和黑潮支流在冬 季時的流徑和水團分佈範圍有更準確的預報。本研究計畫將分析這些 裝有 ADCP 的浮標之海流與水溫之逐時資料，針對特殊天氣的個案 作分析，並和數值模式的結果相比，以提供極端天氣時的海流預報所 需。

本研究使用兩個底碇式 ADCPs 所記錄的海流剖面的時間序列資 料，以協助評估兩案例中失蹤物的漂流軌跡。圖2-1 中的 N 測站位於 台北港外海(如 圖 2-4)由張國棟老師提供海流資料，S測站位於屏東海 生館外海北測站(如 圖 2-5)，ADCPs 固定於鐵架上並佈放於底深 20m 處，取樣間隔為 10 分鐘，垂直間距為 1 公尺。每一組時間序列長度 介於 15 到 30 天，一年內佈放 3-4 次。

本研究使用自 1991-2013 由台大海研所海洋資料庫統合 OR-1、

OR-2 和 OR-3 的 75kHz&150kHz 船載式流剖儀資料，分析整理出台灣 周遭海域不同季節與深度的流場圖供比對分析。

本研究使用的海面絕對動力地形資料，是向法國的 Archiving Validation and Interpretation of Satellite Data in Oceanography (AVISO) 申請並下載分析使用，供探討分布在臺灣西南海域的海洋渦流傳遞。

絕對動力地形是指從大地水準面到海水面間的高度，也就是海表面高 度 (Sea surface height, SSH)，該資料結合了 TOPEX/POSEIDON、

Jason-1/2、ERS-1/2 以及 ENVISAT 等衛星測高儀的海面高度資料，並 進行儀器誤差、海況誤差與潮汐干擾等影響因素的校正，內插成全球 1/4°×1/4°的空間解析度，以及每日時間解析度的網格點資料，自 1993 年到 2017 上半年，畫圖呈現方法以每日的 Sea Level Anomaly (SLA)，

搭配推算出的絕對動力高度的海面流速(ADT uv)。

由於海流觀測資料之氣象因子有限，雖有利呈現臺灣區域性氣象 特徵，但對於大尺度環境場之特徵，如西南氣流於南海之引入、冬季 東北季風與鋒面之空間分布與移動、颱風中心位置與移動等，仍有其 空間顯示不足之處。為了有效適時分析大尺度環境場之演變特性及其 對臺灣之整體影響，本計畫收集 National Centers for Environmental Prediction /National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR)重分 析資料(Kalnay et al., 1996)，運用每 6 小時之大尺度海面上方 10 公尺之 風場，藉以分析對應極端天氣個案之天氣系統及其相對空間位置，協 助彙整造成海流和水溫快速變化個案之大尺度天氣型態。

2.2數據分析方法