第四章、 大氣-水文整合系統
4.3. 大氣-水文整合模擬
4.3.1 研究區域
此系統目前將研究區域應用在宜蘭的蘭陽地區，並以蘭陽溪作 為主要河道演算，測試模式的適用性。蘭陽溪原名為宜蘭濁水溪，
以含砂量豐富混濁而得名，發源於海拔 3,740 公尺之南湖大山北麓，
流經牛鬥出谷後，於噶瑪蘭大橋附近會合宜蘭河、冬山河，隨即注 入太平洋，流域面積 978.63km2，為臺灣東北部最大河川。其年平均 降雨量約為 2,656 公厘左右，主要集中於每年七到十二月。而依照 不同的地形分佈，其土地利用大致依用途可分為農業區、保護區、
河川用地、住宅區、商業區及工業區…等等。本計畫依據水保局、
水利署以及林務局所提供之土地利用圖層，將二維模擬區域劃分成 9 種土地利用類型。目前已蒐集相關地形地質資料，在依據實際集水 區狀況建立 WASH123D 數值模式的輸入資料。根據河川段面資料，由 蘭陽溪構成本模式的一維河川網絡，並根據規劃報告決定河底粗糙 度；而二維平面以三角形格網構成，以內政部的 40 公尺 DTM 參考高 程建立不規則之計算網格，在山區模擬網格較粗，而平地部分則較 細，本模式也規劃 9 種土地利用決定地表逕流速度。目前在模式中 於蘭陽地區所採用的雨量站有:宜蘭、南山、三星、壯圍、大礁溪、
再連、寒溪、古魯、雙連埤、羅東、玉蘭、太平山、及思源等共計 13 個。而蘭陽地區之模擬區域網格如圖 4.7，採有限元素三角網格，
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是由 32906 節點及 65357 個元素所組成。
圖 4.7、蘭陽地區網格與高度示意圖 4.3.2 模式率定
本計畫使用泰利(2005)、龍王(2005)兩場事件進行模式率定與 測試，利用 WRF 不同累積參數化格式方法測試適合台灣地區之參數，
模擬結果分別如圖 4.8 及 4.9 所示。由圖 4.8 泰利(2005)颱風模擬 結 果 ， 可 發 現 模 擬 降 雨 圖 與 觀 測 較 為 一 致 ， 其 中 又 以 使 用 Betts-Miller-Janjic 累積參數化格式之 Case1、Case5、Case9 和 Case13，其逕流歷線上升段結果較佳，雖然洪峰流量與到達時間之 誤差研判亦為忽略地下水遲滯效應導致洪峰流量仍稍為低估及到達 時間亦稍微提前，但三小時之稽延仍與實際情形相近。而圖 4.9 龍
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王(2005)颱風模擬結果，仍以使用 Betts-Miller-Janjic 累積參數 化格式之 Case1、Case5、Case9 和 Case13 為佳，且以直接登陸之颱 風受環流影響較小、誤差也較小，同時也發現使用 Grell 3D(5)累積 參數化格式之 Case4、Case8、Case12 和 Case16 則為高估，因此，
對於直接登陸之颱風且土壤飽和狀況下，使用 Betts-Miller-Janjic 累積參數化格式有較佳之結果。
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Typhoon Talim (Aug.31st 0800 AM ~ Sep.02nd 0800 AM, 2005) Observed
Simulated
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Case1 Case2
MA9 = 0.77 m
Case5 Case6 Case7 Case8
Case9 Case10 Case11 Case12
Case13 Case14 Case15 Case16
MA9 = 0.84 m
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Typhoon Longwang (Oct.01st 0800 AM ~ Oct.03rd 0800 AM, 2005) Observed
Simulated
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Case1 Case2
MA9 = 0.73 m
Case5 Case6 Case7 Case8
Case9 Case10 Case11 Case12
Case13 Case14 Case15 Case16
MA9 = 1.03 m
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圖 4.10、梅姬颱風(2010)大氣水文整合預報結果
4.4. 三維應用展示系統
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上述大氣水文即時模擬結果可藉由3D展示系統進行即時 展示，本系統主要採用World Wind 3D 空間網路資訊應用平台 進行開發，本平台為一前瞻高解析數位地球空間地理資訊展現 平台，其原始碼為美國國家太空總署(NASA)所釋出，為三維立 體視覺化地理資訊系統工具，主要提供予地球科學與自然環境 應用研究等。考量防災決策需求，本計畫採用此平台進行客制 化，並根據開放空間資訊協會OGC (Open Geospatial Consortium) 國際標準與規範進行建構，以便連結網路地圖WMS( Web Map Service )或網路圖徵 WFS (Web Feature Service )等網路圖資服 務。而本平台已可連結由國網中心建構之福衛二號災害相關大 量衛星影像資料及其他單位提供影像資料所彙總之資料庫，整 合建立成為歷史數位化地理資訊展示與應用兼具之系統平台。
本平台實際應用上可支援防災任務，持續開發平台新應用，同 時可結合防災資料與即時災防訊息，將各項天然災害之模擬或 觀測影像資料與此展現平台套疊，並輔助建立政府救災決策系 統，本平台仍持續開發中，目前已完成之功能簡介如下：
4.4.1 系統主介面
系統主畫面如圖4.11所示，介面配置及概念說明如下：
編號 名稱 說明
1 功能列 提供系統各項功能的清單，以滑鼠點
選(Click)驅動功能。
2 工具列 系統主要及常見的功能，以功能鍵提
供快速驅動該項功能。
3 圖層列 地表的各項地理資料以【圖層方式】
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建立及套疊應用，圖層列中提供各類 系 統 整 合 的 地 理 資 料 及 外 部 介 接 OGC WMS，套疊圖資僅需點選核取 圖層前之方塊。
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地 圖 ( 圖 形 ) 展示區
提供各式地理環境資料及不同維度 (2D、3D)資料之展現區。
5 訊息列 顯示目前視點中心經度、緯度、高度
及高程。
圖4.11、系統完成主介面 4.4.2 功能列說明
(a)檔案
檔案的部分，主要針對資料的輸入與讀取。提供兩個主要 的資料輸入方式：
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1、直接開啟介接國網中心WMS_Cloud 雲端的圖資，可以作為 本展示系統底圖的資料供應來源；
2、「手動匯入洪水展示資料」，由於系統預設將載入預先協調好 展示資料路徑，因此當驅動「手動匯入洪水展示資料」時，系 統跳出檔案選取視窗(圖4.12)，提供使用者載入特定的資料輸入 來源，使資料的呈現依指定的檔案進行展示而不遵照預設的檔 案路徑位置。
圖4.12、檔案選取視窗
(b)檢視
檢視的部分主要提供系統地圖展式介面中，地圖元素的輔 助顯示與相關的設定，系統完成介面對應如下：
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表4. 1、系統檢視功能設計說明
項目 地圖元素 介面顯示說明
1 指北針羅盤 用以顯示地圖的方位。
2 地圖比例尺 顯示視點區域範圍與實際空
間範圍的距離比。
3 二維或三維不同
的檢視模式
提供切換顯示平面與三維地 圖。
4 地形剖面線 提供依據輸入剖面線的起、
迄，展示出起、迄點剖面之地 形起伏，搭配淹水深度之動態 播放，可以進一步了解。
5 淹水深度圖例 用顏色色塊表示淹水的數據
的高地起伏，用以突顯視劇在 地圖上的表現。
6 圖層清單 險是可用以套疊在地圖上的
參考資料，包括來自於系統面 及外部資料供應單位，如：
WMS 介接。
(c)工具
1、地標管理：提供地標點位建立、修改及刪除，以利使用者自 行在圖面上標定。
2、地形剖面：提供輸入分析起、迄點後，進行繪製地形剖面線 圖。
3、三維導覽：提供以旋轉、方位變換、拉遠拉近及尺度的誇張 程度等功能。
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4、淹水模擬管理：提供為淹水模擬分析播放管理所需要的操作 管理功能。
(d)說明
以HTML 網頁儲存於系統中。
4.4.3 主要功能說明
(a) 進行淹水模擬分析
1、點選功能選單【檔案-->手動匯入洪水展示資料】後，或點 選工具列上圖示，跳出檔案選取對話方塊，選取本機電腦中欲 載入之展示區塊檔案。
2、按【開啟】完成展示區域手動匯入作業，計算完成後，系統 跳出撥放控制介面(圖4.13)。
3、控制視窗資訊提供幾個拉軸。由上到下說明如下：
進度：表示資料時序的前後，可參考時間撥放的指示說明。
高度：因為淹水高度的尺度相較於地球體踏小，因此設計上將 資訊出現在高程的位置上，由水平面0 公尺往上調整到3,000 公尺，藉以凸顯資訊的呈現。
比例：提供做為淹水單位高度尺度誇張化表示。
撥放速度：提供使用調整資料時序撥放速度。
水位上限與水位下限：提供使用者設定三維球體展示時，顯示
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淹水資料範圍上、下極限值，在上下極值內的資料使會出現於 撥放展現的顏色中。
4、點選【Play】，系統依據資料時間的先後順序，依序播放顯 示資料圖例於圖面上。點選【Pause】：表示資料展示播放暫停。
點選【Stop】：表示資料展示撥放停止。點選【Rewind】：表示 資料展式播放逆向播放(意即時間由後往前撥放)。
圖4.13、播放控制面板與模擬視窗
(b) 開啟NCHC_WMS_Cloud 介接
1、點選功能選單【檔案-->開啟NCHC_WMS_CLOUD】後，或 者點選工具列上圖示，跳出WMS_CLOUD 位址輸入介面。
2、NCHC_WMS_CLOUD 服務位置輸入(如未產生預設值)，輸 入後網路搜尋後，回應目前雲端服務之所有圖層清單。
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3、於圖層前方核取方塊點選打勾，則WMS 圖層資料載入地圖 瀏覽視窗中。
(c) 進行地標標籤管理
1、點選功能選單【工具-->地標標籤管理】後，或者點選工具 列上圖示，跳出視窗。地標輸入視窗中提供輸入地標名稱、位 置經緯度及高程，同時可以指定地標上的圖示檔案。
2、經緯度的輸入，可以以兩種輸入方式，其一為圖面上直接點 選地點，系統會自動抓取圖面上位置之經緯度；另一種輸入地 標的方式則是直接輸入經緯度或其他坐標框架輸入方式，如選 取【TWD97】、【TWD67】、【WGS84】等。
3、輸入按【確定】後，檢視圖面上相關位置出現使用者輸入支 小圖示(或預設圖示)。
(d) 進行地形剖面管理
1、點選功能選單【工具-->地形剖面管理】後，或者點選工具 列上圖示，跳出資訊輸入視窗。地標輸入視窗中提供輸入分析 起、氣點位置經、緯度。
2、經緯度的輸入，可以以兩種輸入方式，其一為圖面上直接點 選起、迄點，系統會自動抓取圖面上位置之經緯度帶入系統中；
另一種輸入地標的方式則是直接輸入經緯度並選取其他坐標框 架輸入方式，如選取【TWD97】、【TWD67】、【WGS84】等。
3、輸入按【確定】後，檢視圖面分析相關剖面線地形起伏分析 (圖4.14)，Y 軸表示高程、X 軸表示距離，單位為公尺。按【清
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除】則表示欲重新輸入。
圖4.14、播放控制面板與模擬視窗
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第五章、 結論
建立大氣水文整合即時模擬系統，利用集水區模式(WASH123D) 承接大氣模式(WRF)所模擬之雨量資料，進行颱風期間每日四次 的 72 小時模擬，並將模擬結果輸出至網頁，以供相關單位參考。
本年度針對蘭陽溪流域進行模擬環境重建與改進，修改後的環境 可涵蓋整個宜蘭地區；同時亦針對 2010 年的梅姬(Megi)颱風，利 用整合設定之自動化排程進行河川水位模擬測試與驗證等工 作。
考量防災決策需求，發展 3D 應用展示系統，此系統採用 World Wind 3D 空間網路資訊應用平台進行客制化開發，並根據開放空 間資訊協會 OGC 國際標準與規範進行建構，以便連結網路地圖
考量防災決策需求，發展 3D 應用展示系統，此系統採用 World Wind 3D 空間網路資訊應用平台進行客制化開發，並根據開放空 間資訊協會 OGC 國際標準與規範進行建構，以便連結網路地圖