，
國立中山大學海洋科學系 碩士論文
Department of Oceanography National Sun Yat-sen University
Master Thesis
颱風及冬季季風對於台灣沿岸海流之影響
Variations of Coastal Currents Around Taiwan in Response to Typhoon and Winter Monsoon
研究生：呂妍萱
Yan-Xuan Lu 指導教授：曾若玄 教授
Dr. Ruo-Shan Tseng
中華民國 111 年 2 月
February 2022
i
ii
誌 謝
首先感謝曾若玄老師辛勤的教誨與細心的指導，也感謝口試委員董東璟老師 與方盈智老師的教導與建議，還有特別感謝中央氣象局，讓我有這個機會使用這 筆海流資料，以及成大近海水文中心提供了中央氣象局的海氣象浮標資料，將可 貴、完善的海流資料供學生們研究、學習，也謝謝成大近海水文中心的施孟憲學 長，很有耐心的解決我的疑問，熱心的提供許多幫助。
在研究、學習期間，感謝研究室的同學函霖、甯傑與維德學長平時對我的幫 助、以及學習上的教導，還有永昇學長、勇廷學長的協助，也謝謝煥傑學長不厭 其煩的指導我資料分析與解決程式上的問題，很感謝有大家互相支持著，也從大 家身上學習到很多。
在學習中有許多磨練與壓力，很感謝家人們無條件的支持與鼓勵遠在他鄉求 學的我，最後最感謝的是男友滿滿的支持與貼心。致最深的感謝。
iii
摘 要
本研究使用了中央氣象局海氣象浮標的風與海流資料，探討各測站的潮流特 性以及冬季季風和颱風對於沿岸海流的影響。首先運用調和分析方法，瞭解各測 站的潮流變化特徵以及潮型，馬祖、富貴角、龍洞、七美皆屬於半日潮，小琉球 則屬於以半日潮為主的混合潮型。潮流在各區域海流中占了相當的比例，尤其在 台灣北海岸、東北角及馬祖海域的冬季，潮流所佔比例最高，台灣西南沿岸的海 域則為秋季潮流比例最高。
東北季風時期在馬祖、富貴角、龍洞及七美的風與彭佳嶼測站的風之相關性 達到0.7 以上，表示這四站受東北季風的影響大，而小琉球則沒有東北季風的特徵。
將彭佳嶼風場當作東北季風指標，分析各地區的海流與彭佳嶼風場的相關性，結 果顯示馬祖的風和流相關性密切達 0.7，富貴角的風流相關性不到 0.4，是由於該 地海流流向為東西向，與東北季風向呈垂直，故相關性低；龍洞的相關性較差，
表示東北季風不是影響龍洞海流變化的主要機制；七美在延遲14 小時條件下相關 係數達到峰值，推斷是七美距離較遠，東北季風對海流的影響需較長的時間反應，
而且七美的風速比彭佳嶼及其他測站更大。
颱風對於海流的影響可分為最接近及逐漸遠離兩階段；颱風靠近測站為強襲 階段，以強烈颱風瑪莉亞為例，颱風中心距離馬祖浮標最近僅 5 公里，使得海流 由原先的45 cm/s 朝北流快速的轉變為 157 cm/s 朝南流，且海流的變化由表層一直 延伸到 40 米深，流向在風向的右方 90 度，與艾克曼動力一致。颱風逐漸遠離後 為弛豫階段，在颱風過後約五天內常會誘發近慣性海流的產生，颱風的移動速度 慢、暴風半徑大、浮標與颱風距離近、位於颱風路徑右側等因素，皆會使近慣性 海流增強。
關鍵詞：海氣象浮標、潮流、冬季季風、颱風、近慣性運動
iv
ABSTRACT
Wind and ocean current data observed by the meteorological data buoys operated by the Central Weather Bureau were analyzed in this study to investigate the coastal current characteristics around Taiwan and their variations in response to typhoons.
Harmonic analysis is applied to the current data to understand the tidal constituents and the form ratio. While Matsu, Fuguijiao, Longdong, and Cimei are classified as semi-diurnal tides, Xiaoliuqiu belongs to the mixed with predominantly semi-diurnal tides. Tidal current variances account for a significant portion of the total current variances, especially along the northern and northeastern coasts of Taiwan in winter. On the other hand, this portion is also high along the southwestern coast of Taiwan in fall.
Correlations between the buoy winds and Pengjiayu station winds during winter monsoon are high, while Xiaoliuqiu winds are not correlated. Take Pengjiayu station winds as the winter monsoon index, the correlations between currents and winds at various buoys are analyzed. Our results show that the Matus currents are well correlated (over 70%) with the Pengjiayu winds. This correlation is lower (about 40%) at Fuguijiao, probably because the predominant current direction is along the east-west, which is perpendicular to the winter monsoon direction. At Longdong, the currents are poorly correlated with the Pengjiayu winds, indicating that the currents there are not wind driven. The wind/current correlations are the highest at a 14-hr lag at Cimei buoy, due to its southern location in the Taiwan Strait. Cimei winds also are stronger than other buoys and stations in winter monsoon.
The response of ocean currents to typhoons behave differently at two stages prior to and post the typhoon influence. At the forced stage when typhoon is approaching,
v
take severe Typhoon Maria for instance, the closest distance between the Maria center and Matsu buoy was only 5 km. The observed ocean currents at Matsu increased rapidly from 30 cm/s northward to 157 cm/s southward, extending from the surface to 40 m depth. The currents flowed 90o to the right of the wind direction, in consistent with the Ekman dynamics. At the relaxation stage after typhoon is leaving, near-inertial currents often occur within a period of five days. This observed near-inertial currents become stronger with respect to several factors, i.e., slower-moving typhoon, larger storm diameter and maximum wind speed, the nearer distance away from the storm center, and at the right-hand side of the storm track.
Keyword: data buoy, tidal current, winter monsoon, typhoon, near-inertial motion
vi
目 錄
論文審定書 ··· i
誌 謝 ··· ii
摘 要 ··· iii
ABSTRACT ··· iv
目 錄 ··· vi
圖 次 ··· ix
表 次 ··· xiii
第一章 前言 ··· 1
1.1 前人研究 ··· 1
1.1.1 台灣周圍海流變化之研究 ··· 1
1.1.2 海流受颱風影響之研究 ··· 3
1.2 研究動機與目的 ··· 6
浮標資料介紹 ··· 7
2.1 氣象浮標 ··· 7
2.2 本研究使用的資料 ··· 8
潮流 ··· 11
3.1 潮流介紹 ··· 11
vii
3.2 調和分析 ··· 11
3.3 潮型 ··· 24
3.4 潮流佔總海流的比例 ··· 25
東北季風 ··· 40
4.1 東北季風介紹 ··· 40
4.2 東北季風與當地風場的相關性 ··· 44
4.3 東北季風對海流的影響 ··· 48
颱風 ··· 52
5.1 颱風資訊與分析方法 ··· 52
5.2 颱風對海流的影響：概述 ··· 57
5.2.1 杜鵑颱風 ··· 57
5.2.2 莫蘭蒂颱風 ··· 58
5.2.3 馬勒卡颱風 ··· 59
5.2.4 梅姬颱風 ··· 60
5.2.5 尼莎颱風 ··· 62
5.2.6 瑪莉亞颱風 ··· 63
5.2.7 利奇馬颱風 ··· 66
5.2.8 白鹿颱風 ··· 68
5.2.9 米塔颱風 ··· 69
viii
5.3 颱風強襲階段：Forced Stage ··· 72
5.4 颱風弛豫階段：Relaxation Stage ··· 74
5.4.1 小波分析 ··· 75
5.4.2 小波分析結果 ··· 75
5.5 影響近慣性海流的因素 ··· 85
5.5.1 移動速度 ··· 85
5.5.2 暴風半徑 ··· 86
5.5.3 相似路徑但不同的颱風因素 ··· 86
5.5.4 於浮標左右側的颱風路徑之差異 ··· 86
結論 ··· 88
6.1 潮流結論 ··· 88
6.2 東北季風結論 ··· 88
6.3 颱風結論 ··· 89
參考文獻 ··· 91
ix
圖 次
圖 1-1 近慣性流的動能以及測站附近的風速和風矢(Chen et al., 2014) ... 5
圖 1-2 颱風路徑不同位置的風場示意圖(Chen et al., 2014) ... 5
圖 2-1 浮標實際照片 ... 7
圖 2-2 各個浮標站之分布圖 ... 9
圖 2-3 各浮標獲取之資料的時間範圍 ... 10
圖 3-1 馬祖浮標在不同季節時的潮流橢圓 ... 14
圖 3-2 富貴角浮標在不同季節時的潮流橢圓 ... 15
圖 3-3 龍洞浮標在不同季節時的潮流橢圓 ... 16
圖 3-4 小琉球浮標在不同季節時的潮流橢圓 ... 17
圖 3-5 七美浮標在不同季節時的潮流橢圓 ... 18
圖 3-6 各浮標測站的潮型 ... 24
圖 3-7 馬祖浮標在冬季時之海流流速圖 ... 26
圖 3-8 馬祖浮標在春季時之海流流速圖 ... 27
圖 3-9 馬祖浮標在夏季時之海流流速圖 ... 28
圖 3-10 馬祖浮標在秋季時之海流流速圖 ... 28
圖 3-11 富貴角浮標在冬季時之海流流速圖 ... 29
圖 3-12 富貴角浮標在春季時之海流流速圖 ... 30
圖 3-13 富貴角浮標在夏季時之海流流速圖 ... 30
圖 3-14 富貴角浮標在秋季時之海流流速圖 ... 31
圖 3-15 龍洞浮標在冬季時之海流流速圖 ... 32
圖 3-16 龍洞浮標在春季時之海流流速圖 ... 32
圖 3-17 龍洞浮標在夏季時之海流流速圖 ... 33
x
圖 3-18 龍洞浮標在秋季時之海流流速圖 ... 34
圖 3-19 小琉球浮標在秋季時之海流流速圖 ... 34
圖 3-20 小琉球浮標在冬季時之海流流速圖 ... 35
圖 3-21 小琉球浮標在春季時之海流流速圖 ... 36
圖 3-22 小琉球浮標在夏季時之海流流速圖 ... 36
圖 3-23 七美浮標在冬季時之海流流速圖 ... 37
圖 3-24 七美浮標在春季時之海流流速圖 ... 38
圖 3-25 七美浮標在夏季時之海流流速圖 ... 38
圖 3-26 七美浮標在秋季時之海流流速圖 ... 39
圖 4-1 彭佳嶼站在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始風矢 ... 40
圖 4-2 馬祖浮標在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始流矢 ... 41
圖 4-3 富貴角浮標在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始流矢 ... 41
圖 4-4 龍洞浮標在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始流矢 ... 41
圖 4-5 七美浮標在 2016 年 12 月至 2017 年 2 月冬季期間的原始流矢 ... 41
圖 4-6 小琉球浮標在 2014 年 12 月至 2015 年 2 月冬季期間的原始流矢...42
圖 4-7 有無轉向的示意圖 ... 43
圖 4-8 冬季時彭佳嶼風場和馬祖風場之風速圖 ... 45
圖 4-9 冬季時彭佳嶼風場和富貴角風場之風速圖 ... 46
圖 4-10 冬季時彭佳嶼風場和龍洞風場之風速圖 ... 46
圖 4-11 冬季時彭佳嶼風場和七美風場之風速圖 ... 47
圖 4-12 冬季時彭佳嶼風場和小琉球風場之風速圖 ... 47
圖 4-13 冬季時彭佳嶼風速和馬祖海流流速圖 ... 49
圖 4-14 冬季時彭佳嶼風速和富貴角海流流速圖 ... 51
圖 4-15 冬季時彭佳嶼風速和龍洞海流流速圖 ... 51
圖 4-16 冬季時彭佳嶼風速和七美海流流速圖 ... 51
xi
圖 4-17 冬季時彭佳嶼風速和馬祖、富貴角、龍洞及七美海流之相關性 ... 51
圖 5-1 為 2015 年至 2019 年的颱風案例路徑，以及路徑分類圖 ... 54
圖 5-2 各颱風在不同時段的移動速度 ... 56
圖 5-3 在七美浮標受杜鵑颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 57
圖 5-4 在七美浮標受莫蘭蒂颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 58
圖 5-5 在龍洞浮標受馬勒卡颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 59
圖 5-6 在龍洞浮標受梅姬颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 61
圖 5-7 在七美浮標受梅姬颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 61
圖 5-8 在龍洞浮標受尼莎颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 62
圖 5-9 在龍洞浮標受瑪莉亞颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 64
圖 5-10 在富貴角浮標受瑪莉亞颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 64
圖 5-11 在馬祖浮標受瑪莉亞颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 65
圖 5-12 在龍洞浮標受利奇馬颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 67
圖 5-13 在富貴角浮標受利奇馬颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 67
圖 5-14 在馬祖浮標受利奇馬颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 68
圖 5-15 在七美浮標受白鹿颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 69
圖 5-16 在龍洞浮標受米塔颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 71
圖 5-17 在富貴角浮標受米塔颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 71
圖 5-18 在馬祖浮標受米塔颱風影響期間的風場、海流總流速及流矢圖 ... 71
圖 5-19 瑪莉亞颱風在馬祖浮標之海流剖面流況 ... 73
圖 5-20 米塔颱風在馬祖浮標之海流剖面流況 ... 73
圖 5-21 七美浮標在杜鵑颱風影響期間之小波分析 ... 77
圖 5-22 七美浮標在莫蘭蒂颱風影響期間之小波分析 ... 78
圖 5-23 龍洞浮標在馬勒卡颱風影響期間之小波分析 ... 78
圖 5-24 龍洞浮標在梅姬颱風影響期間之小波分析 ... 79
xii
圖 5-25 七美浮標在梅姬颱風影響期間之小波分析 ... 79
圖 5-26 龍洞浮標在尼莎颱風影響期間之小波分析 ... 81
圖 5-27 龍洞浮標在瑪莉亞颱風影響期間之小波分析 ... 81
圖 5-28 富貴角浮標在瑪莉亞颱風影響期間之小波分析 ... 81
圖 5-29 馬祖浮標在瑪莉亞颱風影響期間之小波分析 ... 81
圖 5-30 龍洞浮標在利奇馬颱風影響期間之小波分析 ... 82
圖 5-31 富貴角浮標在利奇馬颱風影響期間之小波分析 ... 82
圖 5-32 馬祖浮標在利奇馬颱風影響期間之小波分析 ... 83
圖 5-33 七美浮標在白鹿颱風影響期間之小波分析 ... 83
圖 5-34 龍洞浮標在米塔颱風影響期間之小波分析 ... 84
圖 5-35 富貴角浮標在米塔颱風影響期間之小波分析 ... 84
圖 5-36 馬祖浮標在米塔颱風影響期間之小波分析 ... 85
xiii
表 次
表 2-1 使用的海氣象浮標資訊 ... 10
表 3-1 馬祖浮標四季的四大主要分潮之資訊 ... 19
表 3-2 富貴角浮標四季的四大主要分潮之資訊 ... 20
表 3-3 龍洞浮標四季的四大主要分潮之資訊 ... 21
表 3-4 七美浮標四季的四大主要分潮之資訊 ... 22
表 3-5 小琉球浮標四季的四大主要分潮之資訊 ... 23
表 3-6 馬祖浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 27
表 3-7 馬祖浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 27
表 3-8 馬祖浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 28
表 3-9 馬祖浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 29
表 3-10 富貴角浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 29
表 3-11 富貴角浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 31
表 3-12 富貴角浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 31
表 3-13 富貴角浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 31
表 3-14 龍洞浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 32
表 3-15 龍洞浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 33
表 3-16 龍洞浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 33
表 3-17 龍洞浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 34
表 3-18 小琉球浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 35
表 3-19 小琉球浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 35
表 3-20 小琉球浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 36
表 3-21 小琉球浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 37
xiv
表 3-22 七美浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 37
表 3-23 七美浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 38
表 3-24 七美浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 39
表 3-25 七美浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 ... 39
表 5-1 各個颱風之基本資訊 ... 53
表 5-2 颱風與各浮標距離及相對位置 ... 55
表 5-3 杜鵑颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 57
表 5-4 莫蘭蒂颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 58
表 5-5 馬勒卡颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 59
表 5-6 梅姬颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 62
表 5-7 尼莎颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 63
表 5-8 瑪莉亞颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 65
表 5-9 利奇馬颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 68
表 5-10 白鹿颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 69
表 5-11 米塔颱風靠近的測站時間和移動速度，以及最大風速、流速 ... 72
表 5-12 各浮標的慣性週期表 ... 74
表 6-1 位於龍洞浮標之左側颱風與右側颱風比較表 ... 90
1
第一章 前言
1.1 前人研究
1.1.1 台灣周圍海流變化之研究
在台灣周圍有著豐富的海流變化，不論是漁業、海上休閒、航行安全、海岸 工程及救災防災等，都與海流的變動有著極大的關係，然而在台灣沿岸的潮汐研 究已有較多的資料，但是海流的研究相對較少以及較局部。
在海流的研究中，林等人(2005)利用一個二維潮流模式的模擬結果分析探討台 灣北部沿海之潮流特性，結果指出，在蘇澳以北海域潮流為半日潮型，尤其是在 三貂角以北海域半日潮潮流甚大於全日潮潮流；在蘇澳以南海域則以半日潮為主 的混合潮型。
呂(2005)研究台南外海海流之特性分析，使用了港灣技術研究中心位於台南安 平港外海的海流觀測站資料，以及成大水工所提供的位於台南市海域外海的測站 海流資料，結論表明，台南外海潮流組成以M2 分潮為主要成分。另外也指出，季 風風場對於台南海域海流的影響，其中以沿岸方向的海流影響甚大。而颱風對海 流的影響，則是與颱風強度及風向的持續性有關，強風的持續時間若不長，流速 的影響變化幅度則不大。
邱(2007)則是以 1992 年至 2004 年間的潮位資料來分析台灣四周沿岸潮汐，共 分析了23 個潮位站，並利用調和分析得出各站的四大主要分潮振幅及遲角，以及 每年各站的潮型。結論顯示，在台灣西部及金門地區的M2 與 S2 潮的振幅較大，
東北部及西南部則相對較小。在潮型因子方面，西部及金門地區為半日潮，而東 北部及西南部則是全日潮成分較多的混合潮。
陳(2015)研究 2013 年 5、6 月施放在台灣海峽靠近馬祖海域的兩個 GPS 表面 浮球，藉以研究馬祖海域的表面流場。利用調和分析及小波分析得出該海域之流
2
場以M2 分潮最為顯著，且兩浮球在靠近陸地時皆有速度加快之情況。另外將海流 濾潮後，配合風速資料做相關性分析，相關係數約0.6 至 0.8。
王(2016)在澎湖的七美嶼東北方設置一海流測站，測量連續一年之水位及垂直 剖面的海流，水深約 20 至 25 公尺。其中海流受潮汐影響有週期性的變化，在漲 潮時東北向的流很強，在退潮時則是往南流，但往南的海流受到地形遮蔽影響減 弱。最大潮流流速為237cm/s，平均潮流流速 58.9cm/s。潮流主要呈北北東至南南 西方向來回往復，主要以半日分潮M2 為主，M2 分潮之振幅約 80 cm/s，且整層 海水垂直變化一致，無分層現象。
李(2016)使用佈放於台灣海峽之六座 ADCP 浮標資料，分析台灣西南海域的海 流特性，其中分析了潮流及風驅流。在潮流部分的結果表明，彌陀、小琉球、鵝 鑾鼻的潮型皆為混合潮，曾文以北的潮型皆為半日潮，故推測從曾文地區以南的 潮流為混合潮，而在風驅流分析的部分，鵝鑾鼻地區的相關係數極低，原因為近 岸海流流動方向主要是以沿岸的方向為主，也就是東西向為主要流動方向，而流 動方向與季風吹拂之方向呈垂直狀態，所以該地區的風驅流相關性分析結果顯示 較不佳。另外，小琉球的風驅流相關性分析也較差，推斷原因為資料缺值過多和 浮標位置的問題。
陳(2006)分析在烏坵附近海域佈放的底碇式 ADCP 的水文資料，以及中央氣象 局在馬祖、新竹、東吉島的風場觀測資料。經調和分析後，此海域的潮流以 M2 為主。其中在東北風時期，經過低通濾波的馬祖風場平均速度為 2.5m/s，烏坵海 域表層的流速平均為56cm/s，分析以主軸(潮流橢圓主軸夾角約 44˚)海流與馬祖風 場的相關性，相關係數高達0.91。
詹等人(2009)指出在龍洞地區低頻風速與流速相關性並不大，定性分析低頻海 流並沒有如低頻風速一般有季節性變化。定量分析低頻流與風無論是時域上或頻 域上的相關性均甚低，說明當地低頻風並非影響龍洞近岸海域低頻海流變化的主 要機制。
3
吳和呂(2004)敘述在東北季風時期台灣海峽對強風的影響，有著地形效應，也 就是當氣流通過台灣海峽時，受到兩側地形影響，在迎風面產生質量堆積，形成 高壓脊，但是下游背風區域相對出現一低壓區，因此產生一指向下的氣壓梯度力，
而有增強風力的效果。
1.1.2 海流受颱風影響之研究
Teague et al. (2007)分析墨西哥灣北邊的 14 個海流觀測點，在 2004 年 9 月 16 日，剛好有個颶風Ivan 從中間通過，從沿大陸棚分量的垂直剖面流速可以觀察出，
颶風增強了近慣性運動，且持續了約 10 天。另外將颶風的影響分成了兩個階段，
強襲階段(forced stage)和弛豫階段(relaxation stage)，其中把強襲階段再劃分成三個 階段，分別是颶風接近測站、眼牆通過測站、颶風完全通過測站。而在颱風逐漸 遠離進入弛豫階段後，誘發近慣性運動的增強，並持續了約10 天。
Shen et al. (2017)分析佈放於台灣海峽 3 個底碇式 ADCP，水深分別為 26 公尺、
38 公尺、42 公尺，觀測 2006 年 7 月 10 日至 8 月 15 日之間的海流，期間觀測到 了 5 個不同強度的颱風通過。颱風靠近時進入強襲階段，當強度強而且半徑大的 颱風通過時，形成了地轉流，並主導了整個事件；而強度強但相對半徑較小以及 強度弱的颱風主要導致埃克曼流的產生。颱風遠離，進入弛豫階段，誘發近慣性 震盪增強，小波分析是可以將一時間序列分成不同週期之能量的分析，而從小波 分析中，皆能明顯看出颱風在弛豫階段時間於近慣性周期的位置能量增強。
Guan et al. (2014)分析了在 2010 年 8 月至 2011 年 4 月在南海北部三個測站的 海流資料，水深為35 至 425 公尺、50 至 360 公尺及 50 至 450 公尺。其中 10 月 22 日有一梅姬颱風從兩測站中間通過，颱風靠近兩測站距離分別為 30 公里及 25 公里，，當颱風靠近時，近慣性流開始增強。颱風通過後，近慣性的速度達到每 秒0.4 公尺，隨後再開始減弱。
Yang et al. (2015)分析在南海西北部三個颱風影響海流的反應。結論表明，較
4
淺海域的近慣性海流通常比大洋的近慣性海流弱，從案例中發現，在颱風經過後，
較淺海之近慣性海流最大為 30cm/s，而大洋的近慣性海流通常超過 50cm/s，且在 淺海中，更強的風並不一定會導致近慣性海流更加強。淺水區的近慣性海流反應 與颱風強度、通過距離、移動速度等參數之間的關係需要進一步研究。
Sun et al. (2011)分析南海北側的三個底碇式 ADCP 觀測資料，在 2008 年 7 月 風神颱風從三測站左側經過，並誘發出明顯的近慣性震盪，且觀測到近慣性震盪 持續了約 15 天，從帶通濾波後的垂直海流剖面也能清楚顯示近慣性震盪的運動，
以及海流的能量向下，相位向上。
Chen et al. (2014)分析南海北部的一底碇式 ADCP 觀測資料，水深 60 公尺，且 在2009 年的夏季觀測到兩個颱風依序從測站的左右兩側通過。結果發現，在颱風 經過後所誘發的近慣性震盪，於颱風的左右兩側的強度會有所不同，測站在Nangka 颱風路徑的右手邊，在 Linfa 颱風路徑的左手邊。因此，Nangka 颱風的通過驅動 順時針旋轉的風場（圖1-1-c）並產生強烈的近慣性事件。另一方面，Linfa 颱風通 過產生逆時針的風場（圖1-1-c），並沒有促使增強近慣性運動。
Price (1981) 指出，對於颱風經過測站左側，風隨時間順時針旋轉，而經過測 站右側的風逆時針旋轉（解釋見圖1-2)。在北半球，近慣性運動是順時針方向的，
因此與逆時針風相反，順時針風可以推動近慣性運動。正是因為這個原因，在颱 風路徑右手邊固定位置產生的近慣性運動更加強烈。
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圖1-1 近慣性流的動能(a)，以及測站附近的風速(b)和風矢(c)。(Chen et al., 2014)
圖1-2 颱風路徑不同位置的風場示意圖。中心點的圓圈代表氣旋從位置 1 向北移 動到位置 3 時，相應的風在位置 R，即在右手邊，隨著時間從 1 到 3 順時針旋 轉，位置 L（即左側）的風隨時間逆時針旋轉。 (Chen et al., 2014)
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1.2 研究動機與目的
台灣夏秋季時常受到颱風侵襲，導致不少災害損失，另外在海洋上也會因颱 風的影響下，在短時間內發生劇烈的變化，較常有民眾活動的沿岸與近海範圍的 海流變化，應當被更加重視。中央氣象局的環島海氣象浮標網主要目標是取得長 期的海氣象資料，可以多使用於學術研究，因海氣象浮標資料擁有完善的系統，
擁有定時觀測、即時傳輸等作業化優點，海氣象浮標位於台灣周圍淺海，觀測時 間長且不易受天氣限制，其條件很適合用來做淺海海域海流的研究分析。
利用此浮標海流資料去分析與了解在強風的影響下，周圍淺海海域的流況變 化，目標是將冬季與夏秋季時常發生的強風，也就是東北季風與颱風對於海流的 影響去加以分析。東北季風的部分將以彭佳嶼風場做為東北季風指標，並與各浮 標海流做相關性比較，若彭佳嶼風場與各地海流之相關性高，將能達到從彭佳嶼 風場預測海流變化。
颱風部分則是以不同案例去比較颱風接近與遠離後的海流變化，以不同的變 因，如颱風強度、暴風半徑、移動速度、路徑位置等，再分析颱風遠離後誘發出 的近慣性海流增強時間、持續時間以及近慣性海流強弱，為海上救災或航行安全 上達到貢獻。
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浮標資料介紹
2.1 氣象浮標
中央氣象局為充實環台作業化海洋與氣象觀測，由成大近海水文中心協助在 台灣近海佈放海氣象資料浮標，此作業化的浮標系統資料，常被拿來做氣象即時 報導等使用，比較少被用來做學術研究。此浮標資料有個優點，因為浮標長時間 在海上做紀錄，所以海況資料的紀錄時間很長，且有連續性，因此氣象浮標在學 術研究上應是很好的資料來源。
本研究所使用的是氣象浮標的海流及風場觀測資料。浮標設備如圖2-1(a)所示，
資料浮標型式為碟型浮標，浮標直徑寬度約為2.5 公尺，海面上高度 3.3 公尺，海 面下1.8 公尺，總重量 1250 公斤，浮標上設有剖面流速儀(ADCP)、水溫計、波浪 儀、風向風速計、氣溫計、氣壓計等設備，資料透過衛星上傳，並由中央氣象局 接收數據。其中ADCP 頻率為 600kHz，海流資料為每 6 分鐘存取一筆海流資料，
第一層資料深度為水下3.5 公尺，資料解析度為每 1 公尺一層。圖 2-1(b)則是 ADCP 及因儀器長年在水下而生長出的海中生物，圖2-1(c)是 ADCP 配備的音鼓，利用音 鼓向下發射聲波，來觀測某一定點的海流流向及流速。
圖 2-1 浮標實際照片。(a)海氣象浮標的外觀，(b)是浮標下方的 ADCP 及因儀器長 年在水下而生長出的海中生物，(c)是 ADCP 與音鼓的外觀。
(b)
(a) (c)
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2.2 本研究使用的資料
在台灣海象災防環境資訊平台的網站上(https://ocean.cwb.gov.tw)，擁有許多中 央氣象局提供的即時海氣象資訊，例如漁業氣象預報、霧及低雲的衛星遙測、浪 高浪向預報等。以及可以讓民眾使用的歷年氣象觀測資料，例如海流、海面風、
海溫、氣壓、潮位等觀測資料能夠自由使用。
本研究使用了多個氣象浮標站的海流資料，如圖2-2 所示共 5 個站，分別是馬 祖站(Matsu)、富貴角站(Fuguijiao)、龍洞站(Longdong)、七美站(Cimei)、小琉球站 (Xiaoliuqiu)，而彭佳嶼站之風場資料則是使用於分析東北季風的季風指標。由於 各個浮標佈放時間不相同，所以在後續分析上的時間會因不同浮標而有所不同，
如表2-1 為各浮標測站資訊，馬祖浮標位於東引島東南方 3.5 公里處，實際水深約 50 公尺，本研究使用的時間是從 2018 年 4 月至 2019 年 12 月，資料完整性為 97%。
富貴角浮標位於富貴角北方0.7 公里處，實際水深約 31 公尺，使用的時間是從 2017 年8 月至 2019 年 12 月，資料完整性為 98%。龍洞浮標位於龍洞遊艇港外海約 0.25 公里，實際水深約27 公尺，使用的資料時間範圍為 2016 年 8 月至 2019 年 12 月，
資料完整性為81%。小琉球浮標位於海子口西南方 1.2 公里，實際水深約 99 公尺，
使用時間是2014 年 9 月至 2015 年 9 月，資料完整性為 98%。七美浮標位於東吉 島南方28 公里處，實際水深約 109 公尺，資料時間從 2015 年 9 月至 2019 年 9 月，
期間資料較缺乏，資料完整性為60%。其中在馬祖浮標，有使用剖面的海流資料，
水深每層間隔一公尺紀錄一筆，資料實際使用到43 層，第一層為水下 3.5 公尺，
故有 46.5 公尺深的剖面海流資料，在第五章的 5.3 節用來觀察颱風影響時水下海 流的變化。
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圖 2-2 各個浮標站之分布圖，分別是馬祖、富貴角、龍洞、七美、小琉球之海氣 象浮標，而彭佳嶼測站之風場資料則是使用於分析東北季風的季風指標。
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表 2-1 使用的海氣象浮標資訊
測站名與站碼 位置與水深 使用資料時間
馬祖浮標 (C6W08)
120.51˚E , 26.35˚N
東引島東南方3.5 公里處，
實際水深約50 公尺
2018/04~2019/12
富貴角浮標 (C6AH2)
121.53˚E , 25.3˚N
富貴角北方0.7 公里處，
實際水深約31 公尺
2017/08~2019/12
龍洞浮標 (46694A)
121.92˚E , 25.09˚N
龍洞遊艇港外海約0.25 公里，
實際水深約27 公尺
2016/08~2019/12
小琉球浮標 (46714D)
120.36˚E , 22.31˚N
海子口西南方1.2 公里，
實際水深約99 公尺
2014/09~2015/09
七美浮標 (C6W10)
119.67˚E , 22.99˚N
東吉島南方28 公里處，
實際水深約109 公尺
2015/09~2019/09 部分時段無觀測
資料
圖 2-3 各浮標獲取資料的時間範圍
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潮流
3.1 潮流介紹
本研究分析了環台多個浮標測站資料，分別為富貴角、馬祖、龍洞、七美、
小琉球，以這五個地方的浮標海流資料來探討不同地理位置的潮流特性。在台灣 四周淺海有豐富的潮流變化，有的地區潮流方向呈東北至西南向，有的呈東南至 西北向，有的地區潮流變化劇烈，有的變化和緩。由於潮流在近岸的海流佔了不 小的比例，因此很難被忽略，所以要觀察一個地方的海流，先了解該地區的潮流 是必要的。在分析中得出，台灣北部屬於半日潮，西南部為以半日潮為主的混合 潮，東部則為以全日潮為主的混合潮。
3.2 調和分析
潮汐資料是一種週期函數，理論上可將其分解成多個不同振幅和週期的分潮，
每一分潮為一簡單的時間調合函數，我們可分別去計算這些分潮後，再將這些分 潮重新組合，此一過程是所謂的調和分析，用此方法我們就可以利用過去歷史資 料預報未來的變化。調和分析主要計算方法是利用最小二乘法，讓實際潮位與調 和潮位的誤差值達到最小，其中調和潮位是根據牛頓所提出的平衡潮理論為基礎，
將各種天體運動所引發的潮汐現象視為許多正餘弦函數的疊加，每一個函數即為 一個固定週期之分潮，常用的潮汐分潮為K1、O1、M2、S2 等 37 個分潮。調和 分析關係式為 (Thomson and Emery, 2014; 許，2003) ：
𝑦(𝑡) = 𝐴0 + ∑𝑛𝑝=1(𝐴𝑝cos(𝜔𝑝𝑡) + 𝐵𝑝sin(𝜔𝑝𝑡)) (3-1) 其中， 𝜔𝑝 = 2𝜋𝑓𝑝
(3-2)
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𝐴𝑝 = 2
𝑇∫ 𝑦(𝑡)cos (𝜔𝑝𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0 (3-3)
𝐵𝑝= 2
𝑇∫ 𝑦(𝑡)sin (𝜔𝑝𝑡)𝑑𝑡
𝑇
0 (3-4)
𝐴0為海流的全時間平均項，t 為數據記錄的長度，𝜔𝑝為選定潮流的頻率，𝑓𝑝為 第p 個分潮相應的頻率，𝐴𝑝為潮流頻率cos 分量振幅，𝐵𝑝為潮流頻率sin 分量振幅，
為了得到係數𝐴𝑝，只需將公式 3-1 乘以 cos(𝜔𝑝𝑡)，然後在所有選定的頻率上進行 積分，係數𝐵𝑝也是通過乘以sin(𝜔𝑝𝑡)的方式得到。
本研究使用T-tide (Pawlowicz et al., 2002)在 Matlab 中進行調和分析，可以得 出各分潮的半長軸(semi-major axis)、半短軸(semi-minor axis)、傾角(inclination)、
遲角(phase)等資訊，並利用公式 3-5 計算各分潮的扁率(ellipticity, 𝜀𝑐) ，如表 3-1 至表3-5。𝜀𝑐為0 時，潮流運動方向為直線，若為±1 時，潮流運動軌跡為圓形，若 介於0 至 1 之間，潮流為逆時針的方向流動，介於-1 至 0 之間，潮流則為順時針 方向流動。
𝜀𝑐 = 半短軸
半長軸 (3-5)
本研究也使用U-tide(Codiga, 2011)來做長時間序列的潮流重建，海流資料中如 有缺值，也適合以此方法做分析。
較常使用的分潮分別是 K1、O1、M2、S2，而後面分析也是用這四種分潮。
日月合成日週潮(lunar solar diurnal tide，K1)，為太陽在黃道上之平均運動時，有 關月球及太陽之相對位置所產生之潮汐，其週期為 23 小時 56 分。主太陰日週潮 (lunar diurnal tide，O1)，月球在地球上之日週運動所產生潮汐，週期為 25 小時 40 分。主太陰半日週潮(lunar semidiurna tide，M2)月球在地球上之日週運動所產生潮 汐，週期為12 小時 25 分。主太陽半日週潮(solar semidurnal tide，S2)太陽在地球
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上之日週運動所產生潮汐，週期為12 小時。
圖3-1 至圖 3-5 為各個氣象浮標在水下 3.5 公尺處，分別為冬季、春季、夏季、
秋季時的潮流橢圓，潮流橢圓是潮流來回移動的路徑型態，分別是K1、O1、M2、
S2 分潮。馬祖站位處東引島東南方，在台灣海峽上，潮流橢圓的方向為東北至西 南方向，形狀較橢圓，流速最大約50cm/s，主要分潮為 M2。富貴角站位於台灣北 端，潮流橢圓的方向為東西向，形狀較橢圓且扁，流速在冬夏季皆可達100cm/s，
是潮流極為明顯的地區，主要分潮為M2。龍洞站位於台灣東北端，潮流橢圓的方 向為北北東至南南西向，形狀極細長，在冬季流速最大，可達 25cm/s，主要分潮 為M2。小琉球站之潮流橢圓方向為東西向，春夏季偏向西北至東南方向，形狀較 圓胖，流速最大約 25cm/s，四種分潮皆佔一定比例但 M2 最為明顯。七美站則因 部分時段無觀測資料，故長時間分析的部分，較無法處理，但本研究後面的颱風 案例時間較短仍能正常分析使用。小琉球和七美的潮流橢圓扁率較大且為負值，
表示為順鐘向旋轉，馬祖、富貴角、龍洞的潮流橢圓扁率較小且大多為正值，表 示為逆鐘向旋轉，特別是龍洞地區幾乎呈直線來回運動。
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馬祖2018-2019 冬季(D、J、F) 馬祖2019 春季(M、A、M)
馬祖2019 夏季(J、J、A) 馬祖2019 秋季(S、O、N)
圖 3-1 馬祖浮標在不同季節時的潮流橢圓
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富貴角2017-2018 冬季(D、J、F) 富貴角2018 春季(M、A、M)
富貴角2018 夏季(J、J、A) 富貴角2018 秋季(S、O、N)
圖 3-2 富貴角浮標在不同季節時的潮流橢圓
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龍洞2017-2018 冬季(D、J、F) 龍洞2018 春季(M、A、M)
龍洞2018 夏季(J、J、A) 龍洞2018 秋季(S、O、N)
圖 3-3 龍洞浮標在不同季節時的潮流橢圓
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小琉球2014-2015 冬季(D、J、F) 小琉球2015 春季(M、A、M)
小琉球2015 夏季(J、J、A) 小琉球2014 秋季(S、O、N)
圖 3-4 小琉球浮標在不同季節時的潮流橢圓
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七美2015-2016 冬季(D、J、F) 七美2019 春季(M、A、M)
七美2019 夏季(J、J、A) 七美2016 秋季(S、O、N)
圖 3-5 七美浮標在不同季節時的潮流橢圓
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表 3-1 馬祖浮標四季的四大主要分潮之資訊
馬祖浮標
半長軸 (cm/s)
半短軸 (cm/s)
傾角(度) 遲角(度) 扁率
冬季
K1 7.128 0.77 36.42 358.4 0.108 O1 4.124 -0.708 16.65 177.14 -0.1717 M2 54.612 16.662 24.99 277.66 0.3051
S2 14.564 5.591 16.87 116.33 0.3839
春季
K1 3.962 1.075 48.43 138.01 0.2713 O1 2.771 0.567 7.91 177.53 0.2046 M2 45.302 11.267 17.88 337.22 0.2487 S2 17.969 5.19 15.84 109.56 0.2888
夏季
K1 3.921 2.7 173.21 5.76 0.6886 O1 6.491 0.211 39.95 214.98 0.0325 M2 45.901 10.517 16.3 66.67 0.2291 S2 11.375 4.399 17.76 132.67 0.3867
秋季
K1 7.835 -0.484 23.47 255.24 -0.0618 O1 4.585 -0.354 32.15 125.34 -0.0772 M2 46.267 13.277 25.31 138.62 0.287
S2 16.57 6.27 18.58 109.14 0.3784
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表 3-2 富貴角浮標四季的四大主要分潮之資訊
富貴角浮標
半長軸 (cm/s)
半短軸 (cm/s)
傾角(度) 遲角(度) 扁率
冬季
K1 1.711 -0.333 51.07 195.84 -0.1946 O1 1.745 0.524 52.48 115.89 0.3003 M2 99.339 -12.828 8.23 301.11 -0.1291
S2 23.04 -3.729 10.45 24.64 -0.1618
春季
K1 1.471 -0.427 11.27 96.41 -0.2903 O1 3.06 0.126 17.97 283.87 0.0412 M2 92.245 -13.286 7.29 2.8 -0.144 S2 26.176 -3.992 9.98 14.59 -0.1525
夏季
K1 0.778 -0.296 168.32 17.96 -0.3805 O1 1.682 -0.19 21.53 185.05 -0.113 M2 98.303 -8.636 6.49 254 -0.0879
S2 21.602 -1.739 7.22 203.73 -0.0805
秋季
K1 0.884 -0.198 78.95 105.2 -0.224 O1 1.487 0.222 46.92 114.76 0.1493 M2 90.894 -11.442 6.72 173.78 -0.1259
S2 24.073 -2.582 8.77 22.92 -0.1073
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表 3-3 龍洞浮標四季的四大主要分潮之資訊
龍洞浮標
半長軸 (cm/s)
半短軸 (cm/s)
傾角(度) 遲角(度) 扁率
冬季
K1 1.818 0.482 86.75 53.1 0.2651 O1 1.37 0.642 72.8 71.51 0.4686 M2 22.799 0.449 63.64 147.21 0.0197 S2 7.472 -0.09 61.77 188.01 -0.012
春季
K1 1.15 -0.212 62.26 351.02 0.1843 O1 1.107 -0.187 65.9 276.02 0.1689 M2 18.266 0.318 63.27 183.85 0.0174 S2 4.755 0.254 54.91 163.46 0.0534
夏季
K1 0.82 0.105 80.44 153.42 0.128 O1 0.835 0.06 67.82 314.84 0.0719 M2 7.092 0.071 67.95 251.1 0.01
S2 1.463 0.012 57.51 187 0.0082
秋季
K1 0.327 -0.129 109.42 345.46 -0.3945 O1 1.549 0.11 58.33 337.37 0.071 M2 15.653 0.234 64.7 326.11 0.0149
S2 4.012 0.062 66.38 158.29 0.0155
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表 3-4 七美浮標四季的四大主要分潮之資訊
七美浮標
半長軸 (cm/s)
半短軸 (cm/s)
傾角(度) 遲角(度) 扁率
冬季
K1 2.412 0.085 54.71 64.94 0.0352 O1 2.973 -1.222 173.45 271.63 -0.411 M2 16.517 -6.269 107.79 33.8 -0.3795
S2 6.585 -1.325 112.76 320.33 -0.2012
春季
K1 2.023 -1.3 81.17 300.14 -0.6426 O1 2.84 -0.858 3.19 284.67 -0.3021 M2 9.423 -2.988 105.64 350.02 -0.3171 S2 3.44 -0.944 89.22 118.63 -0.2744
夏季
K1 5.199 -2.474 13.77 44.04 -0.4759 O1 2.284 -0.242 78.95 22.79 -0.106 M2 14.17 -4.797 106.93 82.99 -0.3385
S2 3.786 -0.243 103.95 197.18 -0.0642
秋季
K1 1.888 0.602 100.41 109.13 0.3189 O1 3.748 0.757 111.49 292.97 0.202 M2 26.227 3.167 114.85 56.01 0.1208
S2 5.229 -0.045 83.55 66.49 -0.0086
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表 3-5 小琉球浮標四季的四大主要分潮之資訊
小琉球浮標
半長軸 (cm/s)
半短軸 (cm/s)
傾角(度) 遲角(度) 扁率
冬季
K1 7.17 -3.118 171.05 244.44 -0.4349 O1 1.991 -1.319 176.99 194.9 -0.6625 M2 23.678 -7.743 2.53 197.36 -0.327
S2 11.5 -4.579 172.44 188.01 -0.3982
春季
K1 14.745 -2.142 171.54 16.58 -0.1453 O1 9.096 -5.722 154.18 172.19 -0.6291 M2 22.442 -10.676 163.95 92.23 -0.4757 S2 5.424 -2.481 6.33 33.63 -0.4574
夏季
K1 14.538 -2.415 171.04 129.29 -0.1661 O1 10.528 -4.068 173.32 131.46 -0.3864 M2 16.506 -6.699 160.72 147.97 -0.4059 S2 7.125 -4.339 136.45 220.01 -0.609
秋季
K1 10.125 -4.987 172.27 329.01 -0.4925 O1 6.467 -3.941 177.18 60.65 -0.6094 M2 17.078 -9.627 176.51 316.06 -0.5637 S2 6.981 -2.611 17.03 322.45 -0.374
24
3.3 潮型
為潮流型態的比值F，將海流資料使用調和分析後，可以得出的各分潮之半長 軸，利用3-6 公式，可以判別出該地所屬於的潮型。馬祖站、富貴角站及龍洞站之 潮型比值分別為0.15、0.013、0.073 皆屬於半日潮型，七美與小琉球站之潮型比值 為0.2737、0.68 屬於以半日潮為主的混合潮型。圖 3-6 實心直條是各浮標的潮流之 潮型比值，斜線直條是靠近浮標的潮位之潮型比值，潮位數據是參考邱(2007)的研 究結果來比較潮流與潮位的差異，顯示出潮位的潮型比值皆比潮流的潮型比值高，
以潮位的潮型來看，富貴角潮位的潮型較偏向於以半日潮為主的混合潮型，龍洞 則是明顯的以半日潮為主的混合潮型，小琉球潮位的潮型與潮流的潮型相同，結 果得出，海流比潮位的半日潮成分要來的多。
F = (𝐾1 + 𝑂1) (𝑀2 + 𝑆2)⁄ (3-6)
F < 0.25 ：半日潮型
0.25 ≤ F < 1.5 ：以半日潮為主的混合潮型 1.5 ≤ F < 3 ：以全日潮為主的混合潮型 F ≥ 3 ：全日潮型
圖 3-6 各浮標測站的潮型，斜線為靠近浮標的潮位之潮型 0
0.5 1 1.5
馬祖 富貴角 龍洞 七美 小琉球
潮型比值
潮流之潮型比值 潮位之潮型比值
25
3.4 潮流佔總海流的比例
了解各浮標區域之潮流大小、方向及潮型的不同後，潮流對於海流上的影響 也不容忽視。由於不同地區的潮流方向皆不盡相同，所以先知道潮流來回運動的 方向角度，是有利於後續的研究。將馬祖站、富貴角站、龍洞站、小琉球站及七 美站分成四季，利用U-tide(Codiga，2011)之程式在 Matlab 中重建出當地的潮流大 小，最後可計算出潮流對海流所佔的比例，比例越大表示潮流主導越多。
圖3-7 為 2019 年冬季時馬祖浮標水下第一層(3.5 公尺處)，原始海流(紅色線) 及重建潮流(藍色線)，上下分別為 u、v 分量的流速。從圖 3-1 的潮流橢圓得知，
馬祖站潮流軌跡較橢圓。且流速達到100cm/s，重建潮流流速可達 90cm/s，u 分量 潮流所佔的海流比例為80.47% ，而 v 分量潮流流速顯得比較小，v 分量潮流所佔 海流比例為55.33%。從圖 3-7 上圖的海流趨勢也可以發現明顯的半日潮週期。
圖3-8 至圖 3-10，則為馬祖站 2019 年春季、夏季、秋季，說明同圖 3-7。其 中春、夏兩季，潮流流速約在+100cm/s 至-60cm/s 之間，表示潮流往實際東北東的 方向較強，秋、冬季時則移動的較平均。潮流佔海流比例分別是78.24%、69.94%、
74.89%，在 2019 年時冬季潮流佔的比例較高，夏季較低。
圖3-11 至圖 3-14，則為富貴角站 2018 年冬季、春季、夏季及秋季。其中夏、
秋兩季，潮流流速將近200cm/s，且潮流往實際的西方向較強，潮流佔海流比例分 別是95.83%、95.09%、94.94%以及 90.57%。
圖3-15 至圖 3-18，則為龍洞站 2018 年冬季、春季、夏季及秋季。冬季時潮流 流速約在+70cm/s 至-30cm/s 之間，在春、夏、秋季時潮流流速則明顯較小，表示 潮流往實際的東北方向較強，尤其在冬季時。潮流佔海流比例分別是 75.12%、
48.54%、43.88%以及 46.63%，龍洞在 2018 年時冬季潮流佔的比例較高。
圖3-19 至圖 3-22，則為小琉球站 2014 年秋季及 2015 年冬季、春季、夏季，
因為小琉球資料較短，故使用前一年秋季資料來分析。。小琉球的潮流在夏、秋 季時潮流流速約在+55cm/s 至-48cm/s 之間，在冬、春季時潮流流速則在+42cm/s
26
至-44cm/s 之間，表示冬、春季時的漲退潮流速較平均。小琉球潮流佔海流比例分 別是46.84%、44.95%、50.59%以及 51.09%，小琉球在秋季潮流佔的比例較高，春 季較低。
圖3-23 至圖 3-26，則為七美站 2015 至 2016 年冬季、2019 年春季、夏季及 2016 秋季，因為七美站部分時間無觀測資料，故選擇完整資料來分析。七美潮流佔海 流比例分別是80.08%、75.8%、73.18%以及 76.81%，七美在秋季潮流佔的比例較 高。
海流 重建潮流
圖 3-7 馬祖浮標在冬季時之海流流速圖
27
表 3-6 馬祖浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
馬祖2018-2019 冬季 U 分量 V 分量 原始海流變異數(cm2/s2) 1841.7 879.95 重建潮流變異數(cm2/s2) 1482 486.92
重建潮流/原始海流(%) 80.47 55.33
圖 3-8 馬祖浮標在春季時之海流流速圖
表 3-7 馬祖浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
馬祖2019 春季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 1554.6 413.91 重建潮流變異數(cm2/s2) 1216.2 224.48
重建潮流/原始海流(%) 78.24 54.23
28
圖 3-9 馬祖浮標在夏季時之海流流速圖
表 3-8 馬祖浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
馬祖2019 夏季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 1669.8 372.69 重建潮流變異數(cm2/s2) 1167.8 210.43
重建潮流/原始海流(%) 69.94 56.46
圖 3-10 馬祖浮標在秋季時之海流流速圖
29
表 3-9 馬祖浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
馬祖2019 秋季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 1591 881.38 重建潮流變異數(cm2/s2) 1191.5 409.38
重建潮流/原始海流(%) 74.89 46.45
海流 重建潮流
圖 3-11 富貴角浮標在冬季時之海流流速圖
表 3-10 富貴角浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 富貴角2017-2018 冬季 U 分量 V 分量 原始海流變異數(cm2/s2) 5858.6 410.67 重建潮流變異數(cm2/s2) 5614.3 341.78
重建潮流/原始海流(%) 95.83 83.22
30
圖 3-12 富貴角浮標在春季時之海流流速圖
表 3-11 富貴角浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
富貴角2018 春季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 5059.6 361.09 重建潮流變異數(cm2/s2) 4811.2 263.73
重建潮流/原始海流(%) 95.09 73.04
圖 3-13 富貴角浮標在夏季時之海流流速圖
31
表 3-12 富貴角浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
富貴角2018 夏季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 6732.9 308.62 重建潮流變異數(cm2/s2) 6391.9 217.92
重建潮流/原始海流(%) 94.94 70.61
圖 3-14 富貴角浮標在秋季時之海流流速圖
表 3-13 富貴角浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
富貴角2018 秋季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 7112.2 419.37 重建潮流變異數(cm2/s2) 6441.6 276.83
重建潮流/原始海流(%) 90.57 66.01
32
海流 重建潮流
圖 3-15 龍洞浮標在冬季時之海流流速圖
表 3-14 龍洞浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 龍洞2017-2018 冬季 U 分量 V 分量 原始海流變異數(cm2/s2) 186.58 539.24 重建潮流變異數(cm2/s2) 101.07 405.1
重建潮流/原始海流(%) 54.17 75.12
圖 3-16 龍洞浮標在春季時之海流流速圖
33
表 3-15 龍洞浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
龍洞2018 春季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 73.2487 198.3183 重建潮流變異數(cm2/s2) 34.6582 96.2551
重建潮流/原始海流(%) 47.32 48.54
圖 3-17 龍洞浮標在夏季時之海流流速圖
表 3-16 龍洞浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
龍洞2018 夏季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 60.7349 227.2137 重建潮流變異數(cm2/s2) 16.1963 99.7078
重建潮流/原始海流(%) 26.67 43.88
34
圖 3-18 龍洞浮標在秋季時之海流流速圖
表 3-17 龍洞浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
龍洞2018 秋季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 72.7225 210.0843 重建潮流變異數(cm2/s2) 22.1301 97.9678
重建潮流/原始海流(%) 30.43 46.63
海流 重建潮流
圖 3-19 小琉球浮標在秋季時之海流流速圖
35
表 3-18 小琉球浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
小琉球2014 秋季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 733.46 301.76 重建潮流變異數(cm2/s2) 343.51 113.44
重建潮流/原始海流(%) 46.84 37.59
圖 3-20 小琉球浮標在冬季時之海流流速圖
表 3-19 小琉球浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 小琉球2014-2015 冬季 U 分量 V 分量 原始海流變異數(cm2/s2) 789.64 217.17 重建潮流變異數(cm2/s2) 354.91 71.78
重建潮流/原始海流(%) 44.95 33.05
36
圖 3-21 小琉球浮標在春季時之海流流速圖
表 3-20 小琉球浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
小琉球2015 春季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 815.2 250.94 重建潮流變異數(cm2/s2) 412.37 103.49
重建潮流/原始海流(%) 50.59 41.24
圖 3-22 小琉球浮標在夏季時之海流流速圖
37
表 3-21 小琉球浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
小琉球2015 夏季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 1046.5 329.25 重建潮流變異數(cm2/s2) 534.69 120.68
重建潮流/原始海流(%) 51.09 36.65
海流 重建潮流
圖 3-23 七美浮標在冬季時之海流流速圖
表 3-22 七美浮標在冬季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊 七美2015-2016 冬季 U 分量 V 分量 原始海流變異數(cm2/s2) 780.57 1434.3 重建潮流變異數(cm2/s2) 328.11 1148.6
重建潮流/原始海流(%) 42.03 80.08
38
圖 3-24 七美浮標在春季時之海流流速圖
表 3-23 七美浮標在春季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
七美2019 春季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 394.4 940.66 重建潮流變異數(cm2/s2) 153.28 713.04
重建潮流/原始海流(%) 38.87 75.8
圖 3-25 七美浮標在夏季時之海流流速圖
39
表 3-24 七美浮標在夏季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
七美2019 夏季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 531.12 1188.3 重建潮流變異數(cm2/s2) 184.72 869.62
重建潮流/原始海流(%) 34.78 73.18
圖 3-26 七美浮標在秋季時之海流流速圖
表 3-25 七美浮標在秋季時主軸旋轉的角度及海流變異數資訊
七美2016 秋季 U 分量 V 分量
原始海流變異數(cm2/s2) 1487.4 1810.4 重建潮流變異數(cm2/s2) 728.64 1390.5
重建潮流/原始海流(%) 48.99 76.81
40
東北季風
4.1 東北季風介紹
本研究利用馬祖浮標、富貴角浮標、龍洞浮標、七美浮標、小琉球浮標的海 流資料，來分析東北季風對各地海流之關係。而東北季風之風場主要使用彭佳嶼 的風場資料，因為彭佳嶼的地理位置及四周皆無遮蔽物，再以彭佳嶼冬季風場來 看(圖 4-1)，風向主要皆為東北風，且一個周期持續 4 到 6 天，可以很好的表現出 東北季風的情形，因此彭佳嶼的風場適合當作台灣周圍的東北季風指標。彭佳嶼 站位置如圖 2-2 所示。如要看某地的風場或海流是否容易受到東北季風的影響而 改變，可由兩者之間的相關性來比較，如相關性高則受東北季風影響的成分高，
相關性低則反之。
圖 4-1 彭佳嶼站在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始風矢
41
圖 4-2 馬祖浮標在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始流矢
圖 4-3 富貴角浮標在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始流矢
圖 4-4 龍洞浮標在 2018 年 12 月至 2019 年 2 月冬季期間的原始流矢
圖 4-5 七美浮標在 2016 年 12 月至 2017 年 2 月冬季期間的原始流矢
42
圖4-6 小琉球浮標在 2014 年 12 月至 2015 年 2 月冬季期間的原始流矢
為了比較東北風與海流之間的相關性，分析資料時，先經過36 小時低通濾波 後，再將海流的 u、v 軸轉向成東北風的方向，以東北至西南的方向為新的主軸，
利用公式4-1 及公式 4-2(Thomson and Emery, 2014)，可以將原本的主軸方向旋轉，
得出旋轉後新的主軸方向與新的𝑢′、𝑣′分量海流。𝜃為旋轉的角度，正數是逆鐘向 旋轉，負數則是順鐘向旋轉。得出以東北季風為主軸的𝑢′、𝑣′分量海流或風場資料。
東北季風主軸是利用彭佳嶼風場資料計算得出，為順時針方向旋轉 19.6 度，再將 各地區的風場或流場資料依19.6 度旋轉，使其主軸與東北季風主軸同向(示意圖見 圖4-7)，以便後續分析。
𝜃 = 1
2 𝑡𝑎𝑛−1[ 2𝑢𝑣
𝑢2−𝑣2]
(4-1)
𝑢′ = 𝑢 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑣 𝑠𝑖𝑛𝜃
𝑣′ = −𝑢 sin𝜃 + 𝑣 𝑐𝑜𝑠𝜃 (4-2)
43
(a)
(b)
圖 4-7 有無轉向的示意圖。(a)是尚未轉向之海流流矢圖，(b)是已轉向後以東北 季風為主軸之海流流矢圖。
44
4.2 東北季風與當地風場的相關性
為了證明彭佳嶼風場適合用來當作東北季風指標，將各地的風場與彭佳嶼風 場做相關性分析，如果相關性高，表示彭佳嶼的風和各地的風是有關係的，彭佳 嶼的風則適合作為東北季風指標。以下將馬祖、富貴角、龍洞、七美及小琉球的 風場對彭佳嶼風場做風速的比較，並分析兩者之相關性。
首先，圖4-8 為彭佳嶼風場和馬祖風場在冬季時的風速圖，分別為 2018 年 12 月、2019 年 1 月及 2 月，紅色線是彭佳嶼風速，藍色線是馬祖風速，黑色線為風 速0 的位置，大於 0 為吹東北風，小於 0 為吹西南風。從圖上的趨勢可以發現，
當彭佳嶼的東北風增強，在馬祖的東北風也同樣增強，彭佳嶼東北風減弱馬祖風 速也同樣減弱，趨勢很一致。在12 月、1 月、2 月時兩者的相關係數分別為 0.9、
0.67、0.71，其中相關係數範圍為 0 至 ±1 之間，係數為 0 表示兩者沒有關係，係 數越高表示兩者越有關係，正值為正相關，負值則反之，在0.7 以上表示相關性佳，
而在彭佳嶼風場和馬祖風場之間的相關性較高。
圖4-9 為彭佳嶼風場和富貴角風場在冬季時的風速圖，彭佳嶼風及富貴角風兩 者的趨勢更相似，在彭佳嶼的東北風增強，富貴角東北風也增強，減弱也同樣減 弱，且彭佳嶼風減弱至轉向為西南風時，富貴角風也同樣轉為西南風向。在12 月、
1 月、2 月時兩者的相關係數分別為 0.93、0.84、0.86，比馬祖站的相關性更佳。
圖4-10、圖 4-11 分別為彭佳嶼對龍洞、七美之風速，龍洞與七美的風場趨勢 如馬祖和富貴角一樣，隨之增強或減弱。但不同的是，七美的風速比其他測站還 大，最大可達19m/s，而且在連續三個月的時間內，七美的東北風也幾乎比彭佳嶼 的東北風強，很可能是因為地形效應的關係，也就是在東北季風時期，氣流通過 台灣海峽，受兩側地形阻擋，使得局部氣壓梯度改變，由於地形效應藉由改變局 部地區氣壓梯度的方式，而增強部分海域近地層風速(吳，2004)。在彭佳嶼風和龍 洞風相關係數分別是0.86、0.71、0.79，在彭佳嶼風和七美風相關係數則分別是 0.95、
0.87、0.74，同樣相關性佳。
45
但在小琉球的風場與彭佳嶼風場的相關性較不佳，兩者在 12 月、1 月、2 月 時的相關係數分別為0.31、0.4、0.5，從圖 4-12 的流速圖趨勢可以發現，小琉球的 風速較無變化，較無受到東北季風影響。
圖 4-8 冬季時彭佳嶼風場和馬祖風場之風速圖，紅色線是彭佳嶼風速，藍色線是 馬祖風速，黑色線為速率零的位置。
46
圖 4-9 冬季時彭佳嶼風場和富貴角風場之風速圖，說明同圖 4-7。
圖 4-10 冬季時彭佳嶼風場和龍洞風場之風速圖，說明同圖 4-7。
47
圖 4-11 冬季時彭佳嶼風場和七美風場之風速圖，說明同圖 4-7。
圖 4-12 冬季時彭佳嶼風場和小琉球風場之風速圖，說明同圖 4-7。
48
4.3 東北季風對海流的影響
如將彭佳嶼風場當作東北季風指標，可以利用彭佳嶼風場與各地區海流來分 析其相關性，進而了解不同地區的海流受到東北季風影響的關聯程度。圖4-13 為 冬季時彭佳嶼風速和馬祖海流流速，分別為2018 年 12 月、2019 年 1 月及 2 月，
紅色線是彭佳嶼風速，藍色線是馬祖流速，圖上可以清楚看出風及海流的趨勢，
當東北風增強時，海流由東北轉向西南的方向傳輸且流速增強，而當東北風減弱 時，西南向的流速則減弱，甚至回復往東北向流。尤其在12 月時，彭佳嶼風及馬 祖海流之間的相關係數達到 0.81，1 月則是 0.53，2 月為 0.7。由此可知，在馬祖 站冬季時的海流，有很大的程度是受東北季風的影響。
在富貴角站的海流則是較難受到東北季風明顯的驅動，12 月、1 月、2 月的相 關係數分別是0.45、0.41、0.21，相較馬祖站來的低很多，推測原因可能是因近岸 海流流動主要以沿岸方向為主，而沿岸方向和東北季風吹拂的方向幾乎呈垂直狀 態，故彭佳嶼風對富貴角海流的相關性分析結果較不佳。
而龍洞站的海流同樣較難受東北季風驅動，12 月、1 月、2 月的相關係數分別 是-0.18、0.21、-0.31，在彭佳嶼風對龍洞海流的相關性分析結果不佳。在詹(2009) 的研究中提到，低頻風速與流速相關性並不大，定性分析低頻海流並沒有如低頻 風速一般有季節性變化。定量分析低頻流與風無論是時域上或頻域上的相關性均 甚低，說明當地低頻風並非影響龍洞近岸海域低頻海流變化的主要機制。故推測 可能當地的東北季風不是影響龍洞海流變化的主要機制。
圖4-16 為冬季 2016 年 12 月、2017 年 1 月及 2 月的彭佳嶼風速和七美海流流 速，其相關係數分別為0.57、0.78、0.40，雖然七美位於台灣海峽南端，距離東北 季風影響範圍較遠，但在1 月時的相關係數也有達到 0.78。
相關性高，可以達到從東北季風預報出各地區的風場及流場，像是馬祖、富 貴角、龍洞、七美地區的風場，或是馬祖地區的流場，尤其是馬祖站在12 月時的 海流，可以達到0.81 的相關性。
49
最後以延遲時間的相關性來分析，圖4-17 分別是 4 個站的海流每延遲 1 小時 至24 小時對於彭佳嶼風的相關性，時間範圍為整個冬季包含了 12 月、1 月和 2 月。
馬祖站(藍色)的相關係數最高，並隨著時間的延遲而下降；富貴角站(紅色)相關係 數不高，研判是因近岸海流流動主要以沿岸方向為主，而沿岸方向和東北季風吹 拂的方向幾乎呈垂直狀態，故彭佳嶼風對富貴角海流的相關性分析結果較不佳，
但在延遲3 小時的地方相關係數達峰值，隨後開始下降；龍洞站(黃色)的分析結果 顯示較差，推測在龍洞的東北季風不是影響龍洞海流變化的主要機制；七美站(紫 色) 在延遲 14 小時的地方相關係數達峰值，推斷是七美距離較遠，故延遲時間需 較久，東北季風對海流才有所影響。
圖 4-13 冬季時彭佳嶼風速和馬祖海流流速圖，說明同圖 4-7。
50
圖 4-14 冬季時彭佳嶼風速和富貴角海流流速圖，說明同圖 4-7。
圖 4-15 冬季時彭佳嶼風速和龍洞海流流速圖，說明同圖 4-7。
51
圖 4-16 冬季時彭佳嶼風速和七美海流流速圖，說明同圖 4-7。
圖 4-17 冬季時彭佳嶼風速和馬祖、富貴角、龍洞及七美海流之相關性
