研究步驟及工作重點

各研究計劃子題以及其研究綱要與分工合作架構茲說明如下：

台灣環島海岸水位預報系統之建立 蔡丁貴

國立台灣大學土木工程學系教授

台灣環島天文潮 預報模式

莊文傑 港灣技術研究中

心研究員

台灣環島暴潮預 報模式 蔡丁貴 台灣大學土木工

程學系教授

台灣環島海岸水 位預報系統

蘇青和 港灣技術研究中

心研究員

數值網格產生模式 蔡丁貴 台灣大學土木工程

學系教授

GIS資訊系統 Commercial Package

圖 1-3-1 台灣環島水位預報系統分工架構圖

由上圖可以清楚看出各子計劃之間的相關性。以下就各子計劃的 工作內容以及子計劃之間的關係作進一步的說明：

一、 台灣環島天文潮數值預報模式：

近一兩年來，台灣海峽及環島天文潮位之物理特性與數值模擬已 具有可觀的成績（Lin et al, 2000a, 2000b; Juang, 2000; Tsay, 2000）。當 某一地點之天文潮型由半日潮主導時，不但潮差之預測可達 20 公分 以內，滿潮時之預測亦可達到約 10 分鐘之誤差內，以此為台灣環島 之海岸水位預報系統之天文潮位預報基礎，應有在較短時間達成建立 整體預報系統的實效。

天文潮位數值模式預報之重點工作包括：

1.半日潮之流場模式建立、驗證及檢證；

2.全日潮之水位模式建立、驗證及檢證；

3.全日潮之流場模式建立、驗證及檢證；

4.合成潮之預報系統之建立、改善、驗證及檢證。

二、 暴潮水位數值模式

暴潮水位與流場之預報一般均利用平面二維之質量守恆關係式 及運動方程式進行數值模式的建立。最為成功的數值模式應屬美國聯 邦緊急事故處理局(FEMA)所發展建立之直角座標網格有限差分，內 置細網格的數值模式，並利用該模式進行沿岸淹水機率評估，做為洪 水保險費率計算的依據。此模式已成功應用於嘉義白水湖海岸之暴潮 計算(郭金棟等，1998)。

暴潮預測技術又分為兩個子計畫，其一為颱風壓力場及風場之預 測；其二為受壓力場及風場而運動之暴潮位水理預測模式。本子計畫 之重點在此一階段將先以水理預測模式之考量為優先，而颱風壓力場 及風場之預測則利用該領域現有之理論為依據。

本計畫將利用 FEMA 模式，引入邊界符合正交座標系統改善其 模式中無法計算任意形狀的不足之處，並以預測之天文潮位水深（子

計畫一）進行颱風暴潮位計算。研究成果需以現場潮汐資料驗證（子 計畫三）。各年度計畫工作之分配情形為：

1.利用 FEMA 暴潮溢淹模式，並以發展之數值正交網格（非卡式 座標）進行大網格計算環島暴潮分佈。

2.以大網格計算之網格點為邊界條件，內置（embed）細網格對 局部海岸地區進行暴潮計算，地點資料選擇順序依其重要性逐 一建檔（子計畫三）。

3.考慮天文潮汐之變化，考慮我國沿岸特有之地貌（如鹽田、魚 塭等），驗證曲線座標系統之新模式，完成建立新的暴潮預報模 式。

三、 數值網格產生技術之改善與應用

數值預報模式之預報能力由其準確性與計算速率決定，數值模式 所依據之數學模式是對所欲描述之水理現象經過假設與簡化而得，有 其數學上的必要性，但對其結果之應用則有其限制，此可由現場現象 觀測之檢驗與計算結果比較而知其適當性。除此之外，數值模式的另 一關鍵問題，則為計算網格前置準備的簡易性，或網格在計算方法上 所產生誤差的降低，均是預報模式能力提昇的重點。

本子計畫重點為改善現有以邊界元素法建立之數值網格產生方 法，提昇此方法之準確性及應用範圍。其主要工作項目分列如下：

1.解決邊界元素法在基礎點（Base point）靠近邊界時之不連續問 題。

2.擴充應用範圍至複連通區域（Multiply-connected domains）。 3.改善座標轉換偏導數值計算方法的準確性。網格點分佈之選擇

策略。

4.邊界符合座標系統之有限差分法數值網格產生。(子計劃二)

5.邊界符合區域之有限元素法計算網格產生。(子計劃一) 四、 海岸水位及流場站網之建立

海岸水位預報系統之成功與否，在於預報數值模式是否能準確並 快速產生答案，因此，不論是在系統發展階段及應用階段，現場資料 之蒐集、整理、分析與呈現均有其重要性，不但必須有歷時之變化，

而且也需有空間上環島不同位置不同的反應。此一工作學理上雖然不 能預期重大突破，但此基礎工作，不容有錯誤，因此資料如何蒐集、

整理分析之方法探討、及彙整後資料之呈現、保管與流通都是日後海 岸管理與研究工作不可或缺的資訊。

本子計畫之工作項目可以列如以下各項：

1.利用 GIS 蒐集水位站網各水位站及流場觀測站之詳細資料。

2.檢驗校正現場水位及流場資料。

3.進行調合分析，建立各水位站各分潮之振幅、相位及流速。

4.預報天文合成潮之水位及流速。

5.由分析之潮位資料，建立環島潮位、潮時及流場之分佈。

6.暴潮發生時段，將預報之合成天文潮位由總水位扣除，求得暴 潮偏差潮位。

若以年度分工而考慮，則

第一年：以現有我國國際港口及臨近重要河川如淡水河等出口之 水位站與流場觀測站為主，建立台灣環島（包括離島）

資訊網站芻形。

第二年：增加以國內商港及漁港現有之水位站及流場觀測站為 主，改善及擴充環島海岸水位資訊網站。

第三年：彙整所有水位站及流場觀測站資料，完成環島海岸水位 資訊網站。

接下來的第二章及第三章將針對子計畫二：「台灣環島暴潮預報 模式及數值網格產生法研究」詳加說明，至於子計畫一以及子計畫三 的 詳 細 研 究 理 論與 成 果 請 參 考 國科 會 NSC90-2625-Z-124-001 及 NSC90-2625-Z-124-002 計畫編號之子計畫成果報告書，於此不贅述。

第四章結論與建議部分則統合三個子計畫目前的研究成果，作一 簡單的結論，並提供後續研究之建議。