1-1 研究動機
東海(East China Sea)海域(圖 1-1)遍佈著許多小島，除了琉球群島之外，極具 爭議的釣魚台群島也位於此海域(圖 1-1 之星號)，而東海也位於全世界地震發生 頻率最頻繁的東亞地震帶上，除此之外，此海域東側亦為黑潮流經之地，且黑潮 對台灣的氣候、漁業等影響極大。因此東海海域為一具有豐富實驗性之區域。
海深測量對於很多領域來說，具有很重要的意義。對大地測量領域來說，海 深測量可以精確求定地球的形狀與建立更精密的重力場；對地球科學領域來說，
海深測量可幫助了解地球內部物質與板塊移動的情形；對海洋學領域來說，海深 測量有助於研究洋流、潮流與海底地形的構造；此外，海深測量也可應用於幫助 國家邊界的界定。目前全世界海深測量發展至今，大致可分為三種方式來測量海 深，(一)船測聲納測量：也是目前求定海深精度最高的測量方法，其技術隨著科 技發展，目前主要有單音束測深系統與多音束測深系統，其中以多音束測深系統 之精度較高，但船測測量對於大範圍的區域來說，此方法有其限制。例如：測量 費用較高，測量時間過長，甚至還有受到主權問題或是地形之限制等。(二)利用 衛星影像來計算海深：此法雖然可以計算海深，但受限於光學的反射特性，只能 計算水深約 20~50 公尺的區域。(三)為利用重力測量推算海深：目前有利用船測 重力、衛星重力或是衛星測高重力來求算海深，於船測重力方面，其單點精度不 錯，但是若測大範圍區域，其經費與時間都很可觀，且其船測軌跡分佈不均；而
衛星重力方面，多數應用於求定長波長重力場，故較不能應用於海深研究；在衛 星測高重力方面，其觀測量為海水面高度，實際應用時必須先轉化為重力值，其 技術發展今已有 40 多年歷史，針對觀測量進行改正方法也日漸成熟，且測高衛 星能提供大量的高精度資料，因此本文將以衛星測高資料求算重力並結合船測重 力來反演東海海域之海深。
由於研究區域東海海域範圍廣(經度122°
E
−132°E
、緯度22°N
−32°N
)，且 散布許多小島，而衛星測高在接近陸地，其足跡(footprint)會因為碰到陸地進而 破壞反射之脈衝波形，導致衛星測距之精度不佳，因此本文將利用波形重定(waveform retracking)求得近岸衛星測高改正之海水面高，進而用於計算研究區域 之海深，也利用測高衛星重力所計算之重力異常來評估波形重定對於精度上的貢 獻。除此之外，因為本研究區域之釣魚台列嶼，受其主權問題，所以其周遭沒有 船測資料，因此，本研究也將以衛星測高重力反演之海深來研究釣魚台列嶼周遭 海底地形。最後，將本文計算之各種海深模型與 ETOPO1 海深模型進行比較，
期許成果能優於 ETOPO1 海深模型。
圖 1-1 東海海域海底地形圖，
黑色框線區域為研究區域範圍，
紅色星星為釣魚台列嶼所在。
(來源：ETOPO1 網格, http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html)
1-2 文獻回顧
衛星測高技術最早是為了監測海水面變化而設計，自從 Brown (1977)提出了 平均脈衝回傳理論，也帶動了測高衛星反射之波形的研究與發展，如 Martin et al.
(1983)發展之β 參數演算法、Wingham et al. (1986)發展之 OCOG(off center of
−
gravity)演算法、Davis (1997)所發展之門檻值(threshold)演算法、Hwang (2006)提 出了改進門檻值(improved threshold)演算法與 Yang et al. (2012)提出的次波形(Subwaveform)門檻值演算法。除了波形重定的理論發展之外，國內外學者也將 此技術應用於各方面，如陳松安 (2001)使用β
− 5
參數演算法於 ERS-1 測高衛星 上，Deng (2003)對於 ERS-1 及 ERS-2 測高衛星資料進行波形重定，並且於台灣 沿海和澳洲沿岸船測重力資料進行比較，文獻中提到進行波形重定較未進行波形 精度提升了約 4 mgal。在 70 年代衛星搭載測高儀執行大地任務以後，海洋重力場的計算變成為研 究的主題，最早期是於 Rummel and Rapp (1977)提出相關研究文章。Moritz (1980) 提到最小二乘配置法(Least Squares Collocation, LSC)。Rapp (1985)結合了 Geoos-3 及 Seasat 測高衛星資料進行全球海洋重力異常與大地起伏之計算。Hwang (1989) 亦使用 Geoos-3 及 Seasat 測高衛星資料做高精度的重力異常預估。Hwang and
Parsons (1995)結合 Seasat、Geosat/ERM、ERS1/ERM、TOPEX/POSEIDON 四種 測高衛星資料和船測資料求出雷克雅内斯海脊 (Reykjanes Ridge)的詳細重力。
Hwang (1998)的 inverse Vening Meinesz formula (IVM)，將東西、南北垂線偏差分
量轉換為重力異常，於文獻中提到 IVM 計算殘餘重力異常於當時為一新技術，
與船測重力進行比較，精度約可達 5~14 mgal。
自從 1978 年 Seasat 衛星發射以來，利用衛星測高資料逆推海深研究就以展 開，再這數十年間發展中，根據文獻均有不錯的成果，例如 Dixon et al. (1983)、
Smith and Sandwell (1994)皆提出利用測高資料來求得海深的方法；Hwang (1998) 將測高衛星資料求得之重力異常以快速傅立葉變換(Fast Fourier Transfer, FFT)及 其逆變換來求得海深模型，最後將所計算的模型與其他已知的全球海深模型做比 較，並利用船測海深的資料進行精度評估；Hsiao et al. (
2011
)將測高資料以重力 地質密度法求得海深模型，在該研究區可以達到 40m 以下之精度。1-3 論文架構
本文共分七章節進行討論，各章節內容介紹如下：
第一章：主要分為研究動機、文獻回顧與本論文章節架構之說明。
第二章：主要分為兩大主題，主題一為介紹本研究所使用之測高衛星資料，並說 明其原理。主題二為簡單介紹波形重定技術並詳述本研究所採用之波形重定技術 之理論。
第三章：介紹本研究所使用之船測資料，並說明資料處理之過程。
第四章：介紹本研究所採用之理論方法，將詳述如何從衛星測高資料求得重力異 常，並結合船測資料或是其他網格模型資料來求解本研究區海深模型之理論與方 法。
第五章：分析本研究區求得之重力場成果，並探討波形重定有無對測區之影響。
第六章：分析本研究區計算之海深成果，並比較全球知名之海深模型，並將本研 究之海深成果進行釣魚台群島之討論。
第七章：對本論文做結論與建議。