第四章 潮位站資料改正與海平面變化計算
4.4 潮位站地表垂直變動改正
4.4.1 潮位站地表垂直變動速率
衛星測高觀測之海平面高度為相對於參考橢球之絕對觀測量，因 此該觀測量不受固體地球形變之影響，然而潮位站所量測之海平面高 度則是相對於陸地上固定參考點之觀測值，其觀測量中包含潮位站地 表垂直變動訊號，因此結合潮位站水位變化資料與衛星測高資料即可 求得該潮位站之地表垂直變動量 u(式 4.3)。潮位站垂直變動速率之推 算為應用線性方程式(二參數)擬合與其偏差 a 與斜率訊號a1'，公式如下 所示，
t a a t
u( ) 0 1' ... (4.5) 本研究使用之潮位站中，以竹圍潮位測站之垂直變動訊號最為明 顯（如圖 4.17 所示），比較 1994-2012 年衛星海洋數據存檔、驗正與解 釋(AVISO)衛星測高資料和竹圍潮位站資料，由其差值之時變特性可知，
由 1994 年起竹圍潮位站周圍地表有明顯下沉情形，直至 2007 年，竹 圍測站更換監測地點(遷站)，地表下沉情形才有明顯改變(換站時間如 表 2.3 所示)，而 1994-2012 年地表下沉量約 50 公分。
圖 4.17 竹圍潮位站之地表垂直變動訊號。ALT 為衛星海洋數據存檔、
驗正與解釋(AVISO)衛星測高之海平面高 4.4.2 近二十年(1993-2012)潮位站地表垂直變動速率
本小節結合衛星測高與潮位站資料估算近二十年(1993-2012)潮位 站地表垂直變動速率，結果如表 4.7-4.8 所示，使用之潮位站資料皆已 改正海潮效應、逆氣壓效應與基準偏移。表中顯示位於台灣西半部潮 位站周圍潮位站多呈現下降情形，然而位於西北部的新竹(Hsinchu)與 竹圍(Jhuwei)兩潮位站相距 40 公里，但兩站地表變動量差異量非常顯 著，約 28 mm/yr。造成顯著不一致的原因為竹圍測站更換監測地點所 致，竹圍測站在 1993-2007 年地表下沉速率較大，而在 2007 年更換監 測地點(遷站)後，測站周圍地表呈現穩定之情形(如圖 4.17 所示)。
由上述原因可知，竹圍潮位站資料並不適用於海平面變化研究，
因此本研究後續計算不使用此站資料。將表 4.7 與表 4.8 中其他的潮位 站垂直變動速率以圖示方式展示(如圖 4.18)，由圖可知，雖然兩衛星測 高資料估算各潮位站垂直變動速率有些微差異，但整體而言，兩測高 資料估算之趨勢相當一致。近二十年(1993-2012)臺灣本島沿岸地表主 要呈現下降情形，如西部沿岸地區之地表呈現明顯下降情形，其中西 南部之箔子寮(Boziliao)、東石(Dongshi)、後壁湖(Houbihu)以及塭港 (Wengang)潮位站垂直變動速率每年皆下沉 20 mm。其他台灣附近區域 潮位站除了位於香港橫瀾島(Waglan Island)測站周圍地表呈現每年下
沉 14.5-15.6 mm，其他香港、菲律賓潮位站與日本潮位站周圍地表皆無 明顯垂直變動情形。
表 4.7 平均海平面永久服務中心(PSMSL)潮位站垂直變動速率
Country Station Name
Vertical motion trend (mm/yr)
AVISO RADs
China
Zhapo 0.40±0.65 0.21±0.71
Xi Sha 2.27±0.48 0.77±0.48
Kanmen -0.86±1.03 -1.06±1.05
Waglan Island -14.45±1.18 -15.59±1.21
Quarry Bay 0.49±0.73 0.10±0.76
Station Name Vertical motion trend (mm/yr)
AVISO RADs
Keelung 0.74±0.44 0.09±0.45
Gengfang 4.85±0.79 4.48±0.79
Su-ao -3.83±0.64 -4.89±0.65
Hualien -4.38±1.04 -5.63±1.06
Chenggong -1.46±0.78 -2.07±0.80
Fugang 3.46±0.60 2.67±0.61
Houbihu -21.71±1.22 -22.00±1.23
Syunguangzui -9.07±0.58 -8.07±0.58
Donggang 0.34±0.87 -1.20±0.87
Kaohsiung 2.49±0.51 1.86±0.52
Jiangjun -0.43±0.68 -0.48±0.69
Dongshi -24.25±0.84 -25.13±0.84
Wengang -22.44±1.04 -22.44±1.06
Penghu 0.58±0.43 -0.46±0.45
Boziliao -24.61±0.87 -26.02±0.86
Taichung Port -11.72±0.81 -11.79±0.84
Hsinchu -1.44±0.89 -2.45±0.92
Jhuwei -29.99±0.86 -30.33±0.86
Mean -7.94 -8.54
圖 4.18 潮位站近二十年(1993-2012)之地表垂直變動速率圖 4.4.3 近十年與近二十年潮位站之地表垂直變動速率
平均海平面永久服務中心(PSMSL)近十年(2003-2012)與近二十年 (1993-2012)之潮位站垂直變動速率趨勢大致上是相似的(如圖 4.19 與表 4.9 所示)，但由十年資料所計算速率之標準偏差明顯變大。由圖 4.19 可知，十年與二十年的垂直變動速率差異較大為坎門(圖 4.19(b))與宿霧 (圖 4.19(a))潮位站，此成果與第二年期(103 年)成果相同，其原因應為 使用較短時間資料(十年)去推算速率，容易導致計算之精度較差，以及 容易受到短期強烈訊號影響[郭重言等人，2015]。
中央氣象局近十年與近二十年潮位站的地表垂直變動速率趨勢大 多是一致的(如圖 4.20、表 4.10 所示)，近十年台灣西南部地表仍呈現 穩定下沉，其中箔子寮、東石與塭港每年約呈現 1-2 公分的下沉量。
後壁湖潮位站近十年與近二十年的地表變動速率差異較大，速率差值 約 20 mm/yr，原因除了十年的時間段較短造成計算之精度較差外，還 可能是後壁湖測站資料 2003 年之前地表垂直變動速率非常顯著 (如圖 4.21 所示)，造成在改正基準偏移時成果有所差異，導致後續所估算地
表變動速率不一致之情形。
亦如前期(102 年)計劃成果所示，由十年資料估算垂直變動速率之 標準偏差較大(標準偏差平均值為±1.76 mm/yr)，而由二十年資料估算的 地表垂直變動速率之精度較佳(平均標準偏差為±0.72 mm/yr)。後續將以 估算之近二十年(1993-2012)地表垂直變動速率成果與全球衛星定位系 統(GPS)以及水準成果相比較。
圖 4.19 平均海平面永久服務中心(PSMSL)潮位站之近十年(10 yr;
2003-2012)與近二十年(20 yr; 1993-2012)地表垂直變動成果。(a) 衛星 海洋數據存檔、驗正與解釋(AVISO)衛星測高，(b) 雷達測高資料收集
(RADs)衛星測高
圖 4.20 中央氣象局潮位站之近十年(10 yr; 2003-2012)與近二十年(20 yr; 1993-2012)地表垂直變動速率(a) 衛星海洋數據存檔、驗正與解釋
(AVISO)衛星測高，(b) 雷達測高資料收集 (RADs)衛星測高 表 4.9 平均海平面永久服務中心(PSMSL)潮位站之近十年(10 yrs;
2003-2012)與近二十年(20 yrs; 1993-2012)地表垂直變動速率
Country Station Name
Vertical land motion trend (mm/yr)
AVISO-TG RADs-TG
10 yrs 20 yrs 10 yrs 20 yrs
China
Zhapo -0.79±1.84 0.40±0.65 -4.22±1.97 0.21±0.71
Xi Sha 0.08±1.31 2.27±0.48 -1.60±1.29 0.77±0.48
Kanmen -5.56±2.85 -0.86±1.03 -8.04±2.92 -1.06±1.05
Waglan Island -16.14±3.06 -14.45±1.18 -18.99±3.05 -15.59±1.21
Quarry Bay -0.81±2.20 0.49±0.73 -3.85±2.23 0.10±0.76
Tai Miu Wan -4.45±2.68 -0.59±1.44 -7.51±2.67 -1.61±1.46
Tai Po Kau -1.64±2.11 0.34±0.76 -4.76±2.12 -0.34±0.80
Tsim Bei Tsui -0.32±1.91 -0.53±0.72 -3.58±1.94 -1.09±0.73
Shek Pik 0.25±1.84 1.79±0.97 -2.88±1.80 0.34±0.99
Japan
Nase 0.54±1.49 0.37±0.49 0.54±1.16 0.78±0.42
Nakano Sima -3.74±1.34 -0.91±0.46 -4.57±1.64 -0.80±0.62
Okinawa -0.20±1.26 -0.09±0.47 -0.71±1.33 -0.34±0.51
Naha -2.79±1.19 -0.77±0.37 -3.47±1.27 -1.06±0.42
Ishigaki -1.83±1.59 0.07±0.52 -3.29±1.65 -1.36±0.55
Philippines Legaspi 3.99±1.60 -0.35±0.50 0.86±1.67 -0.94±0.55
Cebu 5.72±1.26 1.70±0.50 -0.85±1.60 1.09±0.60
Mean -1.73 -0.51 -4.18 -1.61
表 4.10 中央氣象局潮位站之近十年(10 yrs; 2003-2012)與近二十年(20 yrs; 1993-2012)地表垂直變動速率
Station Name
Vertical land Motion Trend (mm/yr)
AVISO-TG RADs-TG
10 yrs 20 yrs 10 yrs 20 yrs
Keelung 1.07±1.30 0.74±0.44 0.12±1.27 0.09±0.45
Gengfang 12.51±2.91 4.85±0.79 12.79±2.90 4.48±0.79
Su-ao -2.38±1.34 -3.83±0.64 -3.45±1.36 -4.89±0.65
Hualien -6.59±2.00 -4.38±1.04 -7.83±2.06 -5.63±1.06
Chenggong 1.29±2.15 -1.46±0.78 0.35±2.23 -2.07±0.80
Fugang 8.71±1.70 3.46±0.60 8.17±1.77 2.67±0.61
Houbihu -1.75±2.14 -21.71±1.22 -3.34±2.20 -22.00±1.23
Syunguangzui 4.38±1.37 -9.07±0.58 3.25±1.39 -8.07±0.58
Donggang 1.50±1.43 0.34±0.87 -0.55±1.46 -1.20±0.87
Kaohsiung 5.85±1.29 2.49±0.51 3.95±1.34 1.86±0.52
Jiangjun 0.77±1.52 -0.43±0.68 -0.93±1.54 -0.48±0.69
Dongshi -16.83±2.39 -24.25±0.84 -18.45±2.42 -25.13±0.84
Wengang -16.90±2.29 -22.44±1.04 -17.70±2.32 -22.44±1.06
Penghu 1.18±1.19 0.58±0.43 -3.22±1.13 -0.46±0.45
Boziliao -22.46±1.65 -24.61±0.87 -25.41±1.62 -26.02±0.86
Taichung Port -10.02±1.99 -11.72±0.81 -13.06±1.98 -11.79±0.84
Hsinchu -3.70±2.53 -1.44±0.89 -7.13±2.61 -2.45±0.92
Mean -2.55 -7.94 -4.26 -8.54
圖 4.21 後壁湖潮位站之地表垂直變動訊號。ALT 為衛星海洋數據存檔、
驗正與解釋(AVISO)衛星測高之海平面高
4.4.4 估算之二十年地表垂直變動速率與全球衛星定位系統(GPS)和水