四、 資料分析方法

一、 前言

　　海底峽谷是一種普遍存在於世界各大洋的海底地形，它通常存在 於大陸棚的邊緣。而海底峽谷的存在，剛好阻斷平行於等深線的沿岸 強流所造成隔絕向離岸方向傳送物質的物理邊界，使得陸棚上的沿岸 水藉著峽谷的存在有了更新的管道。陸棚與斜坡間的海水的交換也直 接影響到浮游生物群落的動力和結構，因此也與沿岸地區的生產力關 係密切(Denman and Powell, 1984)，近來的研究也指出海底峽谷所 引起的流場與海水交換與仔稚魚的分布有關(Cowen et al., 1993)。

　　Allen(2000)利用數值模式研究兩種截然不同的峽谷地形所引發 的流場動力特性，第一種地形為有限長度的峽谷，峽谷地形大約只延 伸至大陸棚的二分之一的位置，還離海岸線有一段距離，而另一種地 形則是峽谷已切割至大陸棚內側甚至延伸至河口附近。模式結果發現 延伸至河口的峽谷會發生季節性的湧升現象，而有限長度的峽谷只會 發生間歇性的湧升現象。

　　Klinck(1996)的模式研究結果則指出峽谷表層沿岸流的方向控制 著峽谷湧升流及交換物質的強弱程度，在北半球，當陸地在東邊，而 流從北往南流時，Klinck稱之為左邊界流(left-bounded flow)，由於受 科氏力的影響，水被帶往外海，則湧升流易發生於峽谷頭且外海與陸

棚水之間的交換現象很顯著﹔反之，若為右邊界流時，則是相反的效 果﹔而當地水體層化現象的程度也會影響交換物質的程度及湧升流 的大小，但效果沒有沿岸流方向來的主要。

　　Lafuente et al. (1999)於La Linea Submarine Canyon觀測發現 當地峽谷內的潮流皆是平行於峽谷的主軸方向，潮流的振幅常高達 0.5 m/s，而這樣大的振幅是來自於內部壓力梯度的變化，而此壓力 梯度的變化與周圍海底地形所造成的斜壓潮(Baroclinic tide)有關。峽 谷似乎也是傳送能量至沿岸的通道，而傳送至峽谷頭的能量足夠造成 陸棚上中層水的混合作用。Hickey (1997)於Astoria Submarine Canyon觀測風應力對峽谷環流的影響發現，在北半球，當陸地在東 方且峽谷地形由西向東延伸，如北風增加時，則峽谷底層湧升流增 加。當北風最強時，底層湧升流最強、渦度最小、表層流朝南流最強、

表層水溫最低。當北風最小時，底層湧升流最小、底層渦度最大、表 層水溫最高。綜合上述數值模式及現場觀測的結果，可以瞭解影響峽 谷環流的主要物理因素，包括有沿岸流的方向、水體層化現象的程 度、海底的地形、密度場的分布及風應力等條件，本研究是從現場調 查與觀測資料著手，希望進一步確認峽谷環流的動力變化與時空分 布。

二、 研究區域

2.1 地理位置及海底地形

　　本文之研究區域-高屏峽谷(Kao-ping Submarine Canyon)，是位 於高雄東南方約 20 海浬的大陸斜坡上(圖 1)，小琉球位於峽谷南方，

峽谷西北方有澎湖水道連接台灣海峽，東南方有巴士海峽與太平洋連 接，西南方為南中國海，高屏峽谷由南中國海盆向北轉東北延伸至台 灣西南高屏溪口，因此高屏海域的水文特性主要是受南海及附近沿岸 河川淡水所控制(黃等, 1993)。高屏峽谷頭有高屏溪及東港溪注入淡 水，谷底與周圍陸棚的落差經常超過四、五百公尺，峽谷寬度約七公 里寬。

3.2 潮汐

　　台大海洋研究所王胄教授於高雄海域海氣象調查研究(1993)指 出小琉球、高雄二港口及東港等三站的潮汐均為全日與半日週期分量 相當的混合潮型，它們的潮型指標參數(form ratio)分別為小琉球 1.31、高雄二港口 1.26 以及東港 1.25。而 K₁、O₁、S₂等分潮波是從 東或東南向西或西北傳播，而 M₂分潮波卻是由北往南傳，而高雄二 港口的 P₁及 M₂分潮振幅較不穩定，且高雄地區的低頻水位具有明顯 的季節性變化，一般而言，一、二月水位最低，而八、九月水位最高。

3.3 海流

　　馮(1988)利用海研一號的 150 KHz 船碇式都普勒剖流儀

(Shipboard Acoustic Doppler Current Profiler, 以下簡稱 Sb-ADCP) 觀測高屏峽谷的流場，其結果顯示峽谷底層的流場相當一致，在高潮 至低潮之間，峽谷底層發生順下峽谷流（downcanyon currents），

在低潮至高潮之間，則發生逆上峽谷流(upcanyon currents)，底層流 沿主軸做半日週期的反覆運動，由於馮(1988)無適當之測線設計，且 只有通過峽谷一趟的航次，因此無法解析潮流及探討表層流場季節性 變化等特性。

　　台大海研所王胄教授在高屏峽谷內收集了近一年的底層海流資 料(黃等,1993)，發現高屏峽谷內之潮流是以半日週期為主的半日潮 流，而潮流有向底部逐漸增強的趨勢，高屏峽谷底層海流流速甚強，

實測之最大流速為 135 cm/s，低通過濾後之海流資料則顯示底層具 有相當穩定、流向外海的低頻海流，而高屏峽谷中層水低頻海流則是 流向峽谷頂部，這種流況對峽谷內的沉積環境具有相當大的影響力。

3.4 風場

　　港灣技術研究所於高雄及林邊的風速、風向測站觀測(黃等,1993) 顯示兩測站在 1 ~ 2 及 10 ~ 12 月期間，風向主要集中在北北東(NNE)

方向，是典型冬季東北季風型態，而 7 ~ 8 月風向主要集中於南南東 到西南向之間，是夏季西南風型態。

3.5 實驗目的

　　由於本研究地區受到高屏峽谷地形的影響使得峽谷內的流場相 當複雜，過去學者所作過的觀測研究與資料量仍嫌不足，加上當地海 域的漁業資源也相當豐富，如著名的櫻蝦及各種魚類..等重要漁業資 源的分佈使得當地成為南台灣重要的漁獲區（陳等, 1994）。Wang and Chern(1996)於高屏峽谷附近的東港水域發現，在大潮期間附近 水域水溫經常呈現近似潮汐頻率的週期性劇烈波動，而此水溫變動也 與季節性因素有關，水溫波動主要出現在晚春與夏季，而此現象推測 可能與內潮波運動及當地海水斜溫層長期變化有關。因此內潮波運動 在高屏峽谷更是重要的海洋物理特性，而內潮波運動所呈現於高屏峽 谷的空間流場是我們研究的重點。

吳(1996)於高屏峽谷進行了季節性的水文觀測發現，高屏峽谷表 層水的水文特性是受季節性因素影響，而高屏峽谷表層流場是否也隨 著季節的不同而有所不同?而高屏峽谷附近海域的平均流流場是如何 分布?潮流流場又是如何變化?這些都是我們想知道的問題。

　　本研究是利用 Sb-ADCP 能觀測空間流場的優點，以適當之測線 設計(Lwiza et al., 1991)，即可解析出當地潮流及整個海域流場的變

化。此外並配合峽谷內外的錨碇式海流、溫鹽的時間序列觀測，以期 對漁業資源豐富、地形複雜多變的高屏峽谷附近海域流場及動力機制 做一完整的探討。

三、 實驗設計及現場調查

本研究於 1999 年 9 月、12 月及 2000 年 5 月利用各兩天的時間，

使用 Sb-ADCP 及溫鹽深儀(Conductivity, Temperature, Depth

Recorder, 以下簡稱 CTD)於高屏峽谷附近海域進行三個航次的流場 及水文的監測，且於 2000 年 6 月~7 月期間利用 RCM-8 海流儀及 Workhorse ADCP 進行定點錨碇監測海流、水位、溫、鹽時間序列，

另外由中央氣象局取得琉球嶼潮位資料從 1999 年 5 月 ~ 2000 年 2 月，共計 10 個月，琉球嶼風速資料 1999 年 9 月、12 月及 2000 年 5 月、6 月及 7 月，共計 5 個月，琉球嶼雨量資料 2000 年 6 月及 7 月，

共計兩個月。

3.1 Sb-ADCP

　　本實驗 Sb-ADCP 及水文監測共有三個航次，皆是利用中山大學 海研三號研究船上美國 RDI 公司製的 75 kHz 的 Sb-ADCP 於高屏峽 谷附近海域進行監測工作。此三個航次 ADCP 資料皆利用 Bottom- tracking 方法求算實際流速，ADCP 發出音訊頻率為 75 kHz，每層長 度(Bin length)設定為 4 公尺，第一層的資料為水下 16.4 公尺深。資 料紀錄為每兩分鐘的平均資料。而接近海底 15 %深度的資料，因為 受海底回音的干擾，所以不予使用。

　　第一個航次(C557 航次)於 1999 年 9 月 1 日至 9 月 2 日兩天，

沿著 AB 測線來回做 24 小時共 18 趟的 ADCP 測線觀測(圖 2)，第二 航次(C593 航次)於 1999 年 12 月 22 日至 12 月 23 日兩天，沿著 AB、

CD 兩條測線來回做 13 小時各 9 趟的 ADCP 觀測，第三航次(C621 航次)於 2000 年 5 月 2 日至 5 月 3 日兩天，ADCP 測線及與第二航 次完全相同。測線長約 15 公里，且測線大致上通過高屏峽谷。由於 海研三號定位系統已於第三航次前更換成 DGPS，而第三航次前兩趟 測線並無發現，以致於相同的經緯度在 GPS 與 DGPS 兩種定位系統 上，位置有相當大的差距，導致第三航次 AB 測線前兩趟測線與原先 設計不同，經發現後重新修正測線位置，因此前兩趟測線資料則沒有 使用，所以第三航次 AB 測線可用測線共有 7 趟，CD 測線可用測線 共有 10 趟。

三個航次每趟 ADCP 測線所需的行船時間約為 1 小時左右，實 際路徑大致依循預定測線航行。各測線及測站的詳細經緯度見表 1。

三個航次詳細的測線與測站相對地理位置如圖 2 所示。

跑 ADCP 測線時，船速儘可能保持 6 節(約 3.18 m/s)，以維護資 料品質。船保持等速越過測線盡頭，再等速迴轉進行下一趟測線，確 保測線內船速穩定且資料完整。

　　當 Sb-ADCP 測線跑完後，接著利用 Seabird 公司的溫鹽深儀 (CTD) 分別做三個站的水文監測，而三個 CTD 站均位於峽谷內部。

1999 年 9 月航次三個站分別為 B、S1、S2 站(圖 2、表 1)，而 1999 年 12 月及 2000 年 5 月則均為 S1、S2 及 S3 站。

表 1. 三個航次各測線及測站的詳細經緯度資料，第二航次與第三航 　　　次位置相同

C557 航次 1999.09.01~02

工作說明 測站 經度（E） 緯度（N） 深度(m)

Sb-ADCP A 120º 24.50’ 22º 27.70’

Sb-ADCP &CTD B 120º 18.00’ 22º 22.30’ 450 S1 120º 23.331’ 22º 26.906’ 114 S2 120º 20.818’ 22º 24.680’ 435 CTD

C593 航次　及　C621 航次 1999.12.22~23　及　2000. 05.02~03

工作說明 測站 經度(E) 緯度(N) 深度(m)

A 120º 25.098’ 22º 27.600’

B 120º 18.300’ 22º 22.242’

C 120º 25.542’ 22º 25.440’

Sb-ADCP

D 120º 19.452’ 22º 20.400’

S1 120º 24.000’ 22º 24.198’ 318 S2 120º 20.142’ 22º 24.000’ 450 CTD

S3 120º 18.108’ 22º 21.660’ 418

3.3 峽谷內外的定點觀測

　　高屏峽谷內外的定點觀測，分別由中山大學海地化所劉祖乾教 授、鍾玉嘉教授及海資所曾若玄教授共同合作完成，分別利用 RCM-8 海流儀及 Workhorse ADCP 於 2000 年 6 ~ 7 月期間在高屏峽谷內、

外進行海流、水位、溫、鹽時間序列的監測工作。

3.3.1 峽谷內的 RCM 海流儀

　　兩台 RCM-8 海流儀於 2000 年 6 月 20 日至 2000 年 7 月 21 日 錨碇於高屏峽谷內(圖 2)，共 32 天，詳細經緯度見表 2.。RCM-8 海 流儀上也安裝有溫度、導電度及壓力等感應器，取樣頻率為 1 小時。

當地水深 290 公尺，第一台 RCM-8 深度為 170 公尺深，第二台 RCM-8 深度為 236 公尺，儀器回收後發現 RCM-8 的壓力計顯示於 2000 年 6 月 28 日 7 時第一台 RCM-8 深度降至 200 公尺深，第二台降至 270 公尺深，我們推測由於當地地形陡峭，且受漁民拖網作業影響以至於 錨碇向下位移了約 30~40 公尺深，因此我們只使用了後面 24 天的時 間序列資料作一系列的分析。

3.3.2 峽谷外的 Workhorse ADCP

　　一台美國 RDI 公司製 600 kHz Workhorse ADCP 於 2000 年 6 表 2. 錨碇式 RCM-8 及 Workhorse ADCP 的佈放資料

RCM-8

觀測時間 2000.6.20 ~ 7.21

經度（E） 緯度（N） 水深(m) 儀深(m) 備註

200 120º 24.50’ 22º 27.70’ 290

270

附壓力、溫度及導電度等感應器。

連續資料期間:2000.6.28 ~ 7.21

Workhorse ADCP 觀測時間 2000.6.19 ~ 7.21

經度(E) 緯度(N) 水深(m) 備註

120º 25.098’ 22º 27.600’ 15 附壓力、溫度等感應器。

連續資料期間:2000.6.29 ~ 7.15 　　

月 19 日至 2000 年 7 月 21 日安裝在東港附近陸棚海底(圖 2)，詳細 經緯度見表 2，共 33 天。當地水深 15 公尺，取樣頻率為 2 分鐘，pings per ensemble 為 60，Bin 的長度為 30 公分。ADCP 儀器上也安裝有 溫度及壓力感應器。由於 Workhorse ADCP 的固定架曾於 6 月 22 日 及 7 月 15 日兩次翻覆，推測為漁船拖網作業所影響，使得有效天數 約剩下 19 天左右，而連續資料約有 16 天左右(見表 2)。

四、 資料分析方法

4.1 Sb-ADCP 測線網格點的決定

由於船碇式 ADCP 每趟測線資料點的空間位置都不相同，因此 必須訂出固定間隔的網格點將每一趟的資料都以線性內插的方式，內 插到固定的網格點上(Lwiza et al., 1991)，以 1999 年 09 月 01 日的 航次為例，由於船速約 6 節，而兩分鐘有一點的平均資料，一節約 0.53　m/s，兩分鐘船約走了 0.53 x 6 x 120 = 381.6 公尺，因此網格 點水平距離最好不要小於 400 公尺，而讓設定好的格點前後皆有資 料可內插至格點上。因此我們水平距離取 0.003 個緯度距離，由於測 線與東西方向夾角 33º，因此水平距離等於 0.003 緯度距離 × csc33º 約等於 613 公尺，水平共 26 個網格點。最右邊的網格點其緯度為 22.4497(N)，最左邊的網格點其緯度為 22.3747(N)，AB 測線全長約 為 15.32 km。而垂直網格點數視其當地水深而定，16.4 公尺是第一 個垂直網格點的深度，以下每 4 公尺就有一個垂直的網格點(圖 3)，

定好了網格點之後，我們就可以將每一趟資料皆內插至格點上，因此 我們就有每個網格點在一個潮汐週期的時間序列資料了。

4.2 Sb-ADCP 淨流與潮流的解析

以第一航次為例，我們將 18 趟資料都內插到同一個網格點，因此

每一個網格點都有 18 個時間序列的資料，過去研究發現（黃等, 1993）

東港、小琉球一帶的潮位特性為混合潮型，以 M₂和 K₁分潮為主，所 以我們將這 18 點的流速資料(24 小時)，利用 Visual Fortran 6.0　IMSL 資料庫中的副程式，用最小平方法(the least square method)　來 fit 非線性函數，fit 出的參數有 M₂分潮振幅及相位、K₁分潮的振幅及相 位以及淨流速，如圖 4 所示。而 fit 的方式如下：

2 ) ) sin((

1

0 uk

k uk

n

k

T

a t u

u

= +

∑

π −θ

=

　　　　　　　（1）

2 ) ) sin((

1

0 vk

k vk

n

k

T

a t v

v

π θ

− +

=

∑

=

　　　　　　 （2）

其中 u 表示東-西方向速度分量，v 表示南-北方向速度分量，

u

₀、

v

₀ 分別表示 U、V 的淨流速，

a

_u1、

a

_v1分別表示 U、V 分量 M₂的振幅，

2

a

u 、

a

_v2分別表示 U、V 分量 K₁的振幅，θ_u1、θ_v1分別表示 U、V 分量 M₂的相位，θ_u2、θ_v2分別表示 U、V 分量 K₁的相位，

T

₁、

T

₂分別代表 M₂、K₁分潮的週期，分別為 12.42 小時和 23.93 小時。利用最小平 方法迴歸得到未知的參數之後，即可繪出每一個網格點 M₂及 K₁的潮 流橢圓和淨流流速，當我們將時間 t 固定代入所有網格點，就能有當 時整個空間的流場資料，再將時間 t 依序累加一小時，即可得到每一 小時的流場變化情形，由於第一航次解析出 M₂潮流振幅約佔全部潮 流振幅(M₂ + K₁)的 50 % ~ 90 %，因此第二及第三航次測線設計成

AB 及 CD 兩條測線，且只 fit M₂潮流，希望能在相同的時間內觀測到 較大範圍的流場變化。

4.3 Sb-ADCP 的資料品質

此研究過程裡，相當倚重海研三號的船碇式 ADCP 剖流儀，所 以 ADCP 的資料品質相當重要，一般測試 Sb-ADCP 的流向誤差皆是 參考 Joyce(1989)的方法，其原理是計算 GPS 船速及 Sb-ADCP 船 速間的差別。而國家海洋科學研究中心王玉懷博士曾於 1999 年澎湖 水道的研究中即對海研三號船碇式 ADCP 剖流儀做過類似的適用性 測試。測試結果，海研三號的船碇式 ADCP 的適用性是受肯定的。

Sb-ADCP 的資料品質管制為資料處理的首要步驟，對不良資料的刪 除方法可參見 Lwiza et al.(1991), Wong and Munchow(1995)等，而 王(personal communication)利用海研三號於澎湖水道的探測，資料 品管設定為當船速小於 400 cm/s (約 7.5 節)和每兩分鐘平均一次的 船首向(heading)變化小於 4°且 good pings > 85 %的資料水平速度誤 差小於 6 cm/s，垂直速度小於 8 cm/s。因此利用船碇式 ADCP 觀測 時，控制船速及刪除船轉向時及條件不良時的資料是必要的，所以這 三個航次我們皆盡量控制船速於測線上保持約 6 節左右(約 320 cm/s)，以維護資料品質。

4.4 錨碇式觀測資料分析

取得每 1 小時紀錄一筆的原始資料後，先進行 38 小時低通過濾 求得低頻海流，再分別對 RCM-8 所記載的溫度、鹽度及海流資料進 行能譜或調和分析及各項統計分析，亦使用上述低通過濾後的數據繪 製海流累進向量圖(Progressive Vector Diagram，以下簡稱 PVD 圖)。Workhorse ADCP 鐵架取回後，即從 ADCP 的記憶體中下載資 料，ADCP 原始觀測設定每 2 分鐘平均一筆，由於我們觀測目的在於 了解低頻的運動，因此我們先將原始資料平均成逐時資料，消除高頻 帶波段的干擾，而後利用平均後的逐時資料去作調和分析及能譜分 析。而 ADCP 資料也再做 38 小時低通過濾求得低頻海流，以及利用 低通過濾後的數據繪製 PVD 圖。

4.5 CTD 的資料分析

　　CTD 水文原始資料，先經過一套標準工作的程序處理，將 1 秒 24 筆的原始資料平均成每間隔 1 公尺的水溫、鹽度及密度垂直分布，

再分別繪製溫度、鹽度垂直剖面圖或溫鹽圖(T-S 圖)，更可利用 CTD 觀測到的密度場垂直分佈情形計算穩定度(N)等參數值。

五、 結果

5.1 基本潮位與海流分析

5.1.1 潮位

　　各分潮振幅根據一般的潮汐分類(Pond and Pickard, 1983)，以 主要全日潮與半日潮的振幅比例來劃分潮汐類型(form ratio)，其中 F

= (K₁分潮振幅+ O₁ 分潮振幅) / (M₂分潮振幅+S₂分潮振幅)，當 F 介 於 0 到 0.25 之間，稱之為半日潮型;F 介於 0.25 到 1.5 之間，此潮汐 是以半日潮為主的混合潮型;當 F 介於 1.5 到 3.0 之間，此潮汐是以 全日潮為主的混合潮型;當 F 大於 3.0 時，則為全日潮型。

表 3.琉球嶼 1999 年 5 月~8 月潮位調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY TIDAL HEIGHTS

Liu-Chiu Yu 1999/05/26 - 1999/08/24 NO.OBS.= 2159 NO.PTS.ANAL.= 2161 　　　　　　 　 NAME PERIOD(HR) A(m) G(deg) K1 23.93 0.1933 131.05 M2 12.42 0.1699 134.33 O1 25.82 0.1437 326.31 S2 12.00 0.1377 201.71

Form ratio =1.10

　　小琉球的潮位資料以調和分析處理後，得到 1999 年 5~8 月、

9~12 月及 2000 年 1~2 月(表 3 ~ 5)的 Form ratio 分別為 1.10, 1.12 及 1.44，可見本海域的潮汐均為偏向半日潮的混合潮型。東港陸棚

(表 6)，也以半日潮為主的混合潮型，此結果與王胄教授在琉球嶼(F=

1.31)及東港(F=1.25)的觀測結果相當接近。

表 4.琉球嶼 1999 年 9 月~12 月的潮位調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY TIDAL HEIGHTS

Liu Chiu-Yu 1999/09/23 - 1999/12/31 NO.OBS.= 2375 NO.PTS.ANAL.= 2377 　　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(m) G(deg) M2 12.42 0.1952 173.70 K1 23.93 0.1590 32.79 O1 25.82 0.1357 75.61 S2 12.00 0.0689 225.34

Form ratio = 1.12

表 5.琉球嶼 2000 年 1 月~2 月潮位調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY TIDAL HEIGHTS

Liu-Chiu Yu 2000/01/01 - 2000/02/23 NO.OBS.= 1295 NO.PTS.ANAL.= 1297 NAME PERIOD(HR) A(m) G(deg) K1 23.93 0.1886 318.31 　M2 12.42 0.1526 89.15 O1 25.82 0.1235 92.09 　 S2 12.00 0.0639 237.28

Form ratio =1.44

表 6.東港 ADCP 2000 年 6 月~7 月潮位調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY TIDAL HEIGHTS

STN Tung-Kang 2000/06/29 - 2000/07/15 NO.OBS.= 431 NO.PTS.ANAL.= 433 　　　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(m) G(deg)

　 K1 23.93 0.2683 174.18 　 M2 12.42 0.2359 264.48 　 O1 25.82 0.1834 32.91 S2 12.00 0.1154 359.34

Form ratio = 1.28 　　

5.1.2 錨碇式海流

由錨碇時間序列的流速棍棒圖(圖 5)發現高屏峽谷內部 200 公尺 儀深及 270 公尺儀深的流向主要以南、北向的半日潮流為主，最大 流速分別為 42.1 cm/s 及 63.9 cm/s，當時流向分別為 353º及 9º，而 38 小時低通過濾的低頻海流都低於 10 cm/s　(圖 6)，與船碇式 ADCP 觀測結果相同(見下節)，說明了高屏峽谷底層淨流或低頻海流流速不 大，且流向不甚規則，底層 270m 的 PVD 圖則是朝東北向移動(圖 7)，

也就是朝著峽谷頭的方向移動，而 200m 的 PVD 圖則是朝西北移動，

移動距離比 270m 小很多，而經調和分析後得到的四個主要潮流分量 (M₂、S₂、K₁、O₁)發現，200 m 深 M₂潮流約為其它潮流的 3　~　4 倍(圖 8、表 7)，而 270m 深 M₂潮流約為其它潮流的 5 ~ 6 倍，因此 峽谷內是以 M₂潮流為主，且所佔的比例甚大，而峽谷底層則更加明 顯，利用能譜分析也發現 M₂ 週期的能量較其它周期大很多(圖 9)，

M₂分潮流的振幅在 200 公尺深及 270 公尺深分別約佔所有潮流振幅 的 63%及 70% ，比例＝(M₂/(M₂+K₁+S₂+O₁))。

　　東港陸棚 ADCP 所觀測 7 公尺深、10 公尺深及 12 公尺深的流 向主要以西北西向的流為主，其次則是東向的流(圖 10、圖 11)，最 大流速分別為 76 cm/s、74 cm/s 及 67 cm/s，當時流向分別為 282º、

295º及 289º，而 38 小時低通過濾的低頻海流幾乎都是西北西向(圖

12)，流速最大達 20 cm/s，三個深度的 PVD 圖皆是朝西北西向移動 (圖 13)，而以底層海流的移動距離較小，由於觀測位置接近高屏溪河 口，因此主要流向西北西向應為河水出海的方向。經調和分析後得到 底層水(12 公尺深)的四個主要潮流分量(M₂、S₂、K₁、O₁)，發現半日 潮流(M₂、S₂)為主要潮流類型(圖 14、表 9)，約為全日潮流(K₁、O₁) 的 2 ~ 3 倍，與高屏峽谷內以 M₂為主的潮流型態有所不同。利用能 譜分析也是得到相同的結果，水下 7 公尺深的半日潮流的振幅約為全 日潮流的 4 ~ 5 倍(圖 15、表 10)。

表 7.高屏峽谷 200m 南-北速度分量(V)的調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY V kaopin canyon 200m

2000/06/28 - 2000/07/21

NO.OBS.= 555 NO.PTS.ANAL.= 555 　　　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(cm/s) G(deg) M2 12.42 13.220 71.92 K1 23.93 3.449 227.59 S2 12.00 3.418 185.05 O1 25.82 0.702 194.52

表 8.高屏峽谷 270m 南-北速度分量(V)的調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY V

Kaopin canyon 270m 2000/06/28-2000/07/21 NO.OBS.= 555 NO.PTS.ANAL.= 555 　　　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(cm/s) G(deg)

　M2 12.42 28.424 78.99 　 S2 12.00 4.769 218.33 　 O1 25.82 4.570 163.84 　 K1 23.93 3.105 162.49

表 9.東港陸棚 12m 東-西流速分量(U)的調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY U STN Tung-Kang 12m

2000/06/29 - 2000/07/15

NO.OBS.= 431 NO.PTS.ANAL.= 433 　　　　　　 　　 NAME PERIOD(HR) A(cm/s) G(deg)

S2 12.00 6.7195 39.08 M2 12.42 4.6511 203.18 K1 23.93 4.4190 145.88 O1 25.82 1.3708 322.97

表 10.東港陸棚 7m 東-西流速分量(U)的調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY U STN Tung-Kang 7m

2000/06/29 - 2000/07/15

NO.OBS.= 431 NO.PTS.ANAL.= 433 　　　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(cm/s) G(deg)

S2 12.00 15.9548 15.78 M2 12.42 9.5783 129.47 K1 23.93 5.2724 91.86 S4 06.00 2.4934 20.52 O1 25.82 0.8124 317.29

5.2 Sb-ADCP 的流場

　　圖 16 ~ 18 為三個航次 Sb-ADCP 在網格點上的典型流速剖面分 布可發現高屏峽谷的流場，在每個季節都可明顯分成表層與底層兩層 完全不同流向的流場型態，即為斜壓性的流場特性，兩層流場之間的 介面處流速相當小，此介面約在水面下 80　~　100 公尺深處，越往 外海此介面的深度則有變深的趨勢。由於峽谷主軸方向主要為東北- 西南走向，底層流場大多沿著峽谷主軸的方向做逆上峽谷流(東北流)

以上的上層水域，流向主要為西北-東南走向，且與底層流向完全不 同。

5.2.1 潮流

　　由於 9 月航次有 24 小時的海流時間序列資料，因此可以解析出 K₁全日分潮的振幅及相位，結果發現高屏峽谷海域其半日潮流較全日 潮流來的重要(圖 19)，底層潮流主要沿著峽谷主軸以 M₂週期為主的 反復運動，而越往底層 M₂潮流振幅所佔的比例則越大(圖 20)，而高 屏峽谷的 M₂潮流振幅約為 M₂加上 K₁潮流振幅比例的 50% ~ 90%，

與 RCM 海流儀的資料經調和分析後所得結果 M₂潮流約佔所有潮流 的 63%及 70%相當吻合，因此峽谷內隨著深度增加其 M₂週期的潮流 振幅確實有加強的趨勢。

　　圖 21 則是三個航次每條測線利用最小平方法迴歸計算後所得到 每一個網格點的平方殘差值(SSE)，當 SSE 值越大，代表迴歸的結 果越不好，12 月航次的 SSE 值較其他兩個航次大，應是由於冬季風 浪較大，導致迴歸的結果較差。

高屏峽谷表層潮流的變化似乎相當複雜，受峽谷及琉球嶼地形影 響頗大，且似乎有季節性因素存在，圖 22 為 3 個航次的表層(16.4 m 深)M2 潮流橢圓分布圖，圖 23 ~ 25 為 3 個航次表層(16.4m 深)M₂₀ 潮流每一小時的流場變化圖。5 月及 9 月的潮流橢圓較為相似，12

月潮流橢圓則較為特殊，根據高雄港近岸及港內地區海流特性研究 (蘇, 1998)結果顯示，高雄外海漲潮向東南向，退潮向西北向，用於 高屏峽谷海域來討論，以大體上來看，高屏峽谷海域漲潮似乎有一部 份由小琉球西北西方的較深海域朝陸地東向流動，一部份則是從高雄 海域方向過來的東南流，而退潮似乎是一部份海水向西退往外海，一 部份往高雄海域方向的西北流。

我們由 Sb-ADCP 的潮流資料也發現了表層潮流與底層潮流之間 的關係(圖 26 ~ 28)，也就是當表層潮流朝東南流時，則底層潮流則 為順下峽谷流(主要為西南流)，當表層潮流朝西北流時，則底層潮流 則為逆上峽谷流(主要為東北流)，因此峽谷底層流似乎是漲潮時為順 下峽谷流，退潮時為逆上峽谷流。由圖 29 及圖 30 分別為船碇式 ADCP 十二月 256 公尺深網格的流速資料及峽谷中的 RCM 資料都發現峽谷 底層在漲潮時底層為順下峽谷流，而由圖 16 ~ 18 三個航次 Sb-ADCP 的流速剖面資料與潮位的關係，也發現相同結果。因此漲潮時，高屏 峽谷表層流為東南流，底層為順下峽谷流; 退潮時，表層流為西北 流，底層為逆上峽谷流，此觀測結果與馮(1988)結論似乎有所不同。

　　利用最小平方法求得每一個網格點的淨流流速和 M₂分潮的振幅 及相位等參數值(圖 4)，就可以得到在一個潮汐週期內任何時間每一 個網格點的流速及流向值，因此我們利用這個方法就可以得到三個航

次在半日潮汐週期(12 月及 5 月)或全日潮汐週期(9 月)內的空間流場 隨時間變化的情形，如圖 22~圖 28、圖 31 ~圖 33。從 12 月表層 16.4 公尺的空間流場隨時間變化圖(圖 31)中發現一些有關於表層流場漲 退潮的流場變化情形，似乎在漲潮期間表層流場的渦流結構特別明 顯，單就看 M₂潮流的流場空間變化的資料(圖 24)也可明顯知道當時 潮流漲退潮(東南-西北)的方向，而由 9 月(圖 32)及 5 月(圖 33)表層 流的流場變化也可以得到一些訊息，9 月及 5 月航次表層流皆以西南 流為主，而些微的潮汐影響使得流向些微轉向或致使流速減弱，因此 利用此分析方法可對整個潮汐週期的流場變化做一完整描繪及探 討。

5.2.2 淨流及淨流量

　　從三個航次最小平方法迴歸得到的高屏峽谷底層淨流流速皆很 小(圖 34)，與 RCM 海流儀低通過後的低頻海流一樣，皆約小於 10 cm/s。而由表層(16.4 米深)淨流流矢圖(圖 35)發現，9 月及 5 月航次 的表層淨流是朝東南流的，而 12 月航次淨流則是朝西北流為主，且 5 月的淨流速較 9 月為大，9 月淨流速約為 20 ~ 30 cm/s，而 5 月淨 流速約有 40 ~ 50 cm/s，而以 12 月的淨流速最大，最大淨流速達 80

~ 90 cm/s，而 12 月的表層的淨流圖發現有水平尺度約為 7 ~ 9 公里 的渦漩(eddy)存在，以上資料顯示高屏峽谷表層流場似乎受季節性因

素影響而造成完全不同的流場型態。

　　Sb-ADCP 測線剖面的淨流量是以簡易的淨流流速乘上單位時間 所通過的面積計算而得，表層至 16.4 公尺深的淨流速皆以 16.4 公尺 深的流速值為準，而海底至最深一層之間空白區域的淨流速，則以最 深一層的淨流速與海底流速為零兩者的內插值計算。結果以 9 月秋季 的流量最小只有 0.18 Sv (圖 36)，而其傳送方向為東南方，而 12 月 及 5 月的傳送量差不多，約在 0.3 ~ 0.4 Sv 之間，但傳送方向則兩者 相反，12 月朝西北向傳送，5 月則朝東南向傳送，而從 12 月的流量 圖似乎也可看出渦流存在的現象，利用動能 K_e = mv²/2，得到 1999 年 9 月 AB 測線每小時整個船碇式 ADCP 測線剖面的動能消長情形 (圖 37)，顯示峽谷底部動能能量密度較大，而 9 月峽谷內動能最高可 達 0.2 Jm^-3。

5.3 水文特性 5.3.1 CTD

　　吳(1996)在高屏峽谷的水文調查中指出夏季混合層深度僅僅很 薄一層，此觀測與我們 5 月的觀測相似，在較靠近峽谷口的 S₂及 S₃ 測站混合層約為 20 公尺左右而更靠近峽谷頭的 S₁站幾乎沒有混合層 存在(圖 38)，此時深層冷水應該已經受到內潮波的抬升而漫出峽谷。

　　冬天(12 月)的航次我們 CTD 資料顯示混合層在 S1，S2 及 S3

站皆約為 50 公尺左右，此觀測與吳(1996)的觀測 110~130 公尺相差 很多，我們的解釋為 12 月航次當天剛好為冬至(農曆 15 日)大潮，而 Wang and Chern(1996)發現東港出現冷水事件通常發生於大潮期間 2 ~ 4 天內，當大潮發生時，深層冷水隨著大振幅內潮波的抬升，使 得混合層厚度因此而變小。而在 9 月航次的 CTD 資料，混合層約在 80 公尺左右，較吳(1996)的 60 ~ 70 公尺大一些，由於 9 月航次當 天為農曆 22~23 日，為小潮，所以內潮波振幅較小，造成混合層厚 度較大的原因。

5.3.2 定點水文觀測

高屏峽谷 200 公尺及 270 公尺深的水溫，在大潮期間半日週期 的水溫波動可高達 8℃(圖 39)，在小潮期間，溫度波動明顯較小，約

只有 2 ~ 3℃，而經波譜分析及調和分析均發現 200 公尺深水溫 M₂

表 11.高屏峽谷 200m 水溫的調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY Temp.

Kaopin canyon 200m 2000/06/28-2000/07/21 NO.OBS.= 555 NO.PTS.ANAL.= 555 　　　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(^oC) G

　 M2 12.42 1.8009 292.22 K1 23.93 0.5244 78.40 S2 12.00 0.4972 52.22 　 　 O1 25.82 0.2586 57.41

表 12.高屏峽谷 270m 水溫的調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY Temp.

Kaopin canyon 270m 2000/06/28-2000/07/21 NO.OBS.= 555 NO.PTS.ANAL.= 555 　　　　　　　　 　NAME PERIOD(HR) A(^oC) G

　M2 12.42 1.4764 299.76 S2 12.00 0.4207 68.69 K1 23.93 0.2835 54.84 　 O1 25.82 0.2721 55.71

週期的分量皆較其它分量(S₂、K₁、O₁)大 3 ~ 4 倍(圖 40.、表 11、表 12)而 270 公尺深水溫的 M₂週期能量則為其它週期的 4 ~ 6 倍，因此 峽谷內水溫的變化仍是以 M₂週期為主，與分潮流能量以 M₂分潮流為

表 13.東港陸棚 ADCP 14m 水溫調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY TEMP.

STN Tung-Kang 2000/06/29 - 2000/07/15 NO.OBS.= 431 NO.PTS.ANAL.= 433 　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(^oC) G

S2 12.00 0.2893 221.37 M2 12.42 0.1846 29.59 O1 25.82 0.1250 24.61 　 K1 23.93 0.0195 166.23

表 14.高屏峽谷 270m 鹽度的調和分析結果 ANALYSIS OF HOURLY Salinity

Kaopin canyon 270m 2000/06/28-2000/07/21 NO.OBS.= 555 NO.PTS.ANAL.= 555 　　　　　　　　　 NAME PERIOD(HR) A(^o/_oo) G

　 M2 12.42 0.0331 121.86 K1 23.93 0.0154 274.61 S2 12.00 0.0120 290.59 　 O1 25.82 0.0044 333.05

主相同，而峽谷內的鹽度調和分析的結果也是以 M₂週期為主(表 14)。

　　東港陸棚 ADCP 所觀測到的水溫，在大潮期間半日週期的水溫 波動也可高達 5℃(圖 41)，在小潮期間，水溫波動有的甚至不到 1℃，

而東港水溫的能譜看出水溫波動以半日週期的能量為主，但半日週期 的能量約只有全日週期能量的 2 ~ 3 倍，沒有峽谷內的 4 ~ 6 倍來的 顯著，而調和分析的結果(表 13)發現東港陸棚的水溫波動仍以 S₂週 期的振幅是最大的，與潮流分量的結果相同。

六、 討論

6.1 表層淨流場與水文資料的季節性變化

　　結合過去眾多學者對南海東北部及高屏峽谷海域水文特性之研 究顯示(Fan and Yu 1981; Fan 1982; 王和陳 1987;　Shaw 1989; 吳 1996)，高屏海域大致受三種水團所影響，分別為黑潮入侵水、大陸 沿岸水及南海水。黑潮入侵水其特徵為高溫、高鹽，而大陸沿岸水其 特徵則為低溫、低鹽。南海水的水文特徵則是介於黑潮水與南海水之 間。由於高屏峽谷正是瀕臨南海東北部海域的小區域的近岸海域，因 此高屏海域的水文特性主要應是受南海水文以及附近沿海各河川的 沖淡水所影響。黑潮入侵水出現機制與東北季風的強弱有著密切的關 係(Shaw, 1989)。秋末時，黑潮水從巴士海峽北上，出現在南海東北 部上層海域，冬季黑潮水佔據的範圍逐步擴大，春季則達到全盛時 期，且發展成暖心高壓環流結構(王與陳 1987)。而我們所觀測到冬季 (12 月)高屏峽谷淨流主要以西北流為主(圖 35)，似乎正是黑潮入侵水 北上的過程，從三個航次溫鹽圖上(圖 42)顯示高屏峽谷水文由於受到 沖淡水效應的影響，使得當地水文鹽度一般是比南海水低，但冬季高 屏峽谷海水鹽度確實明顯較其他兩個季節(秋、春)高出 0.1 ~ 0.2 pus.，以及台大海研所王胄教授 1991 年於高屏峽谷表層 5m 深的水

觀測結果似乎就是冬季黑潮水入侵至高屏峽谷的證據之一，而吳 (1996)的結論也說明了南海東北部海域的水文季節變化有反映至高 屏峽谷內。

春末夏初，西南季風開始盛行，使得南海水隨著西南季風進入了 南海東北部海域，此時南海東北部海域均盛行著東北向的西南季風 流，這些東北向的海流在通過台灣灘後受到陸地地形的影響將有部分 轉向東南向(圖 43)，而沿著高雄、屏東海岸南下而從台灣南端流出巴 士海峽(Wang and Chern 1992) ，從我們觀測到的春末夏初的 5 月 航次及夏末秋初的 9 月航次其高屏峽谷附近海域的表層淨流均是朝 東南向，因此我們的觀測結果與 Wang and Chern(1992)所述南海東 北部夏季環流型態相當的一致。由此可知，高屏峽谷海域的淨流流場 明顯受季節性因素所主導，而此季節性因素即是季風轉換及其強弱程 度。

6.2 峽谷幾何形狀及層化參數對流的影響

　　利用峽谷地形特徵及水文特性來計算一些參數，用來比較其他研 究地區的峽谷是很有幫助的(Hickey, 1997)，而描述一個峽谷的物理 特性通常有幾個重要的依據，分別為 Rossby number (R_o)、the stratification parameter (S)、the vertical stratification scale (T_r) 和 the internal Rossby radius of deformation (R_d)，而這些參數的計算

公式如下﹔

　　　　　R_o 　= 　U　/　fL (3) 　　　　　S　=　 NH　/　fL (4) 　　　　　T_r　=　 fL　/　N (5) 　　　　　R_d=　 NH　/　f (6)

其中 f 為科氏力參數，U 為平均與最大的流速尺度範圍，N 為 buoyancy frequency (N²= (g /ρ)(Δρ/Δz))，g 為重力加速度，ρ是密度，z 是 深度，L 為峽谷寬度的一半，H 為峽谷主軸的深度。對高屏峽谷而言，

峽谷主軸的底層深度(H)約為 400 公尺，二分之一寬度(L)約 3.5 公 里，計算結果 f = 2ΩsinΦ= 5.56× 10^-5，U 取 20 ~ 60 cm/s，N 的計 算利用 CTD 測站所得的密度資料，在層化現象較弱(9 月)與層化現象 較強(12 月)時，得到 N 的變化範圍約在 1x10^-2 ~ 2x10^-2，R_o的範圍 約 1 ~ 3，S 的範圍約 20~ 41，Tr 的範圍約 19 m ~ 10 m，R_d的範圍 約 71 km ~ 143 km。就一般大尺度的環流型態是 R_o < 10^-3，因此高 屏峽谷的環流是屬於小尺度的環流，S 的值代表水體層化的程度，值 越大，代表層化越明顯，Klinck(1996)的數值模擬將弱的層化與強的 層化的 S 值分別設成 8 及 32，弱的層化湧升現象則較為明顯，因此 S 值 20 ~ 41 代表高屏峽谷的水體的層化程度隨季節性變化，由於 9

此理論與 Wang and Chern(1996)推論當地混合層的厚度影響冷水溢 流至東港陸棚的機制似乎相當地類似。而 R_d值 71 km 遠大於峽谷寬 度 7 km，表示高屏峽谷是一個地形相當狹長的峽谷。

6.3 渦流及湧升

6.3.1 渦漩

　冬季 12 月航次，在小琉球北方發現有水平尺度約 7 ~ 9 公里的渦 漩存在(圖 35)，海洋中島嶼後方是否形成渦漩，決定於海流 Reynolds number 的大小(Batchelor, 1970)，當 Reynolds number 的值介於 60 和 90 之間，渦漩將會持續地出現於島嶼的後方。近幾年來，觀測島 嶼後方尾流渦旋的結構，皆是利用遙感技術來觀測(Ferrier et al., 1996) ，且其中沿岸水的 Reynolds number (R_e )被定義為

H

e

K

R

=

VL

(7)

其中 V 為該水域的流速尺度，L 為該島嶼的總長度，K_H為水平渦流 黏滯係數， 由船碇式 ADCP 流速資料得知該水域最快流速約為 1.6 m/s　(圖 45)，而琉球嶼的總長度約為 5500 公尺，K_H則是依據 Pattiaratchi et al.(1986)取 10² m²/s，計算結果 R_e = 88。因此當冬季 高屏峽谷海域淨流朝西北流時，我們在琉球嶼北方發現的渦流結構，

似乎正是由琉球嶼島後尾流所形成，由於 12 月當天剛好為冬至大潮

期間，所以潮流特別強勁，因此小琉球北方渦流的形成主要控制於當 時海流的速度及方向。Tseng(2001)曾經以浮標觀察到當強流通過小 琉球時，其後方之紊流擴散係數遽增，這也間接證實了本研究所看到 的島後渦旋現象之存在。

6.3.2 湧升

　　如果將海底峽谷概括分成有限長度的峽谷及延伸至河口的峽谷 兩種，後者會有季節性冷水湧升的現象，前者則只是間歇性有冷水湧 升發生(Allen, 2000)。就高屏峽谷海底地形來看，似乎是傾向於延伸 至河口的峽谷這一類型，因此可預期將會有季節性的湧升現象出現。

　　Wang and Chern(1996)曾觀測過東港附近陸棚的水文特性，結 果確實發現晚春至夏季(5 月~8 月)有近似潮汐週期的水溫波動，其原 因被傾向認為是由內潮與季節性因素所造成，在晚春與夏季時，當峽 谷斜溫層的深度較附近陸棚淺時，內潮會把峽谷深層的冷水向上抬升 而漫出峽谷，造成東港附近陸棚水溫驟降，且發現此冷水湧升通常發 生於大潮期間 2 ~ 4 天內。我們於 2000 年 6 ~ 7 月在東港陸棚放置 的 Workhorse ADCP 的水溫紀錄也觀測到水溫的劇烈變動，在大潮 期間水溫在半天之內變化高達 5℃以上，而在小潮期間其水溫變化通 常只在 1~2℃之間(圖 41)，因此在夏季證實當地潮汐的振幅確實會影

另一方面，峽谷表層沿岸流的方向也會控制著峽谷湧升流及交換 物質的強弱程度(Klinck 1996)，在北半球，當沿岸流在陸地的左(西) 方，且此沿岸流是朝南流，Klinck 稱為左邊界流(left-bounded flow)，

此時高密度的水將被湧升至陸棚上，而此動力機制則是壓力梯度力及 科氏力加速度。反之，右邊界流(right-bounded flow)會造成下沉流的 發生，在我們 Sb-ADCP 的流場觀測發現高屏峽谷海域 5 月及 9 月的 表層淨流是東南流，即左邊界流(圖 46)，因此有利於冷水湧升產生的 條件，由於 9 月流速較小，因此冷水湧升現象應較 5 月來的小，而 12 月的高屏峽谷表層淨流則主要為西北流，即右邊界流，因此不利 於冷水湧升的條件，此結論與 Wang and Chern(1996)觀測結果: 5 ~ 8 月東港陸棚會有劇烈水溫波動，兩者相當吻合。因此峽谷表層沿岸 流的方向似乎也是控制峽谷冷水湧升至陸棚的重要條件之一。綜合以 上討論，影響高屏峽谷冷水湧升的主要因素似乎至少有三項，分別為 (1)潮汐振幅的大小，大潮期間較易發生冷水湧升。(2)混合層的厚度，

當春末或夏季時混合層厚度較薄，冷水容易溢流至陸棚。(3)沿岸流 的流向，當沿岸流為左邊界流，將有利於冷水湧升。

6.4 峽谷內外海流、風場、潮位及水溫的相關性

　　將琉球嶼風速(圖 47)與峽谷內 RCM 海流儀的海流資料及東港陸 棚 Workhorse ADCP 的海流資料之間作相關分析，發現峽谷內的流

速與風速的相關係數皆小於 0.2(圖 48)，而東港陸棚的流速資料雖然 較接近海面，約在水面下 7 公尺深，不過其相關係數也皆小於 0.3，

顯示高屏峽谷海域的海潮流與風的相關性低，因此海潮流特性受本海 域的風應力影響甚小。

　　東港陸棚的潮位與峽谷內的流速 V 分量(峽谷主軸的方向)的最大 相關係數為-0.4，發生於潮位延遲流速約 2 小時(圖 49)，而東港陸棚 的潮位與 U 分量流速(沿著海岸的方向)之間的最大相關係數為 0.6，

發生於潮位領先流速約 5 小時(圖 50)，因此高屏峽谷內及東港陸棚上 的海流皆與潮位相關，由於我們使用的是東港陸棚的水位資料，因此 東港陸棚的相關係數明顯較高。

　　高屏峽谷 200 公尺及 270 公尺深的水溫與東港陸棚的水溫及海 流的相關係數最大皆約只有 0.3(圖 49、圖 51、圖 52)，因此東港附 近陸棚與高屏峽谷 200 米及 270 米的水溫及海流都是低度相關性，

原因似乎是由於河水影響了東港陸棚附近的水溫及流場變化，使得兩 者的相關性較不顯著。

七、 結論

本研究利用船碇式都普勒剖流儀(Sb-ADCP)、溫鹽深儀(CTD)、

錨碇式 RCM-8 海流儀及 Workhorse ADCP 於高屏峽谷附近海域進行 流場、溫度、鹽度及潮位等觀測。研究結果顯示，高屏峽谷海域的流 場在不同季節皆是斜壓性流場型態，峽谷底層流主要為 M₂半日週期 的潮流往復運動，M₂潮流振幅及所佔潮流的比例隨深度變深而增 強，底層淨流或 38 小時低頻流速甚小，皆小於 10 cm/s，峽谷底層 的水溫及鹽度也都是以 M₂週期為主的半日週期性變化。

　　表層流場有季節性的變化，9 月及 5 月表層淨流以東南向為主，

12 月則以西北向為主，以 12 月表層淨流速最大，最大流速約為 80 ~ 90 cm/s，其次為 5 月表層最大淨流約為 40 ~ 50 cm/s，最小為 9 月 約只有 20~30 cm/s，高屏海域的表層淨流流場受季節性因素主導，

此季節性因素與大尺度季風的風向及強弱似乎有關。西南季風盛行 時，南海東北部的強勁風驅流分叉而南下，造成高屏峽谷淨流流場為 東南向的流場型態，東北季風增強時，造成黑潮由巴士海峽入侵北 上，而造成西北向為主的流場型態。

高屏峽谷於漲潮時，底層為順下峽谷流，表層潮流為東南流﹔退 潮時，底層潮流為逆上峽谷流，表層潮流則為西北流，其示意圖如圖 53 所示。12 月在小琉球北方海域發現一個水平尺度約 7~9 公里的渦

漩結構，推論此渦流的產生是由於北向的強流受到小琉球島嶼的阻擋 而在其後方引起 Karman vortex 所致。當高屏峽谷表層淨流為東南流 時(5 月及 9 月)，沿岸水受科氏力影響而帶往外海，使得沿岸地區水 位降低，而產生有利於湧升的條件，而 9 月由於朝東南的淨流速較 弱，所以利於湧升的條件沒有 5 月時來的好， Wang and Chern(1996) 在東港附近陸棚也觀測到在 5~8 月期間水溫有半日週期的劇烈波動 發生。表層流的流向似乎也是控制高屏峽谷交換物質強弱的因素之 一，且東港陸棚的 ADCP 水溫紀錄發現大潮期間的冷水湧升情況較 為強勁，說明潮汐的振幅也會影響湧升的大小。此外，高屏峽谷冷水 湧升的因素可能與當地混合層厚度有關，因此高屏峽谷海域影響冷水 湧升的三個主要影響因素分別為當地表層流的流向、混合層的厚度及 潮汐振幅的大小。

八、 參考文獻

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圖 1.　高屏峽谷地理位置及等深線圖 　　　

Longitude(East)

118 119 120 121 122 123

Latitude (North)

21 22 23 24 25 26

Taiwan China

Study Area

　 1999 年 9 月　　　　　　1999 年 12 月及 2000 年 5 月

圖 2. (a)1999 年 9 月航次的 Sb-ADCP 測線及 CTD 測站(b)1999 年 12 月和 2000 　　　年 5 月兩航次的 Sb-ADCP 測線及 CTD 測站位置，圖中虛線為等深線，

　　　單位為公尺(c ) 東港及高屏峽谷施放錨碇式 ADCP 及 RCM-8 地點。實線 　　　表示 Sb-ADCP 測線，＊表示 CTD 測站。

網格點 4m

ADCP BEAMS

海底地形

海底地形

圖 3. 高屏峽谷 Sb-ADCP 測線及網格點尺度示意圖 613m

A 站

B 站

15.3 km

圖 4. 1999 年 9 月航次 220-m 深的網格點，利用最小平方法迴歸( a)u 和(b)v 潮 　　流資料所得到淨流速(u₀、v₀)、M₂潮流的振幅(a₁)和相位(ph₁)、及 K₁潮流的 　　振幅(a₂)及相位(ph₂)的結果。

u = u₀ + a₁sin(2πt/T₁-ph₁) + a₂sin(2πt/T₂-ph₂) T₁=12.42 hr (M2) T²=23.93 hr (K1)

Lat: 22.3867 Depth: 220.4 m

u₀=-2.231 cm/s, a₂=27.389 cm/s, ph₂=0.326 radian, a₂=-6.081 cm/s, ph₂=0.392 radian, SSE=1177.6 cm²/s²

Time (hours)

0 6 12 18 24 30

u (cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40 60

v = v₀ + a₁sin(2πt/T-ph₁)+a₂sin(2πt/T-ph₂) T1=12.42 hr (M2) T2=23.93 hr (K1)

Lat: 22.3867 Depth: 220.4 m v0=-5.812 cm/s, a₁=-28.467 cm/s, ph

1=0.251 radian, a2=-7.535 cm/s, ph

2=0.94 radian, SSE=1031.4 cm²/s²

Time (hours)

0 6 12 18 24 30

v (cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40 60 (a)

(b)

圖 5. 高屏峽谷 RCM 測站儀器深(a)200m 與(b)270m 的流速棍棒圖及(c)東港 陸棚 ADCP 水位資料。

June - July, 2000

Kaoping canyon flow at 200 m depth

28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Velocity (cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40 60

Kaoping canyon flow at 270 m depth

28 29 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Velocity (cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40 60

(a)

(b)

Tung-Kang coastal site

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Surface elevation (m)

14.5 15.0 15.5 16.0 16.5

(c)

N

N

圖 6. 高屏峽谷(a)200m 及(b)270m 三十八小時低通過濾後棍棒圖。

Kaoping canyon flow 38-hr low pass filtered

28 29 30 1 2 3 4 5

Velocity(cm/s)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

5 6 7 8 9 10 11 12 13

Velocity(cm/s)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

Date

13 14 15 16 17 18 19 20

Velocity(cm/s)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

270-m depth

28 29 30 1 2 3 4 5

Velocity(cm/s)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

5 6 7 8 9 10 11 12 13

Velocity(cm/s)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

Date(June -July)

13 14 15 16 17 18 19 20

Velocity(cm/s)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

(a)

(b)

N

N

200-m depth

圖 7.高屏峽谷(a)200m 及(b)270m 海流行進向量圖(PVD)。

PVD in Kaoping canyon

200-m depth

E - W (km)

-50 -40 -30 -20 -10 0

N - S (km)

0 10 20 30 40 50

270-m depth

E - W (km)

0 10 20 30 40 50

N - S (km)

0 10 20 30 40 50

(a)

(b)

6/28 7/21

6/28

7/21

圖 8. 高屏峽谷(a)200m 及(b)270m 調和分析後得到各主要潮流橢圓圖。

200-m depth

Velocity (cm/s)

-10 -5 0 5 10

Velocity (cm/s)

-30 -20 -10 0 10 20 30

O1 K1 M2 S2

270-m depth

Velocity (cm/s)

-10 -5 0 5 10

Velocity (cm/s)

-30 -20 -10 0 10 20 30

O1 K1 M2 S2

(a) (b)

Ellipse of tidal current in Kaoping canyon

圖 9. 高屏峽谷(a)200m 及(b)270m 潮流能譜圖

Current Spectrum in Kaoping canyon

Period(hr)

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Amplitude of major axis (cm/s)

0 5 10 15 20 25 30 35

270-m depth

Period(hr)

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

Amplitude of major axis(cm/s)

0 5 10 15 20 25 30 35

(a)

(b)

200-m depth

圖 10. 東港陸棚 ADCP 測站水面下(a)7m、(b)10m、(c)12m 的流速棍棒圖及(d) 　　　水位資料。

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Velocity (cm/s)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

12m below surface

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Velocity(cm/s)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

10m below surface

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Velocity (cm/s)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

W W

W

Date(June - July)

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Surface elevation (m)

14.5 15.0 15.5 16.0 16.5

(a)

(b)

(c)

(d)

7m below surface

Current and Tide on Tung-Kang shelf

圖 11.東港陸棚 ADCP 測站水下 7m 深(a)U、(b)V 流速及 10m 深(c)U、(d)V 流 　　　速及 12m 深(e)U、(f)V 流速與東港水位(虛線)關係。

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

12m U (cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40

Date(June - July)

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

12m V(cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40

(a)

(b)

(c)

(d)

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

7m U (cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

7m V(cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

10m U (cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

10m V(cm/s)

-60 -40 -20 0 20 40

(e)

(f)

Current and Tide of Workhorse ADCP on Tung-Kang shelf

圖 12. 東港陸棚(a)7m、(b)10m 及(c)12m 三十八小時低通過濾棍棒圖。

38-hr Low pass filtered on Tung-Kang shelf

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Velocity (cm/s)

-40 -30 -20 -10 10 20 30 40 0

(a)

W

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Velocity (cm/s)

-40 -30 -20 -10 10 20 30 40 0

(b)

W

Date(June -July)

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Velocity (cm/s)

-40 -30 -20 -10 10 20 30 40 0

(c)

W 7m below surface

10m below surface

12m below surface