第三章 臺灣周圍海域風浪模擬與校驗
3.2 臺灣周圍海域季風波浪模擬與校驗
本年度計畫選取冬季季風波浪模擬結果與觀測值、氣象局預報結 果進行比較及誤差分析。臺灣周圍海域冬季東北季風盛行，因此本計 畫選擇 2019 年 1、2 月 TaiCOMS 新的風浪模擬子系統進行每日 72 小 時作業化追算與預報，此處臺灣周圍海域風浪模擬採用的是 2 層巢狀 網格，即大尺度遠域網格及中尺度近域網格，如圖2.8 及 2.9 所示，作 業化模擬架構及流程如圖3.6 所示。
臺灣海域風浪模擬子系統
遠域風浪模擬
近域風浪模擬 逐時風壓場
(WA02)
逐時風速 (WA03)
波浪模擬資料後處理 作業化風壓場資料
(WA02、WA03)
巢狀邊界波譜檔 一、二維模擬資料
一、二維模擬資料
藍色公路(波高、週期、波向) 波浪測站(波高、週期、波向)
波高、週期、波向分布圖
圖3.6 臺灣周圍海域 2 層巢狀網格風浪作業化模擬架構及流程圖 針對2019 年 1、2 月臺灣周圍海域冬季風浪每日作業化模擬結果，
彙整各測站波高每日追算時段(0~23 時)模擬值組成本計畫各測站 1、2 月波高模擬值。另針對氣象局決定性波浪預報模式解析度 0.025º 網格 每日 4 次預報各測站波高預報資料，本計畫擷取 06~11 時模擬值組成 氣象局1、2 月各測站波高預報值(註：由於港研中心系統自氣象局 FTP 下載每次預報資料無法百分百成功，因此氣象局 2019 年 1、2 月預報 資料有短缺現象)。針對新竹浮標等測站，本計畫除了繪出本計畫模擬 值、氣象局預報值及觀測值之逐時波高變化比較圖外，並針對本計畫 模擬值、氣象局預報值以月為單位分別分析二者與觀測值間之均方根 誤差(RMSE)及相關係數 R。有關均方根誤差及相關係數定義如下：
2 為3.56m、3.12m，本計畫波高最大模擬值分別為 3.12m、2.85m，CWB 波高最大預報值分別為 2.62m、2.37m，顯示本計畫模擬結果較接近觀 測值。相關係數R 分析結果顯示，1、2 月份均呈現出本計畫模擬結果 高最大模擬值分別為 2.41m、1.99m，CWB 波高最大預報值分別為 1.78m、1.49m，同樣呈現本計畫模擬結果較接近觀測值。相關係數 R 分析結果顯示，1、2 月份均以本計畫模擬結果較好；在均方根誤差分 析方面，1、2 月份均呈現本計畫模擬值誤差較小，分別約為 0.278m 及 0.251m。圖3.9 所示為彌陀浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象局波
面影響，但相關性較不明顯。同樣本計畫波高模擬值與CWB 預報值之 變化趨勢仍然相近似，且 1 月份部份大波浪時段差異較顯著。彌陀浮 標1、2 月份波高最大觀測值分別為 1.71m、1.30m，本計畫波高最大模 擬值分別為1.80m、1.67m，CWB 波高最大預報值分別為 1.18m、1.18m，
同樣呈現本計畫模擬結果較接近觀測值。相關係數R 分析結果顯示，1 月份以 CWB 預報結果較佳，R 約為 0.695；2 月份則以本計畫模擬結 果較好，R約為 0.789。在均方根誤差分析方面，1、2 月份均呈現本計 畫模擬值誤差較小，分別約為0.276m 及 0.190m。
圖 3.10 所示為小琉球浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象 局波高預報值之比較圖，顯示本計畫波高模擬值與CWB 預報值之變化 趨勢仍然相近似，惟與觀測值之變化存在有一些較明顯的差異。小琉 球浮標測站1、2 月份波高最大觀測值分別為 1.42m、1.82m，本計畫波 高最大模擬值分別為 1.54m、1.64m，CWB 波高最大預報值分別為 1.26m、1.36m，同樣以本計畫模擬結果較接近觀測值。相關係數 R 分 析結果顯示，不論本計畫模擬結果或 CWB 預報結果，1、2 月份相關 係數均偏低(R<0.5)，此可能與本計畫及氣象局 0.025 網格解析度均無 法呈現出島嶼效應。均方根誤差分析結果仍以本計畫模擬值誤差較 小，分別約為0.258m 及 0.230m。
圖 3.11 所示為鵝鑾鼻浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象 局波高預報值之比較圖，顯示本計畫波高模擬值與CWB 預報值之變化 趨勢在部份時段有出現較明顯的差異。鵝鑾鼻浮標1、2 月份波高最大 觀測值分別為 1.95m、1.63m，本計畫波高最大模擬值分別為 1.96m、
1.55m，CWB 波高最大預報值分別為 1.93m、1.82m，以本計畫模擬結 果較接近觀測值。相關係數 R 分析結果顯示，均以 CWB 預報結果較 佳，本計畫模擬值之相關係數仍然偏低。1、2 月份均方根誤差分析結 果顯示，以本計畫模擬結果誤差較小。
圖 3.12 所示為台東浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象局 波高預報值之比較圖，顯示本計畫波高模擬值明顯低於CWB 預報值及
顯的不一致。台東浮標1、2 月份波高最大觀測值分別為 3.23m、2.45m，
本計畫波高最大模擬值分別為2.44m、1.84m，CWB 波高最大預報值分 別為 3.05m、2.16m，顯示 CWB 波浪預報值較接近觀測值。相關係數 R 分析結果顯示，1、2 月份均以 CWB 預報結果較接近觀測結果，分 別約為 0.847 及 0.721；均方根誤差分析結果同樣呈現以 CWB 預報結 果誤差較小，分別約為0.325m 及 0.242m。
圖 3.13 所示為花蓮浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象局 波高預報值之比較圖，同樣顯示本計畫波高模擬值略低於CWB 預報值 及觀測值，少部份時段出現本計畫模擬值與CWB 預報值之變化趨勢有 不一致現象。花蓮浮標1、2 月份波高最大觀測值分別為 2.88m、2.47m，
本計畫波高最大模擬值分別為2.10m、2.09m，CWB 波高最大預報值分 別為3.19m、2.40m，雖然以 CWB 預報值較接近觀測值，但 2 月份 CWB 最大預報值發生時段與觀測值有顯著落差。相關係數R分析結果顯示，
仍以本計畫模擬結果相關性較高，分別約為 0.901 及 0.771。均方根誤 差分析結果同樣以本計畫模擬值誤差較小，分別約為 0.391m 及 0.345m。
圖 3.14 所示為蘇澳浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象局 波高預報值之比較圖，同樣顯示本計畫波高模擬值仍有偏小的現象，
但2 月份氣象局波高預報值有明顯大於觀測值現象。蘇澳浮標 1、2 月 份波高最大觀測值分別為 3.35m、2.06m，本計畫波高最大模擬值分別 為 2.34m、2.41m，CWB 波高最大預報值分別為 3.18m、2.45m。相關 係數R分析結果顯示，1 月份以 CWB 波高預報值較佳，2 月份則以本 計畫波高模擬值較佳。均方根誤差分析結果同樣1 月份以 CWB 預報值 誤差較小，約為0.352m，2 月份以本計畫模擬值誤差較小，約為 0.396m。
圖 3.15 所示為澎湖浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象局 波高預報值之比較圖，顯示澎湖海域冬季波高變化明顯受東北季風強 弱影響。本計畫模擬值、CWB 預報值與觀測值之變化趨勢相當一致，
因此相關係數R分析結果均高於0.9；惟大波高表現上，本計畫模擬值 明顯高於CWB 波浪系集預報及觀測值，1 月份模擬值尤其顯著。澎湖
浮標1、2 月份波高最大觀測值分別為 3.09m、2.60m，本計畫波高最大 模擬值分別為 4.47m、3.67m，CWB 波高最大預報值分別為 3.13m、
2.57m，以 CWB 預報結果較接近觀測值。均方根誤差分析結果顯示，1、
2 月份均以 CWB 預報結果誤差較小，分別約為 0.298m 及 0.319m。
圖 3.16 所示為金門浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象局 波高預報值之比較圖，同樣顯示金門海域冬季波高變化受到東北季風 強弱之影響，三者變化趨勢相當一致，惟本計畫波高模擬值明顯略高 於 CWB 預報值。金門浮標 1、2 月份波高最大觀測值分別為 3.11m、
2.80m，本計畫波高最大模擬值分別為 3.01m、2.55m，CWB 波高最大 預報值分別為 2.32m、1.97m，顯示本計畫模擬結果較接近觀測值。相 關係數 R 分析結果顯示，1、2 月份均以 CWB 波高預報值較佳，分別 約為 0.920 及 0.867。均方根誤差分析結果同樣以 CWB 預報值誤差較 小，分別約為0.240m 及 0.248m。
圖 3.17 所示為蘭嶼浮標測站觀測值與本計畫波高模擬值、氣象局 波高預報值之比較圖，除了顯示CWB 波高預報值明顯高於本計畫波高 模擬值，高於觀測值外，二者波高變化趨勢高度相似，同樣受到東北 季風強弱之影響。蘭嶼浮標1、2 月份波高最大觀測值分別為 2.87m、
2.40m，本計畫波高最大模擬值分別為 4.01m、2.93m，CWB 波高最大 預報值分別為4.94m、3.63m，觀測值明顯較小。相關係數R分析結果 顯示，1、2 月份均以 CWB 波高預報值較佳，分別約為 0.867 及 0.639；
本計畫2 月份模擬值與觀測值之相關性偏低，約為 0.473。均方根誤差 分析結果以本計畫波高模擬值誤差較小，分別約為0.614m 及 0.473m。
1/1/19 0:000.0 1/6/19 0:00 1/11/19 0:00 1/16/19 0:00 1/21/19 0:00 1/26/19 0:00 1/31/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Hsinchu buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.375m, R=0.893
TAIsea
RMSE=0.313m, R= 0.904
圖3.7 新竹浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資料之 比較圖
2/1/19 0:000.0 2/6/19 0:00 2/11/19 0:00 2/16/19 0:00 2/21/19 0:00 2/26/19 0:00 3/3/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Hsinchu buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.285m, R=0.886
TAIsea RMSE=0.317m, R=0.868
圖3.7 (續)新竹浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資 料之比較圖
1/1/19 0:000.0 1/6/19 0:00 1/11/19 0:00 1/16/19 0:00 1/21/19 0:00 1/26/19 0:00 1/31/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Qigu buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.469m, R=0.880
TAIsea
RMSE=0.278m, R= 0.906
圖3.8 七股浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資料之 比較圖
2/1/19 0:000.0 2/6/19 0:00 2/11/19 0:00 2/16/19 0:00 2/21/19 0:00 2/26/19 0:00 3/3/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Qigu buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.398m, R=0.807
TAIsea RMSE=0.251m, R=0.880
圖3.8 (續)七股浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資 料之比較圖
1/1/19 0:000.0 1/6/19 0:00 1/11/19 0:00 1/16/19 0:00 1/21/19 0:00 1/26/19 0:00 1/31/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Mituo buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.318m, R=0.695
TAIsea
RMSE=0.276m, R= 0.649
圖3.9 彌陀浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資料之 比較圖
2/1/19 0:000.0 2/6/19 0:00 2/11/19 0:00 2/16/19 0:00 2/21/19 0:00 2/26/19 0:00 3/3/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Mituo buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.236m, R=0.714
TAIsea RMSE=0.190m, R=0.789
圖3.9 (續)彌陀浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資 料之比較圖
1/1/19 0:000.0 1/6/19 0:00 1/11/19 0:00 1/16/19 0:00 1/21/19 0:00 1/26/19 0:00 1/31/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Xiaoliuqiu buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.364m, R=0.201
TAIsea
RMSE=0.258m, R= 0.272
圖 3.10 小琉球浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資 料之比較圖
2/1/19 0:000.0 2/6/19 0:00 2/11/19 0:00 2/16/19 0:00 2/21/19 0:00 2/26/19 0:00 3/3/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Xiaoliuqiu buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.284m, R=0.473
TAIsea RMSE=0.230m, R=0.013
圖3.10 (續)小琉球浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測 資料之比較圖
1/1/19 0:000.0 1/6/19 0:00 1/11/19 0:00 1/16/19 0:00 1/21/19 0:00 1/26/19 0:00 1/31/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Eluanbi buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.655m, R=0.299
TAIsea
RMSE=0.609m, R=-0.181
圖 3.11 鵝鑾鼻浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資 料之比較圖
2/1/19 0:000.0 2/6/19 0:00 2/11/19 0:00 2/16/19 0:00 2/21/19 0:00 2/26/19 0:00 3/3/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Eluanbi buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.516m, R=0.678
TAIsea RMSE=0.340m, R=0.433
圖3.11 (續)鵝鑾鼻浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測 資料之比較圖
1/1/19 0:000.0 1/6/19 0:00 1/11/19 0:00 1/16/19 0:00 1/21/19 0:00 1/26/19 0:00 1/31/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Taidong buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.325m, R=0.847
TAIsea RMSE=0.528m, R=0.800
圖 3.12 台東浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資料 之比較圖
2/1/19 0:000.0 2/6/19 0:00 2/11/19 0:00 2/16/19 0:00 2/21/19 0:00 2/26/19 0:00 3/3/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Taidong buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.242m, R=0.721
TAIsea RMSE=0.456m, R=0.631
圖3.12 (續)台東浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資 料之比較圖
1/1/19 0:000.0 1/6/19 0:00 1/11/19 0:00 1/16/19 0:00 1/21/19 0:00 1/26/19 0:00 1/31/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Hualien buoy OBS.
NWW3 TAIsea
NWW3 RMSE=0.408m, R=0.848
TAIsea RMSE=0.391m, R=0.901
圖 3.13 花蓮浮標測站本計畫模擬波高、氣象局預報波高與觀測資料 之比較圖
2/1/19 0:000.0 2/6/19 0:00 2/11/19 0:00 2/16/19 0:00 2/21/19 0:00 2/26/19 0:00 3/3/19 0:00 1.0
2.0 3.0 4.0 5.0
Wave height (m)
Hualien buoy OBS.
Hualien buoy OBS.