第二章 研究背景及數值模擬簡介
2-1 研究範圍介紹
本文選擇枋寮海岸及龜山島二處作為研究基地。屏東縣枋寮鄉枋寮漁 港海域，長度約達2.5 公里，海岸線平直無曲折，水深變化平緩。宜蘭縣外 海的龜山島，海岸線多曲折變化，二者的地理位置分別如圖2-1(a)及 2-1(b) 所示。
圖 2-1 (a) 枋寮漁港外側海域之地理位置圖
(b) 龜山島右側海域之地理位置圖
2-2 福爾摩沙衛星二號介紹及資料來源
目前商用光學衛星影像逐漸提高空間解析度，如表 2-1 所示。從 1992 年Landsat-7 ETM+的 15 公尺空間解析度、2003 年 SPOT-5 衛星的 2.5 公尺 空間解析度，到現在福爾摩沙衛星二號(FORMOSAT-2)以及美國的 IKONOS 與Quickbird 衛星約 1 公尺的空間解析度。然而，每種衛星各有其優缺點，
本研究考慮高空間解析度及資料取得方便性，以福爾摩沙衛星二號為主，
以下簡述此衛星之特性。
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福爾摩沙衛星二號於 2004 年 5 月 21 日成功發射，為我國第一個自主 性遙測科學衛星，屬於太陽同步衛星，每日繞地球 14 圈，具左右各 45°傾 斜拍攝能力，其掃描像幅寬為24 公里，攝影模式為衛星本體旋轉同步取樣。
應用領域包含土地利用與變遷、農林規劃、環境監控、災害評估及科學研 究與教育等方面。
福爾摩沙衛星二號影像圖的座標系統為TWD67 系統，而實測地形資料 為 TWD97 系統，為利後續研究分析，需將影像的 TWD67 座標轉換成 TWD97 系統，以統一所有座標系統。
表2-1 商用光學衛星空間解析度
空間解析度 15 公尺 2.5 公尺 2 公尺以內
衛星名稱 Landsat-7
ETM+ SPOT-5
FORMOSAT-2 IKONOS Quickbird
本文向國立中央大學太空遙測中心申購的福爾摩沙衛星二號影像圖，
已經過系統改正及精密幾何改正，其影像空間解析度與感測器光譜模式如 表2-2 所示。
表2-2 FORMOSAT-2 衛星資料的基本特性
感測器 軌道 光譜模式 波段數 光譜解析度(μm) 空間解析度
RSI 太陽 同步
全色態(PAN) 1 0.52~0.82 2m
多頻譜態(XS) 4
0.45~0.52(藍) 0.52~0.60(綠) 0.63~0.69(紅) 0.76~0.90(近紅外)
8m
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本文主要辨識衛星影像的波紋線並推算出其波向及波長，為提高辨識 的準確度，須採用較高品質的影像圖。若衛星影像有雲霧覆蓋於圖標區上 方，波紋線則無法達到有效辨識，而在颱風前後有較大波浪，波紋線較為 明顯，因此本文選定無雲、矇氣低及波紋線明顯之影像圖來分析。基於上 述條件，影像圖可選取數量少，經過比對選擇後，使用的影像圖資料如表 2-3 所示。
表 2-3 選擇影像背景資料
研究基地 日期 時間 衛星種類 座標系統 對應颱風 枋寮 2007/08/05 02:08:56 FORMOSAT-2 TWD67 PABUK
(08/06~08/08) 龜山島 2011/05/29 02:00:45 FORMOSAT-2 TWD67 SONGDA
(05/27~05/28)
2-3 數值模擬簡介
本文採用丹麥水力研究所(DHI：Danish Hydraulic Institute)研發完成之 MIKE 21 軟體進行數值模擬，DHI 係一個獨立國際諮詢及科學研究機構，
其所研發之MIKE 21 是模擬水動力、水質、泥沙、波浪之專業工程軟體，
主要應用於港口、河流、湖泊、河口海岸及海洋，具有先進前後處理功能 及用戶介面。本文主要利用MIKE 21 SW 波浪模式進行推算，以下簡述此 模式。
MIKE 21 SW 主要用於模擬離岸及近岸區，風浪與湧浪之成長、衰減及 傳播變形。模式以有限體積法(Finite Volume Method)將控制方程式在空間上 進行離散，所採用之網格系統為非結構性三角形網格，每一個三角形都代 表一個元素，每一時間步均可解出各元素中心之N 值。MIKE 21 SW 包含 兩個不同公式：
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1.全譜公式
全譜公式基於 Komen 等人(1994)與 Young (1999)之波動守恆方程式。
全譜模式包含下列物理現象：風浪成長、波與波非線性交互作用、白沫消 散、底床摩擦消散、水深引起之波浪破碎、水深變化引起之折射與淺水變 形、波流交互作用、水深隨時間變化產生之影響、波浪場冰層覆蓋產生之 影響。
該模式係模擬波浪在各種外力作用下之波能變化，其求解之方程式為 波浪作用力守恆方程式(Wave action conservation equation)，此方程式為二維 時變域之偏微分方程式，表示如下：
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