5.6 島嶼尾流相關參數
5.6.1 雷諾數
小琉球長約 5500 公尺寬約 2200 公尺狀似狹長型的平板，而流體 經過平板形的障礙物，於不同的 Reynolds number 情況下，實驗室的 實驗結果已經有詳細的記載（Batchelor【1967】, Gerrard【1978】, Van Dyke【1982】）（表 2）
表 2. 各個不同雷諾數下的尾流流場描述。
Reynolds 尾流描述 Number
<0~5 流體附著障礙物上（忽略慣性力）。
2~30 2 個固定的渦流,其旋轉方向相反，在 2 渦流間流體匯集在一 起且流回障礙物。
30~40 產生不穩定的尾流，當 Re = 34 時為非對稱的漩渦。
40~70 週期性振盪的尾流。
< 60~90 停滯的漩渦持續地在物體後方溢流。
其中
U0：為未經過障礙物的原始流速 L ：為島嶼長度
KH：:是水平渦流黏滯係數
小琉球的島嶼長度約 5500m，最大流速在 C1028 航次約 1.2m/sec、
C1095 航次約 1.3m/s、C1113 航次約 1.0m/s、C1145 航次約 0.5，KH依 據（Pattiaratchi et al., 1986）取 100m2/sec，計算其結果，小 琉球的雷諾數分別為 66、71.5、55、27.5，依據理論應該產生 von Karman vortex street 的現象，然而我們觀測的結果在北邊雷諾數 為 66 的時候產生 eddy shedding 的現象，其流場變化的狀態大致符 合上述的理論。然而在南邊當 free-stream velocity 約為 1.0m/s 的 時候，此時雷諾數為 55，卻產生二個穩定成對且固定的渦流，推測 實際的雷諾數應該較小。其中的原因可能因為小琉球南邊實際的水平 渦流黏滯係數不同，而根據觀測的結果小琉球南邊島嶼出現尾流的臨 界流速約為 0.3m/s，而利用雷諾數=5 開始產生尾流的條件下推算出 水平渦流黏滯係數約為 330m2/sec，在此建議小琉球的水平渦流黏滯 係數為 330m2/sec，如果以此為條件算出來三個航次於小琉球南邊的 雷諾數分別為 21.67、16.67、8.33。
H 0
K
L
Re = U
5.5.2 島嶼尾流參數
由於要直接量測島嶼尾流是困難的，因此使用”島嶼尾流參數”
（Wolanski et al., 1984）及渦流尺度（e.g. Pattriaratchi et al., 1986）做定量的研究，其假設垂直渦流黏滯係數的影響比分子間的黏 滯係數大，大部份的磨擦力分佈在水表面及邊界層，島嶼尾流參數的 計算如下：
L K
D P U
z 2
= 0
其中 U0為流體未經過障礙物的原始流速，D 是水深，KZ為垂直渦 流黏滯係數，L 是島嶼的長度，過去的研究指出（Pattiaratchi et al., 1987；Ingram and Chu, 1987；Wolanski, 1994）P<1，摩擦力為主 且產生潛流沒有 eddy 產生，P<8 呈現穩定的尾流，P>8 可忽略邊界層 的摩擦力且造成不穩定的尾流。由地形航海圖獲得小琉球的平均深度 約為 60 m，KZ依據（e.g. Pattriaratchi et al., 1986）取 0.1m2/sec，
算出來四個航次的島嶼尾流參數分別為 P=7.8、8.45、6.5、3.25。
六、結論
由 Sb-ADCP 的流速資料，CTD 水文資料及衛星雷達影像，結果 顯示小琉球島嶼北邊在大潮且流速最大，雷諾數為 66，島嶼尾流參 數 7.8 時，島嶼東北端產生渦度 0.01s-1的逆時針的渦漩，其大小約為 3km。在西南端產生渦度-0.01s-1的順時針的渦漩，大小約為 6km。此 二個旋轉方向相反的尾流並隨著時間產生 eddy shedding 的現象。而 由於受到高屏峽谷向西南流的影響，東北端的 eddy 無法越過高屏峽 谷，也因為這個原因靠近峽谷頭的地方剪應力很大 mixing 的現象明 顯。在小琉球東南方的尾流當 free-stream velocity 增加到約 1.3m/s 時，產生二個固定成對且方向相反的穩定渦漩，島嶼東北端產生順時 針渦漩，西南端產生逆時針渦漩，二個渦漩的中央海流流向島嶼。
從衛星影像圖可以發現在大潮時小琉球東南方的尾流範圍到達 30 公里，其寬度/波長=0.3，推測此時形成 von Karman vortex street，
由福衛二號的空照圖也發現在小琉球北邊東北端形成尺度 3 公里的 逆時針渦漩，同時島嶼尾流也造成 trapping 的現象，滯留住小琉球 附近的懸浮沉積物。
潮流方面小琉球東北方靠近海岸的地方主要以半日潮為主，半日 潮流橢圓主軸方向平行於小琉球東北方的海岸地形（東北-西南向），
其振幅約為全日潮二倍。測站各層所觀測的 M2 潮流之半主軸長約
18cm/s，軸向為東北東與西南西做往復運動，潮流橢圓型態甚為狹 長，半日潮流橢圓大小隨空間垂直變化。海流在漲潮時段海流流向東 北並且垂直方向向下流，而在退潮時段海流流向西南並且垂直方向向 上流。對於垂直方向流來說會造成這個原因主要是因為受到尾流影 響，當整體的流往西北方由於此地位於渦漩邊緣（Eddy Edge）受到 渦漩離心力的影響渦漩邊緣為沉降流。相反地其它時段由於不受到尾 流影響整體海流往東南時整個海水由深流向淺使得海水往上湧昇因 此大部分的時段為湧昇流 。 綜合四個航次、 衛星影像及長時間 bm-ADCP 資料得知海流較大的時段集中在大潮或小潮前後，此時島 嶼尾流出現的機率較大。
在探討受到島嶼尾流影響的湧昇現象時，渦漩中心受到離心力的 影響不論順時針或反時針皆為湧昇流，渦漩中心為輻散狀態，此時湧 昇流將深層海水帶上來，使得海水溫度較低、鹽度高且溶氧量高及葉 綠素濃度低的特性。而渦漩邊緣為輻合地帶產生沉降流，使得此地區 海水溫度高、鹽度低、溶氧量低及葉綠素濃度高。而尾流邊界層（水 深 60 公尺）受到的剪應力相當大造成了斜溫層（thermocline），此地 區混合作用（mixing）旺盛。不受到尾流影響的地方，分層效應明顯，
溫度、鹽度及溶氧量於水平方向的變化不大，此時沒有沉降與湧昇的 現象，而在受到阻擋效應（blocking）與 free-stream 交界的地區，剪
應力增加而有些混合的作用。
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圖 2.1 本論文的研究區域示意圖，中間白色部分為小琉球，色階為水深。
圖 3.1 2006 年 4 月 17 日實驗由王玉懷老師所提供的拖曳式 ADCP。
圖 3.2 2004 年 12 月航次，Sb-ADCP 測線示意圖，其中藍色線 AB 為 海研三號 Sb-ADCP 所跑的測線。
圖 3.3 2005 年 9 月航次，Sb-ADCP 測線示意圖，其中藍色線為海研 三號 Sb-ADCP 所跑的測線。
圖 3.4 2005 年 11 月航次，Sb-ADCP 測線示意圖，其中藍色線 AB 為 海研三號 Sb-ADCP 所跑的測線。
圖 3.5 2006 年 4 月航次，Sb-ADCP 測線示意圖，其中藍色線為海研 三號 Sb-ADCP 所跑的測線。
圖 3.6 2005 年 9 月航次，CTD 測站示意圖。
圖 3.7 2005 年 11 月航次，CTD 測站示意圖。
圖 3.8 2006 年 4 月航次，CTD 測站示意圖。
圖 4.1 2004 年 12 月航次時間在 HW-5hr 在小琉球西北方水深 12.27 m 的 Sb-ADCP 流場向量圖，左下為高雄港潮位資料。
圖 4.2 2004 年 12 月航次時間在 HW-3hr 在小琉球西北方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖，左下為高雄港潮位資料。
圖 4.3 2004 年 12 月航次時間滿潮時在小琉球西北方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖，左下為高雄港潮位資料。
圖 4.4 2004年 12月航次時間在HW+2hr時在小琉球西北方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖，左下為高雄港潮位資料。
圖 4.5 2004年 12月航次時間在LW-2hr時在小琉球西北方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖，左下為高雄港潮位資料。
圖 4.6 2004年 12月航次時間在LW+2hr時在小琉球西北方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖，左下為高雄港潮位資料。
圖 4.7 2004 年 12 月航次時間在 LW+5hr 時在小琉球西北方 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖，左下為高雄港潮位資料。
圖 4.8 2005 年 9 月航次時間在 HW+2hr 時在小琉球東南方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖。
圖 4.9 2005 年 9 月航次時間在 HW+6hr 時在小琉球東南方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖。
圖 4.10 2005年 9月航次時間在HW-4hr時在小琉球東南方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖。
4.11 2005 年 11 月航次時間在 HW-5hr 時在小琉球東南方水深 12.27m 的 Sb-ADCP 流場向量圖。
圖 4.12 2004 年 12 月航次在小琉球西北方島嶼尾流最明顯時的三維流場，此圖 為最接近小琉球的第一條測線，其中色階為南北向流速，箭矢左邊代表西邊，右 邊代表東邊，上代表湧升，下代表沉降。黑色線為地形。
圖 4.13 2004 年 12 月航次在小琉球西北方島嶼尾流最明顯時的三維流場，此圖 為第二條測線，其中色階為南北向流速，箭矢左邊代表西邊，右邊代表東邊，上 代表湧升，下代表沉降。黑色線為地形。
圖 4.14 2004 年 12 月航次在小琉球西北方島嶼尾流最明顯時的三維流場，此圖 為第三條測線，其中色階為南北向流速，箭矢左邊代表西邊，右邊代表東邊，上 代表湧升，下代表沉降。黑色線為地形。
圖 4.15 2004 年 12 月航次在小琉球西北方島嶼尾流最明顯時的三維流場，此圖 為第四條測線，其中色階為南北向流速，箭矢左邊代表西邊，右邊代表東邊，上 代表湧升，下代表沉降。黑色線為地形。