澎湖水道南深北淺且逐漸緊縮的地形，與 1 m/s 的背景強流使澎湖水道為研究 邊界層交互作用、南海海水傳輸以及水體紊流的天然實驗場所。在前幾個章節中 我們分析了在澎湖水道底邊界層的水文變化並探討其動力機制，潮汐對於我們所 研究的這些現象的週期性變動來說是最重要的驅動力，此章節要歸納前面章節所 述漲潮爬坡的混合溫降與底邊界層的艾克曼傳輸來說明兩者對澎湖劇烈湧升流的 加強效應。
5-1 平行水道方向的爬坡降溫 (Along Channel)
圖 35 平行水道方向的對流混合湧升流示意圖
澎湖水道在四個季節都為不對稱的 M2 潮型，南北向的漲退潮流速對於澎湖水 道來說就是海流爬坡與下坡的現象，在我們的研究中發現漲潮時的上坡流使得 80 米到 105 米水層的水團產生頻繁的水團翻轉(如圖 35)，雖然不像前人在分層湖中 或是大洋斜坡上觀察到的等密度線大幅度的變形產生上冷下熱的水團錯位，但大 大小小的水團翻轉也意味著水團的不穩定進而產生對流混合；在夏季與冬季的資 料中皆有發現水團的不穩定與底層混合的現象，但在降溫的幅度與規律性來說，
夏天的降溫情形比起冬天更為明顯，在每一次的漲潮週期皆有 1~2 度的降溫，最
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大的降溫幅度還接近 3 度，而冬天雖說在漲潮常有降溫的訊號，但幅度不大且並 非在每一個上坡流週期中都有降溫的訊號；在本研究中推斷會造成夏天對流溫降 極為明顯的原因為夏季水團分層明顯，從實測的密度剖面即可看到在夏天漲潮時 80 米到 100 米之間密度剖面已經有著 0.5 左右的密度差，而伴隨著對流的混合，
在漲潮之後流速較弱時原本分層的水團均勻混合，如此漲退潮的差異除了明確表 示潮汐所帶動的底層混合，也讓我們在底碇的固定式溫度計中看到漲退潮溫度明 顯的差異；反觀冬天雖然也有著不亞於夏天的水團翻轉不穩定，但在漲退潮時期 其密度剖面結構一直無明顯的分層現象，即便底邊界層依然存在隨潮汐周期的對 流混合，但對於底層溫度的波動就較看不出明顯的差異及週期性。
圖 36 夏季底碇 TP 溫度與流速交相關係。藍色線為流速的自相關，紅色為溫度 資料與流速的交相關性，圖中黑色虛線表示溫度資料在位移四個小時之後與流速
資料有最大-0.6 的相關性
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針對夏季底邊界層的降溫，我們利用底碇資料中一小時一筆的溫度與平均流 速共 449 筆資料做交相關係，發現在退潮轉漲潮時底層海水開始降溫，在流速最 強後的第四個小時降到最低溫，接著是下一個漲潮的週期，所以在對於平行水道 向的底層降溫現象，最顯著的時期就是漲潮流的後半段到退潮轉漲潮的時候。
5-2 澎湖水道橫向湧升流 (Cross Channel)
圖 37 垂直水道方向沿岸湧升流示意圖
在古典的底邊界層艾克曼效應裡，摩擦應力最大於海床的邊界隨著離底的距 離越遠應力的大小越小且與表水層因風吹拂所產生的應力方向相反，所以底邊界 艾克曼螺旋的方向是流速隨著離邊界的距離縮短而逆時針旋轉，在前人的研究中 通常利用日平均或利用調和分析的方式去除潮汐的影響計算平均流的艾克曼傳輸 效果，在我們的研究中也將底碇流速資料 24 小時平均來看流向的變化，如第 4-3 節與4-4 節所示，夏天的資料明顯的存在底層偏轉的情形但冬季的偏轉情形不明確，
第一點是在底碇實驗位置夏季及冬季的流場是不一樣的，夏季與我們船測位置類 似是不對稱的潮流變化，有接近著0.9 m/s 的背景平均流，在退潮時也大部分是朝 北的流場，而冬季是往復的潮流，背景流場也是往北但只有約0.2 m/s 的流速，而 潮汐變化上的往復流場以及相對弱的背景流速也使我們在冬季所分析到的流向偏 轉沒有一定的趨勢且有著許多缺值。
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我們就觀測到明顯艾克曼現象的夏季底碇資料來分析潮汐變化上的底邊界層 流向偏轉，發現底層流向的偏轉在漲潮轉退潮時較為明顯，與一般研究中表示流 速越大偏轉幅度較大的前人結論不一樣，我們觀察流速剖面時發現我們研究地點 的漲潮流速極大，在流速最強時我們收集到的流速剖面資料在接近底邊界層仍沒 有明顯的速度梯度，表示強烈且上下一致的流速抑制了黏滯摩擦力對於海流流向 的作用，而在漲潮後段流速開始減弱底層流速梯度與流向偏轉角度逐漸增大，在 中層流速0.5 m/s 時逆時針偏轉角度最大而後逐漸減小，在另一方面流速偏轉的大 小在一次漲退潮周期內最大存在50 度的逆時針偏轉，比典型底層艾克曼偏轉的最 大角度來的大，研判是底碇實驗位置位於彰雲隆起海底地形的南方，且存在東北 西南向坡度不明顯的斜坡，所以我們觀測到的流速偏轉其中除了邊界應力產生的 艾克曼偏轉還有地形的影響，而且會在漲潮後段到退潮期間帶給底邊界層水團向 西傳輸的動力機制。
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5-3 澎湖群島的強烈降溫效應
圖 38 澎湖水道中爬坡溫降(左)而後沿岸湧升(右)示意圖
在前幾個章節所分析澎湖水道內兩種不同方向的湧升流皆隨 M2 的潮汐週期 有著週期性的變化，在我們利用船測資料與歷史底碇資料中發現了兩種現象先後 發生對於夏天澎湖湧升流的加強效應；第一個部分為實驗室研究中證實的水團爬 坡的降溫，正如前面所提到的澎湖水道地形地理特性，南深北淺的斜坡地形造成 漲潮爬坡時深層的高密度冷海水向淺層的上坡處躍升，進而產生對流溫降的現象，
在我們的研究中對流溫降在漲潮中段開始降溫至轉潮之前降到最低溫；第二個部 分為底層的艾克曼傳輸，就我們分析的結果，向西的傳輸在最大流速後才漸漸增 強其向西傳輸的水團剛好是底邊界層對流溫降後的高密度冷水，而且此一現象在 每個潮汐週期中都是規律的出現，這樣週期性的冷水傳輸對澎湖來說是加強了湧 升流的效應，除了提供一部分水團湧升的動力，也為明顯的沿岸湧升流的溫度梯 度提供了冷水的來源。
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六、 結論
1. 從 VMP 資料發現底邊界層的渦動能消散率擁有半日週期的變化，在漲潮 中後段有明顯的能量成長，實測中渦動能消散率在秋季與春季皆可達到 10-5 Wkg-1 以上，而秋天受較強烈的分層現象抑制，紊流影響到的深度達 水深80 米處，而在分層較弱的春季紊流可影響至水深 60 米處。
2. VMP 底層的不穩定混合降溫發生於漲潮時期，向北爬坡的強流與底床之間 的摩擦力破壞穩定分層結構，帶動深層海水躍升至上坡淺水處，產生水團 上下轉置的現象，在本研究中發現底層海水的降溫開始於漲潮中後段時期，
底碇溫度資料顯示約在漲潮最大流速後的4 個小時左右降至最低溫，而後 開始升溫進入下一個降溫週期。
3. 於 VMP 資料計算的渦流擴散係數發現，在夏天 60 米水深以下隨深度也呈 現穩定指數成長的趨勢，與底碇資料所計算出的渦流黏滯係數結果相同，
表示 P2 測站在夏天底邊界層也是易於產生底層艾克曼現象的環境，而春 天的渦流擴散係數呈現不規則的跳動，表示在底邊界層之上可能有其他動 力機制影響水團紊流的產生
4. 從底碇流速資料上觀測到底邊界層的艾克曼傳輸於夏天時較為明顯，在潮 汐週期中太過強烈的流速會抑制艾克曼現象的產生，平均流速大於 1 m/s 時，流向的偏轉並不明顯，而在漲潮轉退潮期間流向才開始有逆時鐘的偏 轉。
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5. 利用底碇流的速資料分析渦流黏滯係數剖面，發現夏天與冬天的渦流黏滯 係數大小皆隨著深度呈指數增加，最大值皆為10-3 m2s-1左右，而夏天的渦 流黏滯係數於離底 30 米到離底 4 米之間的差距相較冬天來的小，表示夏 天的邊界應力可傳遞到離底較遠的地方，較易於形成艾克曼效應。
6. 於船測計算的渦流擴散係數發現，在夏天 60 米水深以下隨深度也呈現穩 定指數成長的趨勢，與底碇資料所計算出的渦流黏滯係數結果相同，表示 P2 測站在夏天底邊界層也是易於產生底層艾克曼現象的環境，而春天的渦 流擴散係數呈現不規則的跳動，表示在底邊界層之上可能有其他動力機制 影響水團紊流的產生。
7. 在夏天澎湖水道中存在兩種方向的湧升流，第一種是水團爬坡產生平行水 道方向的湧升流，第二種是因為艾克曼現象造成的橫斷水道方向的湧升流，
在本研究中發現在潮汐週期裡，平行水道方向的湧升流出現在漲潮，使底 邊界層海水降溫，而在漲潮轉退潮時，橫斷水道方向的湧升流開始變得明 顯，將冷水團向西傳輸，這樣一前一後的週期性機制為澎湖群島的表水層 提供了冷水的來源，也是前人研究中發現夏季澎湖強烈湧升流其中一種可 能的動力機制。
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