頻率域分析以及濾潮處理

潮汐與潮流是近岸海域裡重要的物理海洋現象；在淺水域裡潮流強度往往比 背景海流還要強勁。由劉 (1999)知，位於臺灣東北方的 SCONET 海域潮汐主要是 受混合潮型所主控，圖2-9(a)為 2011 年 8 月 16 日至 11 月 15 日蘇澳港的逐時潮位 曲線，可明顯看出本地潮汐14 天週期的大小潮變化以及小潮時潮型以全日潮為主 的特性。將這段潮位資料以T-tide (Pawlowicz et al., 2002)進行調和分析，圖 2-9(b) 即為主要一些分潮振幅分佈情形，根據Defant (1961)的潮型指標(Form Number)，

2 2

1 1

S M

O F K

+

= + ，可算出蘇澳港的潮型指標F =0.52，因此可知鄰近蘇澳的SCONET

海域潮汐應當係屬以半日潮為主的混合潮型。

(a)

(b)

圖2-9 中央氣象局蘇澳站(121.87°E、24.59°N) 2011/8/16~2011/11/15 的(a)潮位觀 測資料及(b)各分潮振幅。

接下來進一步以能譜分析觀察各點位流速資料在頻率域之特性。首先將每個 點位的15048 筆東西向流速以及南北向流速資料皆分成 4 段(每段 4096 點)，分別 扣除各段平均流速分量後，經快速傅立葉轉換(FFT)得出四組東西向和南北向流速 之能譜密度(power spectral density)，然後將四組平均並在頻率域中每三個頻率相加 平均及重新取樣，如此即得到自由度(degree of freedom)為 24 的動能譜(kinetic energy spectrum)，圖 2-10(a)為第 5 點位(相關位置參照圖 2-5)之動能譜，可以看出 頻率 f 越低，能量越大，此外在週期約為12 小時及 24 小時(即 2 cpd 和 1 cpd)處有 明顯的峰值，分別代表全日潮與半日潮的成份，另外在 0.05~1 cpd 之間，動能譜 有正比於 f^−1.1的趨勢，不過在所有70 個點位中，這種特性之能譜僅出現在觀測區 西部的資料點上，在觀測區東部(以圖 2-10b 為例)及南部，海流能譜中全日潮與半 日潮分量之能量尖峰較不明顯，而在0.05~1 cpd 之間其能譜能階則約正比於 f^−0.9。 此外，將各資料點動能譜中與全日潮、半日潮頻率相對應的能量挑出並繪成水平 分佈圖(圖 2-11)，可見全日潮潮流在觀測區東北部、西北部的能量較強(圖 2-11a)，

半日潮潮流則是在北部的能量較大(圖 2-11b)，另方面半日潮潮流的能量在有些資 料點上會比全日潮潮流還大，最大的大約可達全日潮潮流能量的兩倍以上，但在 另外一些資料點上則又呈現相反的情形，這種能量分佈不均勻的特性可能和當地 的內潮(internal tide)有關(Jan et al., 2012)。由動能譜可知，CODAR 觀測資料中低頻 波動的能量較潮流為大。

若將各個資料點所觀測到的海流資料進行調和分析，可得出各資料點的分潮 潮流橢圓長軸係數，圖 2-12 即為一例，該圖顯示第 1 個資料點位由 2011 年 8 月 16 日至 11 月 15 日資料所算出之潮流橢圓長軸係數，在全日潮及半日潮(O1、K1

與M2、S2)以及低頻成份處潮流振幅均較大，全日潮及半日潮潮流橢圓長軸係數約 在 10 cm/s 左右，至於其他點位之潮流橢圓長軸係數則多小於 10 cm/s。與表 2-3 相比可知本地潮流流速頗小於平均流速，當然其中也有部分原因可能係緣於2.1 節

所述，為了提升訊雜比(Ramp et al., 2008)，我們所用之徑向海流資料檔是經由 4 小 時平均處理後的CSS File 計算得出，因此合成海流資料中週期低於 4 小時的訊號 會被相當程度的抑制，而潮流成份也會比實際情形為弱(Fang et al., 2011)。為了去 除潮流的影響，我們先將前20 個月的原始觀測流場利用調和分析法求出各資料點 位之潮流調和常數，再追算合成出該時間內各點位之潮流，然後將原始觀測資料 扣除潮流，如此處理後即得出經過濾潮的海流資料，後者將使用於下一節之後的 各項分析。

(a)

(b)

圖2-10 (a)第 5 點位、(b)第 69 點位之流速動能譜圖。

全日潮

半日潮

全日潮 半日潮

(a)

(b)

圖2-11 潮流能量空間分佈圖：(a)全日潮分量；(b)半日潮分量。

圖2-12 觀測區內第 1 個資料點海流資料(2011 年 8 月 16 日至 11 月 15 日)經調和 分析後得到的各分潮潮流橢圓長軸係數。