第三章 臺灣周圍海域風浪模擬與校驗
3.1 綜整中央氣象局風浪預報資料
本項工作主要目的在於彙整氣象局提供之海象預報資料，並與臺 灣近岸海象預報資料進行比對。目前港研中心與氣象局介接之風浪預 報資料包括「決定性波浪預報模式系統」產出的示性波高(以下簡稱波 高)資料(屬性為二維平面)及「系集波浪預報作業系統」產出的點位示 性波高系集(20 個成員)資料。本年度計畫僅針對氣象局提供的「決定 性多重網格波浪模式」預報的風浪資料(示性波高)進行探討。
目前氣象局「決定性波浪預報模式系統」係利用第三代風浪模式 NOAA WAVEWATCHIII (簡稱 NWW3)建置包含解析度 25km (0.25°)、
10km (0.1°)及 2.5km (0.025°)等 3 層的多重網格波浪預報系統，如圖 3.1 所示；圖中最外圍網格(或稱大網格)模擬範圍為(E99°, N1°)−(E155°, N41°)，中間層網格(或稱中網格)模擬範圍為(E109.9°, N9.4°) − (E126.1°, N36.1°) ， 最 內 層 網 格 ( 或 稱 小 網 格 ) 模 擬 範 圍 為 (E117.6°, N20.8°)−
(E123.9°, N26.7°)。此系統風浪預報採用的風場預報資料依大、中、小 網格順序分別為NCEP 風場、10 公里風場及 2.5 公里風場。
基於氣象局提供的每日四次預報(00Z、06Z、12Z 及 18Z)波高資料 為逐時計算網格點預報波高值，因此本計畫需將每次預報逐時波高資 料檔(大、中、小網格各 0 ~ 96 小時)，分別轉換成逐時矩形網格預報波 高資料檔(其中非計算網格點之波高假設為-999)。此外，針對臺灣周圍 海域現有長期波浪測站，相關位置參考圖3.2 所示及表 3.1 所列；本計 畫選取解析度 0.025°網格預報波高資料，分別抽取鄰近波浪測站網格 點逐時預報波高值，彙整成各測站每次預報逐時(0 ~ 84)波高值一維資 料檔。
為瞭解氣象局預報波浪與各測站觀測波浪之差異，本計畫選取 2019 年 1 月 1 日 8 時預報之波高值與各測站觀測值比較，如圖 3.3 所 示。圖3.3 顯示除鵝鑾鼻浮標測站外，預報期間(0 ~ 84hr)各測站波高預
符。在冬季季風期間，北部、中部及東部海域波高普遍較西南海域波 高值大；此外，預報值與觀測值比較結果呈現，僅鵝鑾鼻浮標、蘭嶼 浮標及布袋港等測站有較大的誤差，其餘測站波高預報值與觀測值均 呈現相近似結果。
100 110 120 130 140 150
10 20 30 40
Hs(m)
6.00 5.00 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00
圖3.1 氣象局決定性波浪預報模式系統 3 層多重網格模擬範圍圖 本計畫TaiCOMS 海象模擬作業方式與氣象局波浪預報作業方式存 在有設計上之差異，如本計畫海象模擬作業方式為每日一RUN，每次 模擬 72 小時(前 24 小時為前一日追算，後 48 小時為預報)，氣象局為 每日四RUN，每次預報 96 小時。本計畫每日作業化風場是由連續六組 氣象局天氣預報WRF 風場資料組合而成的，其中最後一組風場預報時 間為氣象局前一日 12Z(或臺北時間 20:00)，擷取長度為 06~52 時。因 此，為瞭解氣象局波浪預報結果與本計畫波浪模擬結果之差，本計畫 選取風場相同預報時間之波浪模擬結果進行比較，即擷取本計畫每日 作業模擬之26 ~72 時波浪模擬資料與氣象局前一日 12Z 預報之 06~52 時波浪模擬資料。如圖3.4 所示為 2019 年 1 月 2 日本計畫各測站波高 模擬結果與氣象局2019 年 1 月 1 日 12Z 波高預報結果之比較。
表3.1 中央氣象局 NFS 水平三層巢狀網格資訊表
波浪測站 CWB IHMT 備 註
測站名稱 測站代號 經 度 緯 度 經 度 緯 度 經 度 緯 度
基隆港 KL awac 121.754 25.166 121.375 25.200 121.76 25.20 臺北港 TP awac 121.376 25.182 121.375 25.200 121.36 25.20 臺中港 TC awac 120.450 24.325 120.450 24.325 120.44 24.32 布袋港 BD awac 120.125 23.380 120.075 23.375 120.08 23.36 安平港 AP awac 120.148 22.956 120.125 22.925 120.12 22.92 高雄港 KH awac 120.294 22.543 120.275 22.525 120.28 22.52 花蓮港 HL awac 121.626 23.967 121.650 23.950 121.64 23.96 蘇澳港 SA awac 121.885 24.590 121.900 24.600 121.92 24.60 澎湖港 PH awac 119.675 23.556 119.675 23.525 119.68 23.52 金門港 KMawac 118.278 24.419 118.450 24.350
馬祖港 MZ awac 119.936 26.165 119.925 26.200 119.92 26.20 蘇澳浮標 SA buoy 121.877 24.627 121.875 24.650 121.88 24.64
花蓮浮標 HL buoy 121.630 24.0325 121.650 24.050 121.64 24.04 46699A 臺東浮標 TD buoy 121.144 22.724 121.175 22.725 121.16 22.72
鵝鑾鼻浮標 ELB buoy 120.823 21.900 120.825 21.900 120.80 21.88
小琉球浮標 XLQ buoy 120.361 22.316 120.350 22.325 120.36 22.32 46714D 彌陀浮標 MT buoy 120.164 22.763 120.150 22.750 120.16 22.76
七股浮標 QG buoy 120.006 23.099 120.000 23.100 120.00 23.08
新竹浮標 HC buoy 120.837 24.755 120.825 24.750 120.84 24.76 46757B 富貴角浮標 FGC buoy 121.921 25.097 121.525 25.325 121.32 25.32 C6AH2 澎湖浮標 PH buoy 119.551 23.727 119.550 23.725 119.52 23.76
金門浮標 KM buoy 118.411 24.380 118.425 24.375 118.44 24.36 馬祖浮標 MZ buoy 120.534 26.375 120.550 26.375 120.56 26.36
蘭嶼浮標 LY buoy 121.576 22.072 121.600 22.075 121.60 22.08 C6S94
圖3.4 顯示在各測站中，以布袋港、安平港、高雄港及金門浮標等 站TaiCOMS 波高預報值略高於氣象局決定性波浪預報模式預報結果，
臺北港及臺中港預測值相當近似，其餘如北部海域基隆港及東部海域 花蓮港、蘇澳港、臺東浮標及蘭嶼浮標等站則呈現決定性波浪預報模 式波高預報值大於TaiCOMS 預報結果。圖 3.5 所示為氣象局 2019 年 1 月 1 日 UTC12:00 決定性波浪預報模式之波高平面分布(2 日 06、12、
18 時及 3 日 0 時)與 TaiCOMS 波高預報結果之比較，由波高分布顯示
風浪系集預報之波高普遍大於TaiCOMS 波高預報結果，導致兩者預報 上差異原因可能有(1)風場差異、(2)數值模式本身差異、(3)數值網格如 解析度、網格地形水深等，其中以風場差異因素影響最大。
119 120 121 122
22 23 24 25 26
MZ buoy MZ awac
SA buoy SA awac
HL awac TP awac
TC awac KM awac
KH awac PH awac
KL awac
KM buoy
FGC buoy
XLQ buoy
LY buoy TD buoy
PH buoy
HC buoy
QG buoy
MT buoy AP awac
BD awac
HL buoy
ELB buoy
圖3.2 臺灣周圍海域長期波浪觀測站分布圖
1/1/19 8:000.0 1/2/19 8:00 1/3/19 8:00 1/4/19 8:00
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Waveheight (m)
1/1/19 8:00 1/2/19 8:00 1/3/19 8:00 1/4/19 8:00 Date (hr)
0.0
Waveheight (m)
FGC buoy
HC buoy
QG buoy
MT buoy
XLQ buoy
ELB buoy
圖3.3 氣象局決定性波浪預報模式波高預報值與觀測值(點)比較圖
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Waveheight (m)
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Waveheight (m)
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Waveheight (m)
1/1/19 8:00 1/2/19 8:00 1/3/19 8:00 1/4/19 8:00 Date (hr)
0.0
Waveheight (m)
LY buoy
TD buoy
HL buoy
SA buoy
PH buoy
KM buoy
圖 3.3 (續 1)氣象局決定性波浪預報模式波高預報值與觀測值比較圖
1/1/19 8:00 1/2/19 8:00 1/3/19 8:00 1/4/19 8:00
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Waveheight (m)
1/1/19 8:000.0 1/2/19 8:00 1/3/19 8:00 1/4/19 8:00 0.5
Waveheight (m)
1/1/19 8:00 1/2/19 8:00 1/3/19 8:00 1/4/19 8:00 Date (hr)
0.0
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MZ awac
HL awac
TC awac
BD awac
KH awac
PH awac
圖 3.3 (續 2)氣象局決定性波浪預報模式波高預報值與觀測值比較圖
1/2/19 0:00 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00
Waveheight (m)
1/2/19 0:000.0 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 1.0
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1/2/19 0:000.0 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 1.0
Waveheight (m)
1/2/19 0:000.0 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 0.5
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1/2/19 0:00 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 0.0
Waveheight (m)
1/2/19 0:00 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 Date (hr)
0.0
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KL awac
TP awac
TC awac
BD awac
AP awac
KH awac
CWB TaiCOMS
圖3.4 氣象局決定性波浪預報模式波高預報值與 TaiCOMS 波高
1/2/19 0:000.0 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00
Waveheight (m)
1/2/19 0:000.0 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 1.0
Waveheight (m)
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Waveheight (m)
1/2/19 0:000.0 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 1.0
Waveheight (m)
1/2/19 0:00 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 0.0
Waveheight (m)
1/2/19 0:00 1/2/19 12:00 1/3/19 0:00 1/3/19 12:00 1/4/19 0:00 Date (hr)
0.0
Waveheight (m)
HL awac
SA awac
PH awac
TD buoy
LY buoy
KM buoy
CWB TaiCOMS
圖 3.4 (續)氣象局決定性波浪預報模式波高預報值與 TaiCOMS 波高 預測值比較圖
3.0
118 119 120 121 122 123
21
Time: 2019010206
圖3.5 氣象局決定性波浪預報模式波高平面分布與 TaiCOMS 風浪模
118 119 120 121 122 123
21
Time: 2019010212
圖 3.5 (續 1)氣象局決定性波浪預報模式波高平面分布與 TaiCOMS
3.0
118 119 120 121 122 123
21
Time: 2019010218
圖 3.5 (續 2)氣象局決定性波浪預報模式波高平面分布與 TaiCOMS
118 119 120 121 122 123
21
Time: 2019010300
圖 3.5 (續 3)氣象局決定性波浪預報模式波高平面分布與 TaiCOMS 風浪模擬結果(虛線)之比較圖