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本研究先以從 OKTV 計畫裡取得的臺灣東部海域水文資料做溫鹽圖斜率分 析,以定義出深海水的範圍和水團性質,並配合水團分析方法,帶入文獻回顧內 所提及的可能水團 NPIW 及 CDW 性質,以計算 KTV1 測線上的水團組成比例,

接著根據定義的深海水密度範圍,計算 RMS,以求得深海水與鄰近區域深海水 的性質相似性,判斷兩者是否為同一水團。再者,因海洋的大尺度運動大致遵循 位渦度守恆(Conservation of Potential Vorticity,簡稱為 PV)之關係,本研究亦配 合位渦度的計算來衡量深海水之來源。最後,依據熱風關係式(Thermal wind relation)以溫度、鹽度、壓力三種資料,計算出斜壓地轉流(Baroclinic geostrophic velocity),配合上述位渦度及水層厚度推估合適的地轉流不動層 (layer of no motion),以瞭解深海水的去向。資料分析方法流程如圖 3-1 所示。

圖 3-1 資料分析流程圖。

3-1 深海水分層界定

其中 T 為位溫度(potential temperature)、S 為鹽度。藉此取得 128 個測站的溫鹽 斜率後,再計算每一密度區間的平均斜率和標準差: 及標準差上執行 401 個密度區間(每公尺間隔)的移動平均(moving average),以過 濾掉海洋內垂直上下 400 公尺內的波動、減少雜訊及取得斜率變化趨勢:

MASm =Xm−200+ Xm−199 + ⋯ + Xm+199+ Xm+200

OKTV 計畫有完整 KTV1 測線資料的航次為 OR1-1012、OR1-1017、O1-1042、

OR1-1051、OR1-1066、OR1-1081 以及 OR1-1088 共 7 個航次,有鹽度、溫度兩 個守恆變數,可列出三個方程式並解出三個未知數:

3-3 水團性質相似度分析

圖 3-3 計算 RMS 流程圖。

3-4 水團來源之研究方法

3-4-1 位渦度及水層高度計算

Talley and McCartney (1982)使用 PV 以追蹤拉布拉多海(Labrador Sea)內水 團的流動與形成,之後以 PV 研究海洋內水團的分佈成為水團研究的選擇之一 (O’Dwyer and Williams,1997 )。在水團動向方析之應用上,假設在某一緯度有 一水團,此水團介於特定的密度區間之內而有一水層厚度 h,當此水團等緯度移 動的時候,因為行星渦度 f 並未造成改變,為維持 PV 守恆,則相對渦度ζ以及 水層厚度 h 都維持不變,若是其中有一個項目改變,譬如說水層厚度的改變,若 水層厚度變小,為維持 PV 守恆,則相對渦度也需要變小,反之亦然。但若此一 水團移動的過程中有行星渦度的改變,則為維持 PV 守恆,相對渦度與水層高也

需改變。當行星渦度增加,水層厚度必須增加導致渦管的拉長,或者相對渦度的

根據 Ertel(1942),可以另從 PV 的原始定義中推導出 PV 和浮力頻率(Buoyancy frequency)的關係,使用此一關係式計算 PV。PV 的定義為(Ertel,1942):

q = 1

3-4-2 斜壓地轉流計算

為估算地轉流,需先將鹽度轉化為以海水中溶解物質質量與海水質量之比 值的絕對鹽度(absolute salinity)(Wright et al.,2011),以及從位溫度(potential temperature)重新計算為由一個熱容量定值所除以的位焓(potential enthalpy)所得 之保守溫度(conservative temperature)(Jackett et al.,2006),後即可以絕對鹽度、

保守溫度和壓力三者換算出密度(Jackett et al.,2006)。

從靜水壓關係:

∂p

∂z = −gρ (3.4.6)

可得深度和密度間的函數關係。將 3.4.6 式倒數並對壓力做積分之後,可得一動 力高度(Dynamic Height,D):

D = −1 速,又稱相對流速(Relative velocity):

v(p) − v(p0) =g

3.4.8 式所計算出的地轉流為相對流速,為求得絕對流速(absolute velocity)則再需 設定不動層(layer of no motion),也就是絕對流速為 0 的水層,從此深度向上積 分,得到整層水的絕對流速剖面。Sverdrup et al. (1942)曾提出在灣流(Gulf Stream) 的計算上應以 2000 公尺深為不動層。後陸續有人提出 1500 公尺、1000 公尺等 不同的深度作為不動層(Neumann,1954),Jung (1955)做了一番綜合比較,認為

並也註解了不動層的選擇並沒有太多的物理意義於其中,而是等密度面與等壓力 面恰巧為同一平面,可單純地假設不動層以下之流場和其上為不同的方向 (Sverdrup et al.,1942)。由於以往的研究並無針對黑潮不動層設定的深入討論,

一般而言多設定 1000 公尺為不動層,不過 Qiu (2001)曾引用 1993 年的實測 ADCP 剖面資料指出設定不動層於 2000 公尺處仍低估了黑潮的流速,之後本文也將於 討論中討論設定不動層於 1000 公尺、1500 公尺和 2000 公尺的敏感度。

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