臺灣近岸海象預報系統簡介

港 研 中 心 建 構 的 臺 灣 近 岸 海 象 預 報 系 統(Taiwan Coastal Operational Modeling System，TaiCOMS)整體架構如圖 2.1 所示，包含 了即時海象觀測網、海象模擬作業化系統及港灣環境資訊網等三部 份。其中海象模擬作業化系統提供的模擬資訊包括風場、波浪、水位、

流場及海嘯等。依模擬資訊性質區分為風場處理系統、波浪模擬系統、

水動力模擬系統及海嘯模擬系統等四個子系統，每日提供港灣環境資 訊網海氣象模擬資訊。有關本計畫海象模擬作業化系統介紹如下：

圖 2.1 臺灣近岸海象預報系統整體架構圖 2.1.1 風場處理系統

風場處理系統主要功用在於將中央氣象局公布的天氣數值預報資 料轉換產出海象模擬作業化系統所需的風、壓場輸入資料，及港灣環 境資訊網展示之風、壓場數值資料。本計畫風場處理系統每日作業化 流程包括自中央氣象局ftp 下載的天氣數值預報資料、資料解碼、重組 及內插等。

自TaiCOMS 建置以來，風(壓)場資料格式依中央氣象局提供的天 氣數值預報資料區分為：

(1) 2014 年 5 月之前，TaiCOMS 風(壓)場資料來源為氣象局第三代 數值天氣預報系統之有限區域模式 NFS (Non- hydrostatical Forecast System)，每日兩次數值預報結果(分別為 UTC 0 時及 12 時)；NFS 數值 網格之水平解析度分為 45km/15km/5km 三層(分別以 RC、MC 及 HC 稱之)，各層模擬範圍及網格資訊如表 2.1 及圖 2.2 所示。

(2)因應氣象局終止對外提供 NFS 數值預報資料，2014 年 5 月起 TaiCOMS 作業系統改採用氣象局第四代數值天氣預報系統之區域模式 WRF (Weather Research and Forecast)模組 M00，每日四次數值預報結果 (UTC 0、6、12 及 18 時)；M00 模組數值網格之水平解析度同樣分成 45km/15km/5km 三層(分別以 WA01、WA02 及 WA03 稱之)，其中 45km/15km 解析度網格模擬範圍與 NFS 相同，5km 解析度網格模擬範 圍則略大於NFS，各層模擬範圍及網格資訊如表 2.2 及圖 2.2 所示。

(3) 2017 年 7 月再度配合氣象局對外政策改版接收 WRF 模組 M05 數值預報結果，M05 模組數值網格改採用水平解析度 15km/3km 兩層 巢狀網格(分別以 WD01 及 WD02 稱之)，各層模擬範圍及網格資訊參 考表2.3 及圖 2.3。

TaiCOMS 風壓場展示及應用的內容分別為海面 10m 高度風場及海 面氣壓場資料，資料格式區分為西太平洋風場及氣壓、中國海域風場 及氣壓及臺灣海域風場及氣壓等三類型，分述如下：

1. 西太平洋風場及氣壓：資料產出範圍為西太平洋北緯 0°至 35°，東 經 99°至 150°，資料網格為解析度 1/6°(或 10')之球面座標規則網 格，或稱為大尺度風壓場，如圖 2.4 所示。2014 年 5 月前由 NFS 水平第一層 45km 網格資料(RC)產生，2014 年 5 月至 2017 年 6 月 由 WRF 成員 M00 水平第一層 45km 網格資料(WA01)產生。2017 年 7 月之後由 WRF 成員 M05 水平第一層 15km 網格資料(WD01) 產生。

2. 中國海域風場及氣壓：資料輸出範圍為西太平洋北緯 10°至 35°，

東經 110°至 135°，網格採用解析度 1/12°(或 5')之球面座標規則網

月前由 NFS 水平第二層 15km 網格資料(MC)產生，2014 年 5 月至 2017 年 6 月由 WRF 成員 M00 水平第二層 15km 網格資料(WA02) 產生。2017 年 7 月之後改由 WRF 成員 M05 水平第一層 15km 網格 資料(WD01)產生。

3. 臺灣海域風場及氣壓：於 2014 年 5 月前由 NFS 水平第三層 5km 網 格資料(HC)產生，其範圍為北緯 21°至 26°，東經 119.25°至 123.0°，

網格為解析度 1/24°(或 2.5')，又稱為小尺度風壓場，如圖 2.6 所示。

2014 年 5 月以後，資料輸出範圍擴大為北緯 20.5°至 28°，東經 117.5°至 124.5°，網格解析度不變，改由 WRF 成員 M00 水平第三 層 5km 網格資料(WA03)產生，直至 2017 年 7 月改由 WRF 成員 M05 水平第二層 3km 網格資料(WD02)產生。

目前 TaiCOMS 海象作業化模擬採取每日僅執行一次 72 小時海象 模擬(前 24 小時為追算模擬，後 48 小時屬於預報模擬)，在風浪及水動 力模組每日輸入的預報風場資料設計上，系統採用以中央氣象局六組 連續預報風壓場資料構成一組73 小時組合的風壓場資料之方式處理，

如圖2.7 所示。圖中 D-1 代表作業化日期 D 之前一天，“_12”代表該風 場預報之起始UTC 時間(相對於台北時區為 20 時)，目前 WRF 風場每 次預報長度為84 小時(即 00~84 共 85 組資料)；經評估後每組風場選取 之時段以06~11 時較佳，同時考量 TaiCOMS 系統每日作業化起始時間 採用台北時區為 0 時，因此系統設計採取以六組連續預報風壓場資料 (D-2_06.10~11 、 D-2_12.06~11 、 D-2_18.06~11 、 D-1_00.06~11 、 D-1_06.10~11、D-2_12.06~52 等)構成每日組合的風壓場預報資料。

表2.1 中央氣象局 NFS 水平三層巢狀網格資訊表 DMS

FLAP 座標系統 dimension relocation ^格點位置

RC

Lambert conformal

mapping 221*127 45KM

Center(120E), true(10N,40N) 座標(114,71)位置位於(30N,120E) 底圖左下點(-5.34068N,77.91867E)

右上點(42.92812N,180.2034E)

MC

Lambert conformal

mapping

181*193 15KM

Center(120E), true(10N,40N) 座標(76,148)位置位於(30N,120E) 底圖左下點(9.28194N,109.7727E)

右上點(35.26665N,137.7342E)

座標(1,1)對應至 45KM MESH 之(89,22)座標位置

HC

Lambert conformal

mapping

91*121 5KM

Center(120E), true(10N,40N) 座標(28,199)位置位於(30N,120E) 底圖左下點(20.78609N,118.6597E)

右上點(26.33824N,123.2724E)

座標(1,1)對應至 15KM MESH 之(67,82)座標位置

表 2.2 中央氣象局 WRF 成員 M00 水平三層巢狀網格資訊表 DMS

FLAP 座標系統 dimension relocation ^格點位置

WA01 Lambert conformal

mapping

221×127 45KM

Center(120E), true(10N,40N) 座標(114,71)位置位於(30N,120E) 底圖左下點(-5.34068N,77.91867E)

右上點(42.92812N,180.2034E)

WA02

Lambert conformal

mapping 181×193 15KM

Center(120E), true(10N,40N) 座標(76,148)位置位於(30N,120E) 底圖左下點(9.28194N,109.7727E)

右上點(35.26665N,137.7342E)

座標(1,1)對應至 45KM MESH 之(89,22)座標位置

WA03 Lambert conformal

mapping

148×178 5KM

Center(120E), true(10N,40N) 座標(55,214)位置位於(30N,120E) 底圖左下點(20.07030 N, 117.3342 E)

右上點(28.24893N，124.9106E)

座標(1,1)對應至 15KM MESH 之(59,78)座標位置

表 2.3 中央氣象局 WRF 成員 M05 水平兩層巢狀網格資訊表 DMS

FLAP 座標系統 dimension relocation 格點位置

WD01

Lambert conformal

mapping

661×385 15 km

Center(120E), true (10N, 40N)，

座標(340,214)位置位於(30N,120E)，

中心點座標為(331,192)位置位於 (26.926N,118.5908E)

底圖 左下點(-5.693677N,78.02554E) 右上點(43.28705N,-179.5461E)

WD02 Lambert conformal

mapping

1158×673 3km

Center(120E), true (10N, 40N)，

座標(522,547)位置位於(30N,120E)，

中心點座標為(579.5,337)位置位於 (24.1285N,121.7601E)

底圖 左下點(14.02224N,105.2500E) 右上點(32.12021N,140.91388E)

座標(1,1)對應至 45 km MESH 之(89,22)座標位置

圖2.2 中央氣象局數值天氣預報系統 NFS 及 WRF 模組 M00 水平巢 狀網格數值模擬範圍圖

圖2.3 中央氣象局數值天氣預報系統 WRF 模組 M05 數值模擬範圍 (WD01 及 WD02)及 TaiCOMS 各層風、壓場資料輸出範圍圖

資料來源：港灣海氣象數值模擬作業化之研究(2/2)，邱等，2015 年

圖2.4 NFS(RC)及 WRF(WA01)風場輸出範圍圖

資料來源：港灣海氣象數值模擬作業化之研究(2/2)，邱等，2015 年

圖2.5 NFS(MC)及 WRF(WA02)風場輸出範圍圖

資料來源：港灣海氣象數值模擬作業化之研究(2/2)，邱等，2015 年

0 6 12 24 48 7278 84

條件。目前近域風浪模組模擬範圍為臺灣周圍海域北緯 20.6°至 28°

及東經 117.6°至 123.6°之海域，如圖 2.9 所示；數值計算格網採用 0.04°(或 2.4')之球面座標規則網格，或稱為中尺度風浪模組。近域 風浪模組使用的數值模式為荷蘭 Delft 大學所發展之近海風浪模式 SWAN (Simulating WAves Nearshore)，模式簡介如附錄二所述。

3. 近岸風浪模組：採用解析度 0.008°之數值計算網格，又稱為小尺度 風浪模組；主要目的為提供藍色公路細緻化海象風浪模擬結果，目 前已完成的近岸風浪模組包括離島澎湖海域、金門海域、馬祖海域 及臺灣本島東南海域、西南海域等，各海域近岸風浪模組之數值計 算網格範圍如表 2.4 所列及圖 2.10~圖 2.14 所示。同近域風浪模組 採用近海風浪模式 SWAN，利用巢狀網格概念由近域風浪模組提供 開放邊界上風浪模擬之方向波譜資料為邊界條件。

表2.4 近岸海域風浪模組之數值計算網格資訊表 模組名稱

範圍 解析度

(°) 格點數 經度(°)

最小值/最大值

緯度(°) 最小值/最大值

澎湖海域 119.00/120.56 22.80/24.20 0.008 186×176 金門海域 117.80/118.88 24.04/24.72 0.008 136×086 馬祖海域 119.44/120.84 25.56/26.72 0.008 176×146 東南海域 120.76/122.00 21.52/23.00 0.008 156×186 西南海域 119.80/120.88 21.52/22.52 0.008 136×126 4. 近岸波浪模組：以基隆港、臺北港、臺中港、布袋港、安平港、高

雄港、花蓮港及蘇澳港等 8 個主要商港為模擬對象，分別針對各商 港近岸海域建置適當的模擬範圍，如圖 2.15 所示；各商港近岸波 浪模擬採用的數值計算格網為解析度10 m 之規則網格，網格相關 資料如表2.5 所列，又稱為小尺度近岸波浪模組。模式採用 Kirbyand Dalrymple (1983)依據拋物線型緩坡方程式所發展的波浪折、繞射數 值模式(REF/DIF 1)，其基本理論說明如附錄二所述。

5. 港域波浪模組：同樣以基隆港、臺北港、臺中港、布袋港、安平港、

高雄港、花蓮港及蘇澳港等 8 個主要商港港域為對象，模擬預測各

所示。為能夠充份展現港域形狀不規則及波浪場變化受到地形及結 構物影響等特性，港域波浪模擬使用的數值計算網格為有限元素三 角形網格，且因建置的非結構數值計網格之解析度高於前述近岸波 浪模組，故又稱為細尺度港域波浪模組。港域波浪模擬主要目的為 模擬外海波浪進到港域內波浪場變化情形，因考量港域波浪會受到 港口構造物存在及地形水深變化等因素影響，產生波浪折射、繞 射、反射及波能損失等作用，因此港域波浪模擬系統採用的數值模 式屬於以橢圓型緩坡方程式為基礎的有限元素港域波浪模式。

目前TaiCOMS 已針對遠域、近域及近岸等風浪模組整合成為三層 巢狀網格風浪模擬子系統，其模擬架構及作業化模擬流程如圖 2.17 所 示；新建的風浪模擬子系統主要功能包括採用非穩態數值模擬方法及 採用波譜數值模擬結果為巢狀網格(中尺度及小尺度)之邊界條件，其中 離散化波譜之頻率數(ML)及波向數(KL)分別為 31 及 36，其中最小頻 率值fmin=0.04，波向解析度為 10°。

表2.5 主要商港港區近岸波浪模組之數值參考網格基本資料

港口 原點座標(tw97 二度分帶) 座標系統 網格大小

名稱 X(m) Y(m) 旋轉角度 (10m)

基隆港 322539.0 2787360.0 256.0 621× 731 台北港 278577.0 2784690.0 -55.0º 801×1301 台中港 198113.0 2696163.0 -36.0 1001×1901 布袋港 150038.7 2579393.8 11.00 1601× 901 安平港 160526.8 2531091.8 31.44 1401×1041 高雄港 177877.0 2487555.0 38.0º 801×1701 蘇澳港 342011.8 2725729.3 185.00 601× 801 花蓮港 316892.0 2655232.0 150.0 321× 801

110 115 120 125 130 10

15 20 25 30 35

Far field

圖2.8 TaiCOMS 遠域風浪模組模擬範圍圖

118 119 120 121 122 123

21 22 23 24 25 26 27 28

Z

0.0 -10.0 -20.0 -50.0 -100.0 -200.0 -500.0 -1000.0 -2000.0 -3000.0 -4000.0

-5000.0 MZ sea

KM sea

PH sea

SW sea SE sea

119.0 119.2 119.4 119.6 119.8 120.0 120.2 120.4 22.8

23.0 23.2 23.4 23.6 23.8 24.0 24.2

Z

0.0 -10.0 -20.0 -50.0 -100.0 -200.0 -500.0 -1000.0 -2000.0 -3000.0 -4000.0 -5000.0

圖2.10 TaiCOMS 澎湖(PH)海域近岸風浪模組模擬範圍圖

117.8 118 118.2 118.4 118.6 118.8

24.2 24.4 24.6

Z

0.0 -5.0 -10.0 -15.0 -20.0 -30.0 -40.0 -50.0 -60.0

圖2.11 TaiCOMS 金門(KM)海域近岸風浪模組之模擬範圍圖

119.6 119.8 120.0 120.2 120.4 120.6 120.8 25.8

26.0 26.2 26.4 26.6

圖 2.12 TaiCOMS 馬祖(MZ)海域近岸風浪模組之模擬範圍圖

121.0 121.5 122.0

22.0 22.5 23.0

Z

0.0 -10.0 -20.0 -50.0 -100.0 -200.0 -500.0 -1000.0 -2000.0 -3000.0 -4000.0 -5000.0

圖 2.13 TaiCOMS 東南(SE)海域近岸風浪模組之模擬範圍圖

119.8 120 120.2 120.4 120.6 120.8 21.6

21.8 22 22.2 22.4

Z

0.0 -10.0 -20.0 -50.0 -100.0 -200.0 -500.0 -1000.0 -2000.0 -3000.0

圖2.14 TaiCOMS 西南(SW)海域近岸風浪模組之模擬範圍圖

150000 200000 250000 300000 350000

24500002500000255000026000002650000270000027500002800000

基隆港

蘇澳港

花蓮港 臺北港

臺中港

布袋港

安平港

高雄港

基隆港

臺北港

臺中港

布袋港

安平港

高雄港

蘇澳港

花蓮港

圖 2.15 各主要商港港區近岸波浪模組模擬範圍示意圖

臺 北 港 基 隆 港

蘇澳港 花蓮港

高雄港 安平港

布袋港 臺中港

在文檔中 108年海氣象自動化預報模擬系統作業化校修與維運 (頁 39-54)