東海傳輸量變化之研究

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(1)國立臺灣師範大學海洋環境科技研究所碩士論文. 東海傳輸量變化之研究. 研究生：彭書憶指導教授：吳朝榮博士. 中華民國一百年三月.

(2) 致謝本論承蒙恩師吳朝榮博士在這三年來殷切的指導與督促，指引研究方向，永生難忘。感謝 Princeton University Dr. Lie-Yauw Oey 給予諸多懇切且寶貴的指導，使得論文得以順利完成，在此致上由衷的感謝。並感謝口試委員黃志誠老師、林依依老師及郭南榮老師在論文審定上給予許多珍貴的意見及觀念的釐清，使得本論文得以更臻完善。在此也要好好感謝研究室的各位，尤其感謝辛宜佳學長於模式資料的提供與各方面的指導與協助，還有盧鴻復學長在這段研究過程中，給予許多資料分析上的指導。江紫綾、王儷樵、張育綾、嚴偉力、林佑淳、陳柏宇、許珮慈、林永富、吳兆麒、王宥芯、張雅晶在精神上的支持與鼓勵，都是我得以完成研究的動力，在此致上我最深的謝意。最感謝親愛的父母親於精神與物質上給予支持與鼓勵，以及所有的家人給我無止盡的愛與關心，讓我能無後顧之憂，專心投入研究，完成心願。. II.

(3) 摘要本研究利用一個海洋數值模式的輸出結果來分析進出東海主要通道的傳輸量變化及原因。另外，鰻苗是透過黑潮一路從赤道往北輸送，我們更進一步探討黑潮的年際變動是否會影響臺灣東岸鰻苗的漁獲量。季節變化部分，各通道的傳輸量變化以夏冬季為主，夏季傳輸量增強，冬季則減弱，而黑潮流經的東臺灣通道與圖克拉海峽的傳輸量變化主要是受到東太平洋往西運動的渦漩所影響。藉由經驗正交函數（EOF）分析，我們發現東海各通道傳輸量變化亦呈現出春秋季的變化型態。年際變化部分，聖嬰年時，臺灣海峽受到東北季風減弱的影響，傳輸量會比反聖嬰年強，另一方面，黑潮流經的東臺灣通道與圖克拉海峽，在聖嬰年時傳輸量會比反聖嬰年弱。東臺灣通道的黑潮受到年際變動會有強弱的差別，我們將臺灣東岸鰻苗的漁獲量與黑潮做比對，發現兩者有一定的相關性。當 1998 到 2000 的反聖嬰年黑潮傳輸量增強時，漁獲量也有增多的情形，然而在 1998 年黑潮傳輸量達到最強時，漁獲量卻沒有達到最大值，反而是到了 2000 年時達到最大，推測此原因是在 1997 聖嬰年黑潮傳輸量減弱時，鰻苗減少，加上過度捕撈使得鰻魚洄游之數量減少所致。. III.

(4) 目錄. 摘要. ............................................................................................. Ⅰ. 目錄. …………………………………………………................. Ⅱ. 表目錄. ………………………………………………………....... Ⅳ. 圖目錄. …………………………………………………………... Ⅵ. 第一章. 緒論. ………………………………………………….. 1. 1.1 地理位置. …………………………………………........... 1. 1.2 臺灣暖流（Taiwan Warm Current） ..................................... 1. 1.3 東臺灣通道流況. ............................................................... 3. ......................................................... 5. ............................................................... 6. 1.6 琉球群島流況. ................................................................... 7. 1.7 鰻苗生活型態. ................................................................... 8. 1.8 臺灣東岸鰻苗. ……………………………………........... 9. 1.4 對馬／韓國海峽流況 1.5 圖克拉海峽流況. 1.8 研究目的第二章. …………………………………….................. 10 ……………………………........... 12. 研究工具與方法. 2.1 東亞邊緣海模式 2.2 傳輸量計算 2.3 季節定義. ……………………............................... 12 …………………………………………... 14. …………………………………………....... 15. 2.4 聖嬰年、反聖嬰年定義 2.5 地轉流計算 2.6 經驗正交函數 2.7 漁獲量統計. ………............................................. 15. ....................................................................... 16 ................................................................... 18 ……………………………………………... 19. IV.

(5) 第三章. .................................................................... 結果分析. 3.1 模式驗證. …………………………………………........... 3.1.1 臺灣海峽. ……..……………………………………… 20. 3.1.2 東臺灣通道. ………………………….......................... 21. 3.1.3 由地轉流驗證東臺灣通道傳輸量 3.1.4 對馬／韓國海峽 3.1.5 圖克拉海峽 3.1.6 琉球群島. .............................. 21. …………………………………...... 22. ………………………………………….. 23 ………………………………….................. 24. 3.2 東海傳輸量季節變化. …………………………………... 25. 3.2.1 琉球群島傳輸量變化原因 3.3 東海傳輸量年際變化 3.4 傳輸量 EOF 分析第四章. …………………….......... 27. …………………………………... 29 ............................................................... 30. 東臺灣通道黑潮的變動與鰻苗漁獲量的關係. 4.1 東臺灣通道傳輸量與鰻苗漁獲量分析結果第五章. 結果與未來工作. 5.1 結論. ....... 34. ................... 34. …………………………............... 37. …………………………………………................... 37. 5.2 未來工作參考文獻. 20. ……………………………............................... 39. ..................................................................................... 40. V.

(6) 表目錄表 2-1 1996 到 2003 年間聖嬰年與反聖嬰年起迄時間表 3-1 過往文獻之臺灣海峽傳輸量表 3-2 過往文獻之東臺灣通道傳輸量. ………………………....... 74 …………………........... 75. 表 3-3 過往文獻之對馬／韓國海峽之傳輸量表 3-4 過往文獻之圖克拉海峽傳輸量. VI. ………..... 73. ………………....... 76. ....................................... 77.

(7) 圖目錄圖 1-1 研究範圍全圖. ……........................................................... 52. 圖 1-2 研究區域五個主要通道測線位置圖圖 2-1 NPO、EAMS 模式範圍圖 2-2 σ 座標. ……....................... 53. ………………………….............. 54. .................................................................................. 55. 圖 2-3 1996 到 2003 東海氣候月平均風場棍棒圖. …………..... 56. ………………………………….. 57. 圖 2-4 Niño 3.4 的區域示意圖圖 2-5 計算地轉流 v 分量示意圖. ................................................ 58. 圖 3-1 東海各通道傳輸量變化圖. ……………………………... 59. 圖 3-2 觀測與潮位資料計算東臺灣通道傳量結果. …………..... 60 ........... 61. 圖 3-3 潮位資料計算地轉流與模式計算傳輸量分析圖圖 3-4 1996 年到 2003 年間東海各通道之全年平均傳輸量. …... 62. 圖 3-5 1996 到 2003 年平均夏季及冬季傳輸量示意圖. ............... 63. 圖 3-6 1996 年到 2003 年東海平均夏冬季海平面高度. ............... 64. 圖 3-7 1996 到 2003 年東海平均夏冬季風場空間圖圖 3-8 橫跨黑潮測線 A. ................... 65. ................................................................ 66. 圖 3-9 1996 年到 2003 年間橫跨黑潮測線 A，分別從 0 到 200 公尺之黑潮動能變化. …………........................................... 67. 圖 3-10 1996 到 2003 年夏冬季橫跨黑潮測線 A 平均流速剖面圖 3-11 橫跨黑潮測線 B. 68. .............................................................. 69. 圖 3-12 1996 年到 2003 年間橫跨黑潮測線 B，分別從 0 到 200 公尺之黑潮動能變化. ............................................................. 70. 圖 3-13 1996 到 2003 年夏冬季橫跨黑潮測線 B 平均流速剖面. 71. 圖 3-14 1996 平常年、1997 聖嬰年、1998 反聖嬰年之冬季（12 月）東海各通道傳輸量. ................................................... 72 VII.

(8) 圖 3-15 EOF 分析之各通道 de-mean 值與傳輸量變化量型態圖. . 73. 圖 3-16 EOF 模態 1 分析結果的時間、空間示意圖. .................. 74. 圖 3-17 EOF 模態 2 分析結果的時間、空間示意圖. .................. 75. 圖 4-1 全臺各區 1996 到 2003 年漁期鰻苗年產量百分比圖圖 4-2 1996 到 1998 漁期鰻苗月別漁獲量平均圖. ..... 76. ....................... 77. 圖 4-3 臺灣東岸 1996 到 2003 年漁期鰻苗月別漁獲量歷年平均圖 78. VIII.

(9) 第一章緒論 1.1 地理位置東海（East China Sea）位處於西北太平洋之東亞季風（East Asian Monsoon）區域，研究範圍如圖 1-1 所示。東海是指位於中國長江出海口外的海域，南接臺灣海峽（Taiwan Strait，TWS），北臨黃海（Yellow Sea），以長江口北側與韓國濟州島（Jeju Island）的連線為界，東臨太平洋，以琉球群島（Ryukyu Island）為界。東海的面積約為 70 餘萬平方公里，平均水深約為 1000 公尺，最深處於沖繩海槽（Okinawa Trough），約為 2700 公尺，臺灣海峽向北延伸即是寬廣的東海陸棚區，其深度約介於 0 至 200 公尺之間，等深線大致呈現東北-西南走向，陸棚邊緣大致以 200 公尺等深線為東界。東海對外的通道主要如圖 1-2 所示，分別為東臺灣通道（East Taiwan Channel，ETC）、臺灣海峽、對馬／韓國海峽（Tsushima／Korea Strait，TSS）、圖克拉海峽（Tokara Strait，TKS）以及琉球群島。臺灣海峽是由中國大陸西南沿海與臺灣西部海岸所包圍而成的狹長通道。長約 400 公里、寬約 200 公里的臺灣海峽座落於南海與東海之間，平均水深約 60 公尺，整體呈現東北-西南走向。位於 24°N 的臺灣東岸向外海延伸至日本西表島（Ishigaki）的範圍是東臺灣通道，水深約 500 至 600 公尺，最深處約 800 公尺，為黑潮流經臺灣東岸進入東 1.

(10) 海的主要通道。介於韓國東南方與日本西南方之間為對馬／韓國海峽，其往北連接為日本海。經由對馬／韓國海峽的航線可穿過位於日本本州與九州之間狹窄的海峽通往日本內海南端，使得對馬海峽成為世界上最繁忙的水道之一。位於日本九州東南方為圖克拉海峽，此通道位於日本東南端與琉球群島的北端之間，南北長度約 120 公里、深度約 1000 公尺，為黑潮流經東海陸棚後，往東進入太平洋的主要通道。位於臺灣東北方與日本東南方的九州島之間，是北太平洋西邊的一系列島嶼群，列島長度約 500 公里，主要由 9 個島嶼所組成，為黑潮流經東海陸棚時的東邊界（Hsueh, 1997；Johns et al., 2001；Liu et al., 2003；Ichikawa and Beardsley, 2003；Guo et al., 2006）。. 1.2 臺灣暖流（Taiwan Warm Current）臺灣暖流源自臺灣海峽，主要源頭為黑潮在呂宋海峽的分支，或由南海海水所提供（Wang and Chern, 1996）。臺灣海峽的流場受到季風的影響，呈現季節性變化，夏季的西南季風可將臺灣暖流往北傳送，甚至可到達對馬／韓國海峽，當季風轉換為東北季風時，季風風向與往北流的臺灣暖流互相抵觸，造成臺灣暖流無法往北傳送，使得進入東海的傳輸量相較於夏季減少許多，秋季時期，在日本九州西南方的黑潮大量往西北方陸棚入侵，並取代臺灣暖流往北流入對馬海峽. 2.

(11) （Qiu and Imasato, 1990；Isobe, 1999）。Wang and Chen（1998）利用船測、單一錨碇測站資料推論出，冬季於海峽內北上的黑潮水與南下的沿岸冷水會產生對峙；此外，出現在臺灣西海岸一帶的黑潮支流，其北向勢力的消長與東北季風強弱有關，東北季風強勁時，黑潮支流北向入侵受限，當風力減弱時，黑潮支流獲得釋放而向海峽北方入侵。過往由於冬季季風強烈導致出海不易，使得有關臺灣海峽之體積傳輸量資料蒐集不完全。Fang et al.（1991）利用零散的海流資料估計臺灣海峽體積傳輸量大約有 2 Sv。近期有較完整的長時間海流數據資料為 Teague et al.（2003）於 1999 年的 10 月至 11 月利用橫跨臺灣海峽之都卜勒流剖儀（Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP）測得的海水體積傳輸量為 0.14 Sv。Wu and Hsin（2005）利用數值模擬分析結果指出，1999 至 2003 年間，臺灣海峽夏季時向北傳輸量以 2003 年為最強，冬季時向南傳輸量則以 2002 年最弱，因而推得出臺灣海峽的傳輸量除了季節變化外更具年際變化。其中，Wu and Hsin（2005）亦解釋風應力（Wind stress）及壓力梯度力（Pressure gradient force）都會影響臺灣海峽的傳輸量，而壓力梯度力平均為向北，其模式計算所得的年平均臺灣海峽傳輸量為 1.09 Sv 向北。. 1.3 東臺灣通道流況 3.

(12) 黑潮的發源地為北赤道洋流（North Equatorial Current），往西流至菲律賓東岸後往北流的分支，其分支緯度（Bifurcation Latitude）約為 12°N 到 15°N（Qu and Lukas, 2003），分支後，沿菲律賓東岸，由臺灣和與日本西表島之間的東臺灣通道進入東海。 Chu（1974）根據 1965 年 9 月到 1967 年 5 月的八個航次觀測資料發現，介於 21.75°N 到 23.75°N 間的黑潮時空變化非常大，流幅約由 30 至 120 公里，流速為每秒 60 至 120 公分的變化。WOCE（World Ocean Circulation Experiment）於 1994 年 9 月至 1996 年間利用錨碇 ADCP 資料，進行黑潮通過東臺灣通道的傳輸量變化研究，此測線稱為 PCM-1。Johns et al.（2001）利用 PCM-1 資料使用三種不同的分析方法，估計 1994 年 9 月至 1996 年 5 月期間通過此測線的傳輸量，估算結果顯示，平均傳輸量約為 21.5 ± 2.5 Sv。黑潮在東臺灣通道上的變化受到來自東太平洋向西運動之中尺度渦漩的影響甚大。Zhang et al.（2001）進一步分析 PCM-1 資料，指出黑潮在此區域的海水體積傳輸量出現 100、40 及 18 天之週期震盪，其中又以 100 天的震盪最為明顯，為了觀察黑潮在東臺灣通道之季節性變化，Lee et al.（2001）將 PCM-1 資料去除掉 100 天的震盪週期後，發現黑潮海水體積傳輸量之最大值出現在夏季（24 Sv），最小值出現在秋季（20 Sv）。Hsin et al.（2008）利用模式計算黑潮通過 PCM-1 進入東海的傳輸量為 25.8 ±. 4.

(13) 3.9 Sv，並發現有 30 及 180 天的震盪波動變化。 Hwang and Kao（2002）從 1992 年 12 月至 2000 年 4 月間利用人造衛星測高儀資料（TOPEX／Poseidon，T／P），計算出臺灣東北方（約 24.5°N）之黑潮傳輸量約為 19 ± 6 Sv。Liang et al.（2003）亦利用船下都卜勒流剖儀（Ship-board ADCP）於 1991 到 2000 年間，估算東臺灣東岸海域（22°N 到 25°N）深度 300 公尺以上之黑潮主軸傳輸量為 15.4 至 24.3 Sv。Ichikawa et al.（2008）於 2001 年 8 月到 2005 年 2 月期間利用高解析度高頻海洋雷達（High-frequency，HF）與衛星測高儀量測 123.35°E 臺灣東北的黑潮，發現臺灣東北黑潮的動力高度距平值與太平洋往西運動的中尺度渦漩碰撞到 21°N 臺灣東岸的黑潮有很大的相關性，當夏季時黑潮主軸離岸，此時往西運動的中尺度反氣旋渦漩會使得臺灣東岸黑潮的海平面距平值增加，渦漩與黑潮合併之後會增加黑潮的流速與傳輸量，當冬季黑潮主軸向岸時，往西運動的中尺度氣旋式渦漩會使得臺灣東岸的黑潮海平面距平值減少，此渦漩與黑潮合併之後會使得黑潮流速受到影響而減弱。. 1.4 對馬／韓國海峽流況有關進入對馬／韓國海峽之對馬暖流起源，在過往文獻中可歸類為兩種：早期 Uda（1934）認為黑潮是起源於日本九州西南方的分支， 5.

(14) 此股暖流會通過對馬／韓國海峽再往北進入日本海，當此分支碰到濟州島西南方後會再產生分支，此分支會往西北方向進入黃海成為黃海暖流。Nitani（1972）更指出對馬暖流是黑潮流經日本九州西南方（30.5°N，129°E）時所產生的分支。另一種則提出對馬暖流是由臺灣暖流經所提供，並往北延伸到對馬／韓國海峽，稱作臺灣-對馬暖流（Taiwan-Tsushima Warm Current）（Beardsley et al., 1985）。由於此區域為季風顯著區域，所以在惡劣環境下能得到的資料有限。近期較長時間的量測資料則為 Teague et al.（2002）於 1999 年 5 月至 2000 年 3 月期間，利用錨碇 ADCP 量測通過對馬／韓國海峽的體積傳輸量約為 2.7 Sv，且傳輸量最大值出現在夏季（3.5 Sv），最小值則出現在冬季（1.7 Sv）。Takikawa et al.（1999）於 1997 年 2 月至 2001 年 8 月利用 sb-ADCP 量測橫跨對馬／韓國海峽通道，其傳輸量約 2.64 Sv，亦呈現明顯的季節變化，夏天的傳輸量為 3.4 Sv，冬季則相對較弱，約 1.6 Sv。. 1.5 圖克拉海峽流況黑潮沿著東海陸棚往北流到 130° E，通過日本九州南邊與琉球群島北邊之間的圖克拉海峽，再往東轉折進入太平洋（Nitani, 1972； Nagata and Takeshita, 1985）。有關圖克拉海峽的傳輸量過往已有許多. 6.

(15) 觀測資料，如來自於船測的海流儀、衛星測高儀及 ASUKA（Affiliated Surveys of the Kuroshio off Cape Ashizuri）計畫。Kawabe et al.（1988）利用 1968 年到 1993 年之海平面高度差的月平均資料，發現傳輸量最大值發生在夏季，最小值則發生在冬季，且每年的最大值都發生在 7 月。Kawabe et al.（1988）年亦利用海平面高度差估計圖克拉海峽的傳輸量，計算其最大值與最小值的之差異約有 6 Sv。Ichikawa and Beardsley（1993）利用觀測資料估計 1986 年到 1988 年通過圖克拉海峽之傳輸量大約 20 到 30 Sv，且最大傳輸量也是發生在夏季。Andres et al.（2008）利用數值模式運算 2002 年到 2004 年間通過圖克拉海峽的傳輸量為 18.5 ± 4 Sv。. 1.6 琉球群島流況黑潮行經於臺灣東北至琉球群島時，經常受到來自東太平洋往西運動的渦漩影響，產生約 100 天的高頻震盪（Yang et al., 1999；Zhang et al., 2001；Konda et al., 2005）。這些渦漩會影響黑潮傳輸量的估算，進而影響黑潮流出圖克拉海峽的傳輸量。琉球群島為一綿延於東海東側的島弧，由於受空間所侷限，尚未有觀測儀器量測進出琉球群島的傳輸量。Guo et al.（2006）利用數值模式計算 1995 年到 1998 年間之琉球群島傳輸量，其全年平均為 0.59 Sv 流出東海，此估計的量雖然 7.

(16) 是模式的結果，但因具有時間長且連續，故具有一定的參考價值。. 1.7 鰻苗生活型態臺灣四面環海，西海岸面向臺灣海峽，東海岸則面向太平洋，因黑潮主流經過，洄游魚類資源極為豐沛。多年來，臺灣的鰻魚主要外銷日本，不但替國家賺取大量外匯，也繁榮了漁村經濟、改善了漁民的生計。鰻魚生活史可區分成海洋與沿岸區域兩種：在海洋生活的第一階段為剛孵化完成的前柳葉型鰻（Preleptocephalus），此時頭大身體細長，經過十多天後顎齒突顯成細條狀，身體側扁成葉片狀的柳葉鰻（Leptocephalus），以利在大洋中長距離的漂流，當快接近沿岸陸棚時會變態蛻變成透明且細長的玻璃鰻（Glass eel），以便脫離海水，靠著主動游泳方式尋找淡水成長環境。進入河口域時體表色素細胞逐漸發育，此時稱為鰻線，已會自己去尋找適合的棲地慢慢成長；待之成長一段時間後腹部會成黃色的，稱之為黃鰻；最後成長到性成熟時，腹部會成銀色，稱之為銀鰻（Tanaka et al., 2001；Yu et al., 1993）。每年夏季新月之前，在西馬裏亞納海溝（Mariana Trench）及南方的駿河海山（Suruga Seamount）附近（14°N，142°E）的前柳葉型鰻成長為利於在大海中漂浮前進的柳葉鰻後（Tsukamoto et al., 2003；. 8.

(17) Tsukamoto, 2006），乘載在北赤道洋流隨著洋流一路往西漂向菲律賓東岸外海後，進入往北流動的黑潮（Kimura et al., 1994），一路往北經過呂宋海峽，約四至五個月後漂流到臺灣附近的陸棚，開始成長為玻璃鰻（Cheng and Tzeng, 1996），並隨著沿岸水進入河口域（Tzeng, 2003），未進入河口域的玻璃鰻會再繼續往北經過東海陸棚到日本東岸，於隔年秋季時會返回到赤道太平洋的駿河海山。行經在黑潮中的鰻苗所需要的食物來源，主要是來自西太平洋中尺度渦漩將海水底部營養鹽抬升到海水表層所提供（Kimura et al., 2000）。. 1.8 臺灣東岸鰻苗當黑潮流經臺灣東北岸時受到東西走向的東海陸棚邊緣地形影響，將黑潮一分為三個路線，主流往東轉彎繼續往東北沿著 200 公尺等深線前進，其中一股向北形成順時針渦漩，另一股支流則為黑潮次表層水沿陸棚地形爬升，並向西北偏轉形成逆時針渦漩（Chern and Wang, 1990），此區域可將下層之營養鹽往表層輸送，並提供生物生長所需之養份來源，此區域所產生的冷渦外緣經常為鯖、鰹、鰻等種洄游性魚類的棲息場所（林，2004）。鰻魚長久以來都是人類重要的食物來源，由於人工繁殖尚未能克服高成本及低存活率的問題，所以於每年 11 月下旬開始，便成為東 9.

(18) 岸沿岸居民捕獲此高利潤的魚種的菁華時期，一直持續到隔年 3 月份左右，整個漁期才結束。因鰻苗盛漁期間為每年低溫時期的 11 月到隔年 3 月（曾，1996），在統計臺灣東岸鰻苗漁獲量便取此盛漁期間為代表，並分析探討漁獲量與黑潮傳輸量之間的相關性。. 1.9 研究目的本論文以東海的各主要通道為研究對象。因為本海域位於東亞季風盛行區，經常受限於冬季船隻出海不易，在空間的資料分布上又只能依賴有限的錨碇儀器或船隻巡航的路徑上，雖然藉由整合過往資料可對東海海域流場之時空變化有概略性的了解，但仔細分辨後，除了夏季流場與傳輸量變化較能掌握之外，其餘的季節皆較無法明確地辨識與分析。所以本論文想要利用一個已建立完整的三維海洋數值模式，分析探討東海主要通道傳輸量的變化及原因。內容簡述如下: （1）利用數值模式計算東海主要通道的傳輸量，並與觀測結果進行比對驗證，經過驗證後的模式結果再去討論各通道之季節與年際變化，並利用經驗正交函數（Empirical Orthogonal Functions, EOF）分析各通道傳輸量之間的相互關係。（2）利用基隆、石垣島潮位資料計算地轉流，並與 PCM-1 驗證後，再將潮位資料與數值模式所計算的東臺灣通道黑潮傳輸量做驗. 10.

(19) 證。（3）鰻苗是藉由黑潮輸送到中緯度地區的特殊魚種，當東臺灣通道的黑潮受到波動後，觀察是否會對臺灣東岸的鰻苗漁獲量造成影響。. 11.

(20) 第二章研究工具與方法東亞邊緣海模式（East Asian Marginal Seas model，EAMS）是以普林斯頓海洋數值模式（Princeton Ocean Model，POM，Mellor, 2003）為基礎開展發出的。利用 EAMS 模式模擬的結果與現有觀測資料進行驗證，經過驗證後的水文與流場輸出資料將被使用在後續的分析研究中。有關 EAMS 模式更詳細的介紹可參考（Hsin et al., 2008）。以下分別說明 EAMS 模式建立過程所使用的參數，東海傳輸量計算方法，季節的月份及聖嬰與反聖嬰的定義方式，地轉流的計算方法，EOF 分析工具及漁獲統計資料來源。. 2.1 東亞邊緣海模式 Ⅰ模式解析度 EAMS 模式的範圍為 99°E 到 140°E，0°N 到 42°N （圖 2-1 (b)），水平方向之空間解析度為. 1 1 °× °，垂直方向為 26 個 σ 層，模式在表 8 8. 面與底部層數有較高的解析度；水平方向之格點距為（ Δ x, Δ y）= 1 8. 1 8. （ °×cosΦ， °），其中 Φ 為緯度， Δ x 與 Δ y 分別代表 x 與 y 方向. 上的格點距離。模式地形資料經. 1 1 °× ° 線性內插所得到，模式最小 8 8. 水深設定為 5 公尺，每個水平格點上的各層之深度是依照實際水深所 12.

(21) 決定。另外，EAMS 垂直格點方面是採 σ 座標，如圖 2-2 所示，此座標特色是在每個水平格點位置上的垂直分層會依照地形變化而有不同水深，且每個水平格點都有相同的垂直分層，此種座標的特性可以使每個等 σ 層與海底地形的變化一致，所以又被稱為順應地形式（Terrain-Following）座標。. Ⅱ初始條件 EAMS 的初始條件是使用北太平洋模式（North Pacific Ocean， NPO）1982 年一月的輸出結果，輸出之資料經線性內插後使用。如圖 2-1（a）所示，NPO 涵蓋範圍為整個北太平洋及一部分的南太平洋（16°S 到 60°N，99°E 到 77°W）。空間水平解析度非均勻格點，從赤道地區為每 40 公里為一格，到北邊界為每 20 公里為一格。垂直分層採 σ 座標，共分成 26 層。NPO 的外部驅動力的風場資料是採用 NCEP ／ NCAR （ National Centers for Environmental Prediction ／ National Center for Atmospheric Research）的資料，時間是從 1948 至 2005 年，於 1978 年之前是使用 NCEP／NCAR reanalysis version 1 的風所驅動，之後則是使用 NCEP／NCAR reanalysis version 2 的風場資料所驅動。有關 NPO 更詳細的介紹可參考（Hsin et al., 2008）。 13.

(22) Ⅲ邊界條件 EAMS 所使用的邊界條件為 NPO 模式 1980 年到 2005 年之輸出結果提供。. Ⅳ外部驅動外部驅動力之風場資料是使用 QSCAT ／ NCEP （ QSCAT ， QuikSCAT-DIRTH）的高解析度風速資料，時間解析度為每六小時一筆，空間解析度為 0.5°×0.5°。表面熱通量則是使用 NCEP reanalysis version 2 的熱通量資料，其中熱通量包含可感熱（Sensible Heat Flux）、潛熱（Latent Heat Flux）、長波輻射熱（Longwave Radiation）、短波輻射（Shortwave Radiation）四個部份。. 2.2 傳輸量計算位於東海的每個主要通道，其深度及範圍都有所不同，依照每個通道海流方向，設計傳輸量計算的剖面是以橫跨海峽並旋轉一個角度後，使之與主流方向大致垂直，各海峽之傳輸量計算測線如圖 1-2 所示：各海峽積分深度分別為：臺灣海峽－100 公尺，東臺灣通道－ 800 公尺，對馬／韓國海峽－120 公尺，圖克拉海峽－1000 公尺，琉球群島則是每兩個小島之間設計一條測線，共分成四段，深度為－. 14.

(23) 1000 公尺。. 2.3 季節定義本研究範圍為東亞季風盛行的區域，在定義季節時所使用之風場資料是以 NCEP／NCAR 1948 年至 2009 的表面風速資料，其水平解析度為 2.5 ° × 2.5 °，圖 2-3 是 1996 年到 2003 經長時間氣候月平均輸出資料繪製而成，並定義風向往南及東南最強之 11 到 1 月為冬季，風向往北及東北最強時期的 6 到 8 月為夏季。. 2.4 聖嬰年、反聖嬰年定義本論文所討論的年際變化是以聖嬰與反聖嬰年作為討論，而區分聖嬰與反聖嬰時期是採取 Trenberth（1997）的定義方法，以太平洋中央區域（5°N 到 5°S，120°E 到 170°W）的平均海溫作為判定聖嬰年、反聖嬰年的標準，這也是現今所謂的 Niño 3.4 Index（圖 2-4）。故定義聖嬰年與反聖嬰年的方式，只要 Niño 3.4 Index 從每年的 5 月到 11 月為期半年的期間，以每 3 個月計算一次海溫距平，平均大於等於 0.5 ℃，則定義為聖嬰年；同理，如果小於等於－0.5 ℃ 則定為反聖嬰年。中央氣象局依據上述分類方式，定義臺灣地區於 1997 年到 2004 15.

(24) 年期間的 1997 年 4 月至 1998 年 4 月與 2002 年 5 月至 2003 年 3 月為聖嬰年時期，1998 年 7 月至 2001 年 2 月為反聖嬰年時期，其餘時間則為正常年時期（表 2-1）。聖嬰與反聖嬰的成熟期間大部分發生於年底，故本研究定義聖嬰年是以 1997 年 12 月為代表，反聖嬰是以 1998 年 12 月做為代表，正常年則是以 1996 年 12 月為代表。. 2.5 地轉流計算論文中亦利用基隆與石垣島兩個測站的潮位資料，計算兩地之間的地轉流傳輸量，並將此結果作為東臺灣通道的驗證。計算步驟如下: 地轉流為科氏力與壓力梯度力相互平衡作用下所產生的海流，其運動方程式為： fv =. 1 ∂p ρ ∂x. fu = −. 1 ∂p ρ ∂y. （2-1）（2-2）. 再者，依 Knauss（1997）可將（2-1）、（2-2）式藉由 1 ∂p ∂ζ 1 ∂p ∂ζ =g =g 及 ρ ∂x ∂x ρ ∂y ∂y. 的關係，推求而得地轉流方程式. （Geostrophic equation）: v=. ∂ζ g ∂ζ g g = = η f ∂x f R cos φ∂λ f. （2-3）. g ∂ζ g ∂ζ g =− =− ξ f ∂y f R∂φ f. （2-4）. u=−. 16.

(25) 其中， u、v : 直角座標係之 x（東方為正）、y（北方為正） ρ : 海水密度 p : 壓力 f : 科氏力 R : 地球平均半徑 h : 海表面高度 N : 大地基準面 ζ : h-N. η 、 ξ : 壓力梯度梯度的東西或南北分量. 由地轉流公式得知，求得速度前必須先知道兩地的壓力梯度力，方法由圖 2-5 可知（以北半球為例）: （1）利用各測站減去長時間海平面高度平均（大地水準面）（2）再將兩測站由（1）所得的值相減，並對兩測站間之距離微分，得到相對壓力梯度，最後乘上 g（重力）得到壓力梯度力，在將此兩測站的壓力梯度力代入上式（2-3）即可得到地轉流之速度，再利用此速度向量計算地轉流傳輸量。. 2.6 經驗正交函數（EOF） 17.

(26) 本研究亦會討論東海的每個主要通道，透過經驗證交函數分析得到不同時間與空間上的主要型態。經驗正交函數又稱為主成分分析（Principle Component Analysis，PCA），是希望以資料本身空間或時間的相關，來呈現一組資料的統計特徵，挑出資料最具代表性的成份，以「空間平均」或是「時間平均」來代表一個特定空間範圍，或是一段時間的資料特性，是一種以統計學為基礎的多變數分析方法。經由此方法分析而獲得的結果必須藉由研究者的經驗，判斷其代表的物理意義，因此被稱為經驗正交函數（Wang, 1997），過去這種方法曾被廣泛運用在氣象學、地理學、海岸地質學上，藉以分辨不同環境因子其時空分布的型態。EOF 這種統計方法，可以將資料分解成空間分布的特徵向量（ eigen vector ）與隨時間的能量變化的主分量（Principle Component）兩部分，每個特徵向量與主分量都有其代表的變異數（eigenvalue），變異數代表其對應的主分量對總變異數的貢獻，一般以百分比表示，所有主分量的變異數加總為 1（100%），所以若某一分量的變異數越大，則代表他的主分量越具有意義。EOF 計算的結果會得到特徵模態（eigen mode），每個模態會以「變異量」的大小排序，以第一模態（first mode）可以解釋的資料量最多，當模態排序越後面，則可解釋的部份越少（Liu and Lin, 2004）。. 18.

(27) 2.7 漁獲量統計本研究所使用的漁獲量資料來源是行政院農委會漁業署的漁業年報，研究所統計對象為各縣市的鰻魚產量，資料為每月一筆，統計時間為 1996 至 2003 的 11 月至隔年 3 月的盛漁期期間。分析全臺各區漁期鰻苗年產量百分比分量時，將臺灣分為東部（宜蘭）、南部（臺南、高雄、屏東）、西部（新竹、彰化、雲林、嘉義）及北部（臺北、桃園）。. 19.

(28) 第三章結果分析 3.1 模式驗證數值模式輸出結果需要經過驗證才可以使用，驗證資料可以為衛星資料或儀器實測數據，經過驗證後之合理模式資料方可進行進一步的資料分析與討論，不但具真實性且更有說服力。本研究先針對臺灣海峽、東臺灣通道、對馬／韓國海峽、圖克拉海峽及琉球群島通道進行驗證，再探討其季節變化與年際變化，並加以討論東臺灣通道黑潮傳輸量與臺灣東岸鰻苗漁獲量之間的相互關係。. 3.1.1 臺灣海峽計算臺灣海峽傳輸量時，為了讓模式計算結果方便與觀測資料作驗證，將計算剖面採取橫跨海峽方向（Cross Strait），即將臺灣海峽區域之流速以順時鐘旋轉 30 °後再進行計算工作，流速分量變成東北方向為正、西南方向為負（圖 1-2）。模式計算結果見圖 3-1（a），臺灣海峽傳輸量之全年平均約 1.2 Sv 進入東海，由時間序列變化可看出，夏季有較多的傳輸量，冬天則相對較少。Wang et al.（2003）之船底都卜勒流剖儀資料結果可知，臺灣海峽海流受到區域性季風影響，夏季季風盛行時，往北的傳輸量變. 20.

(29) 大，在冬季轉換為東北季風時，海流頂風使得臺灣海峽往東海傳送的海水變少，造成夏季傳輸量比冬季來的多，其所觀測所估計的全年平均值為 1.8 Sv（表 3-1），此結果比模式要來的大，在 Wu and Hsin （2005）提到，此結果是由於臺灣海峽於東北季風期間，海洋環境惡劣使得出海不易，sb-ADCP 在冬季期間所能觀測到的向南的流速資料很少，會使得現場觀測所估算的全年平均流量偏高。. 3.1.2 東臺灣通道計算東臺灣通道的測線為連接臺灣東岸及日本西表島，深度自表層往下延伸至 800 公尺深處（圖 1-2）。EAMS 模式計算結果之全年平均大約為 23.2 Sv 進入東海（圖 3-1(b)），過往觀測研究文獻（表 3-2）可知，此結果與 Liu et al.（1998）於 1990 年 10 月到 1995 年 5 月年間觀測東臺灣通道黑潮，由表層到底層的傳輸量平均值為 22.6 Sv 及 Johns et al.（2001）利用 ADCP 觀測於 1994 年 9 月到 1996 年 5 月的傳輸量為 21.5 Sv 的結果非常接近，且傳輸量的週期變化更具有夏季較強，冬季較弱的季節性變化。. 3.1.3 由地轉流驗證東臺灣通道傳輸量另外，為了提高模式計算東臺灣通道傳輸量的可信度，利用基隆 21.

(30) 與石垣島兩個海象測站的潮位資料計算地轉流傳輸量做更進一步的驗證。地轉流計算結果與模式比對之前，先與 Yang et al.（2001）於 1994 年 9 月到 1996 年 5 月期間利用 ADCP 量測東臺灣通道資料做驗證，其比對結果如圖 3-2 所示：3-2（a）虛線為 Yang et al.（2001）於東臺灣通道觀測黑潮傳輸量的結果，3-2（b）為潮位資料計算地轉流傳輸量結果，兩者數值相互比較之後相當接近，表示潮位資料能成為驗證工具的可行性，並利用此地轉流資料與模式做更進一步的驗證。模式與地轉流計算結果如圖 3-3（a）所示，黑／藍實線的分別為模式與地轉流的傳輸量變化曲線，可以看出地轉流所計算出的傳輸量結果在夏季較強，冬季則相對較弱，且兩組資料的相關係數為 0.78 （圖 3-3(b)）。Zhang et al.（2001）提到東臺灣通道的黑潮有 80 天到 120 天較高頻的震盪週期，所以利用每天一筆的地轉流資料經過波譜分析，並濾除較低頻的訊號，圖 3-3 (c)中亦可以發現大約 90 天較高頻的季節震盪的現象。以上利用潮位資料計算地轉流與模式所計算出的傳輸量比對相當接近，使得模式資料更具可靠性。. 3.1.4 對馬／韓國海峽對馬／韓國海峽為一個獨特的海流輸入通道，匯集了來自東海、黃海及黑潮的海水。且 Guo et al.（2006）提到，此區域雖匯集東海及. 22.

(31) 黑潮等海水，傳輸量的多寡受控於黑潮而非臺灣暖流。當黑潮流經東海陸棚後，碰到九州島西南方較淺的地形後會產生分支，此分支再往西北方向之陸棚爬升，大部份海水會進入對馬／韓國海峽通道，一部分則繞過濟州島西南方再往西北方向進入黃海，成為黃海暖流的一部分。為了讓模式結果更有可信度，此通道以 Teague et al.（2002）在 1999 年 5 月至 2000 年 3 月間，利用錨碇式都卜勒流剖儀相同的測線資料作為傳輸量驗證依據。模式計算前先將資料順時鐘旋轉 55 °，計算深度從表層到底層大約 120 公尺，測線為一個橫跨海峽南方的封閉範圍，此區域受到海峽中央地形擾動的影響較小，如圖 1-2 所示。模式計算結果於圖 3-1（c）所示，全年平均傳輸量為 2.1 Sv 流出東海，與 Teague et al.（2002）及 Isobe（1994）利用 ADCP 觀測得到全年平均為 2.7 Sv、2.3 Sv 非常相近（表 3-3），且觀測資料與模式結果都顯示出夏季的傳輸量較強，冬季傳輸量則較弱的季節性變化。. 3.1.5 圖克拉海峽黑潮流經東海陸棚後，接著從日本九州南方的圖克拉海峽向東轉折進入太平洋，此區域為黑潮主軸離開東海的主要通道，計算上為了使剖面為封閉狀態，將測線逆時鐘旋轉 80 °後，兩端點連接到陸地，為跨海峽的測線，如圖 1-2 所示。 23.

(32) 模式結果顯示於圖（3-1(d)），全年平均傳輸量為 21.6 Sv，與 Ichikawa and Beardsley（1993）於 1986 到 1988 年間利用錨碇式都卜勒流剖儀經長時間觀測結果相近（表 3-4）所示，其傳輸量全年平均為 23.7 ± 2.0 Sv，Guo et al.（2006）模式結果可發現黑潮通過圖克拉海峽具夏天較強，冬季較弱的季節震盪變化，與本研究所使用的模式計算結果相似。. 3.1.6 琉球群島此區域為黑潮流經東海的邊界，範圍從 124°E，24°N 綿延至 130°E，28°N，為一段非常長的島弧，如圖 1-2 所示。若使用觀測方式做大範圍量測工作是非常艱難的，至今尚未有文獻探討琉球群島海水進出東海的傳輸量觀測資料。由於島弧有黑潮流經，且沒有任何陸地遮蔽，故經常受到來自東太平洋往西傳遞的渦漩影響，使得傳輸量變動非常活躍，明顯出現 106 天到 160 天的震盪（Zhu, 2004）。利用模式資料計算結果顯示（圖 3-1(e)），圖中正／負值表示離開／進入東海的傳輸量。全年傳輸量的平均為 0.5 Sv 往東離開東海， Guo et al.（2006）利用模式計算 1995 年到 1998 年間琉球群島傳輸量，並將琉球島弧切分為四個斷面，每個斷面全年平均值加總後，可得此島弧的傳輸量為 0.59 Sv 離開東海，此數值雖然是模式計算的結果，. 24.

(33) 但為目前具長時間且大範圍計算的驗證參考值，並與 EAMS 模式資料計算結果非常相似。. 3.2 東海傳輸量季節變化各通道傳輸量的全年平均結果如圖 3-4 所示，臺灣海峽為 1.2 Sv，東臺灣通道為 23.2 Sv，對馬／韓國海峽為 2.1 Sv，圖克拉海峽為 21.6 Sv，東邊界的琉球群島為 0.5 Sv，進入東海的總傳輸量為 24.4 Sv，離開東海的總傳輸量為 24.2 Sv，小數一位的誤差為模式進位時所產生的誤差，整個東海主要通道的傳輸量為一個平衡的狀態。過往文獻中較少討論到東海各通道的季節性變化，所以本研究將季節性變化分成夏季與冬季兩個主要季節做討論。如圖 3-5（a）所示，在夏季的 6 月至 8 月期間，臺灣海峽大約有 1.7 Sv 進入東海，此結果比 Wang et al.（2003）利用 ADCP 量測臺灣海峽夏季傳輸量為 2.7 Sv 要小，這是由於船隻出海量測時平均天數為 3-5 天，又 2.7 Sv 為量測夏季傳輸量中的最大值，所以傳輸量的實際觀測值便與模擬結果略有出入。對馬／韓國海峽有 3.0 Sv 流出東海，此結果與 Teague et al. （2002）利用 ADCP 測得對馬／韓國海峽在夏季有 3.5 Sv 及 Takikawa et al.（1999）觀測此通道在夏季有 3.4 Sv 流出東海非常接近。東臺灣通道與圖克拉海峽的傳輸量隨著黑潮受太平洋中尺度反氣旋渦漩往 25.

(34) 西運動合併的影響，使得在夏季時分別會有 26.2 Sv 從東臺灣通道進入東海，24.1 Sv 從圖克拉海峽流出，Guo et al.（2006）提到圖克拉海峽在夏季會有較多的傳輸量流出東海有一致的情形，琉球群島則有 0.8 Sv 往東離開東海的傳輸量。如圖 3-5（b）所示，在冬季 11 月至隔年 1 月為東海盛行東北季風的時期。臺灣海峽海流流向與東北季風相互抵觸，使得傳輸量受到影響，只有 0.6 Sv 進入東海，Wang et al.（2003）量測臺灣海峽冬天的傳輸量為 0.9 Sv，與模式計算的傳輸量結果相當接近。對馬／韓國海峽在冬季時則是有 1.9 Sv 流出東海，Takikawa et al.（1999）利用 ADCP 測得對馬／韓國海峽在冬季傳輸量比夏季（3.4 Sv）來的小，大約為 1.6 Sv，Teague et al.（2002）利用實際觀測得到此通道在冬季傳輸量也比夏季（3.5 Sv）小，其值為 1.7 Sv，此結果與模式計算對馬／韓國海峽傳輸量於冬季時期傳輸量相對夏季為弱有一致的表現。東臺灣通道與圖克拉海峽的傳輸量隨著黑潮受到中尺度氣旋式渦漩影響，在冬季時進入東海的傳輸量減少為 20.4 Sv，從圖克拉海峽流出的傳輸量約只有 20 Sv。值得一提的是，琉球群島則變成 1 Sv 往西進入東海。以上區分出兩個主要季節發現，東海傳輸量受到季風影響，使得東海傳輸量於冬季與夏季會出現兩種不同的型態，以夏天較強，冬天. 26.

(35) 則相對較弱。其中隨著黑潮主軸變動的東臺灣通道與圖克拉海峽，兩者的傳輸量變化是隨著黑潮受到太平洋中尺度渦漩往西運動與黑潮產生作用有關，Ichikawa et al.（2008）提到臺灣東北黑潮的海平面高度距平值與太平洋往西運動的中尺度渦漩碰撞到 21°N 臺灣東岸的黑潮有很大的相關性，當夏季黑潮主軸離岸，往西運動的中尺度反氣旋渦漩會使得臺灣東岸黑潮的海平面距平值增加，渦漩與黑潮合併之後會增加黑潮流速與傳輸量，當冬季黑潮主軸向岸時，往西運動的中尺度氣旋式渦漩會使得臺灣東岸的黑潮海平面距平值減少，此渦漩與黑潮合併之後會使得黑潮流速受到影響而減弱。. 3.2.1 琉球島弧傳輸量變化原因從季節變化當中可以發現琉球島弧在夏季通常會有往東離開東海的傳輸量，冬季則變成往西進入東海的傳輸量。為了探究此傳輸量在冬夏季相異的原因，研究將冬夏季的東海風場空間圖（圖 3-6），夏季東海是吹送東南風和南風居多，而我們知道，艾克曼海流（Ekman Current）的總質量傳輸與風向呈 90 度夾角，且艾克曼傳輸（Ekman. transport）方向於北半球是在風向的右方，因此在夏季時，於東海所吹送的風向作用於琉球島弧海域，不易產生離岸方向的艾克曼傳輸，所以推估夏季時，艾克曼傳輸對於琉球島弧所產生的離岸傳輸量應該 27.

(36) 不是最重要的因素。反觀在冬季時，東海所吹送的風向為東北風，當風作用在琉球群島左側的海水面上會產生進入陸棚的艾克曼傳輸量，因此在冬季時琉球群島傳輸量會往東海流入。從時間序列上的海平面高度變化中發現（圖 3-7），夏季琉球島弧都呈現一個較高的海平高度，大約介於 0.53 公尺到 0.74 公尺之間，而冬季時，此區域的海平面高度較低，大約介於 0.11 公尺到 0.39 公尺之間。所以研究進一步假設此變化有可能是受到黑潮行經於陸棚時的蜿蜒擺盪而影響，所以設計一條橫跨黑潮，從陸棚延伸到琉球群島中央的一條測線 A，觀察其是否有蜿蜒擺盪行為（圖 3-8）。圖 3-9 結果顯示出，深度從 0 公尺到 100 公尺皆可發現黑潮有明顯的季節性擺動變化，直到 200 公尺才漸減為弱，且夏季黑潮主軸會往右邊移動，冬季則靠近陸棚。從不同深度的黑潮流速剖面圖可以知道（圖 3-10），在 A 測線的黑潮主軸於冬夏季擺盪範圍是從陸棚邊緣的 125.82° E 往東移動至 126.22° E，約 40 公里左右。為了更了解黑潮行經東海陸棚更北邊時，此擺盪行為是否依然存在，所以設計了一條測線 B，如圖 3-11 所示。由此測線的流速剖面可以發現（圖 3-12），黑潮的蜿蜒擺盪行為依然存在。從圖 3-13 不同深度的冬夏季黑潮測線 B 流速剖面亦可發現擺動幅度大約為 60 公里，顯示出黑潮行經在東海陸棚時此蜿蜒擺動的行為是一直存在的。. 28.

(37) 推測此原因可能與臺灣東北的黑潮因冷卻作用所產生擺動行為類似，Oey et al.（2010）利用數值模式設計了一個實驗，將臺灣附近的風及其作用於海表面的艾克曼 pumping 忽略，只加入有季節變化的表面熱通量，模式結果發現臺灣東北的黑潮亦有擺動的現象，說明冷卻效應會造成黑潮的擺動，冬天時期，受到東北季風的冷卻，造成臺灣東北陸棚呈現東西向的密度梯度，再加上離岸方向的地形坡度，會使得黑潮在冬天時期會向岸移動，即 JEBAR （ Joint Effect of Baroclinicity and Relief）效應。由此推得，黑潮行經在東海陸棚時，在冬季時期同樣會受到東北季風的冷卻作用，造成黑潮不管是在東海上游或下游都會產生往陸棚擺動現象。以上區分風場變化與冷卻效應得知，夏季島弧所產生的離岸傳輸量是因為黑潮主軸較靠近島弧，使得黑潮水較易從琉球群島流出，冬季則因為艾克曼傳輸，再加上冷卻效應的影響，造成冬季易有往西流入東海的傳輸量。. 3.3 東海傳輸量年際變化本研究使用 1996 年至 2003 年的資料，進一步討論此期間的年際變化，根據中央氣象局所定義的聖嬰與反聖嬰的起迄時間，以 1997 年與 1998 年的 12 月作為聖嬰／反聖嬰年代表，並以 1996 年 12 月份 29.

(38) 為正常年藉以討論。如圖 3-14 所示，在 1997 聖嬰年時，臺灣海峽通道的傳輸量比 1996 正常年與 1998 反聖嬰年的傳輸量大，約 1.12 Sv， Kuo and Ho（2004）利用 EOF 分析 1996 年 4 月到 2000 年 12 月間由 ERS 衛星所觀測的臺灣海峽風場資料發現，1997 年聖嬰發生的冬季，東北季風比正常年冬季弱，顯示東北季風強度的增減會連帶造成臺灣海峽傳輸量的改變，讓相同月份但不同年份間的傳輸量有所差異，這也再次顯示出季風與臺灣海峽傳輸量有密切的關係，造成臺灣海峽在 1997 聖嬰年傳輸量比 1996 正常傳輸量大的原因。對馬／韓國海峽在 1997 聖嬰年的傳輸量比 1998 的反聖嬰年還要大，約 1.39 Sv。東臺灣通道與圖克拉海峽為黑潮主要流經區域，在 1997 聖嬰年時期比 1998 反聖嬰年時期的傳輸量少，此結果與 Hwang and Kao（2002）利用人造衛星測高儀估算臺灣東岸的黑潮傳輸量相符。Hwang and Kao （2002）利用 1992 年 12 月至 2000 年 4 月的衛星測高資料，發現東臺灣海域（22° N 到 25° N）深度 300 公尺以上之黑潮主軸傳輸量於 1997 聖嬰年的傳輸量較 1998 時來得小。. 3.4 傳輸量 EOF 分析利用 EOF 作為分析的工具是為了能更清楚了解東海各通道傳輸量在不同時間與空間上的變化，分析之前先將每個通道的傳輸量資料. 30.

(39) 減去各個通道本身的平均值（圖 3-15(a)），所以最後所呈現的數值是傳輸量的變化量，並定義流入東海的傳輸量為正值變化量，流出則為負值變化量。第一個 EOF 模態變異數達到 65.9%，圖 3-16（a）的空間變化圖顯示臺灣海峽與對馬／韓國海峽的變動相對很小，重要性較低，其他三個通道的變動主控了全部量的平衡，夏季的海流傳輸量進出東海的變化型態表示在圖 3-15（b），冬季時每個箭頭會反向，代表變化量與夏季相反，其中箭頭的粗細代表變化量的大小。對應到時間序列（圖 3-16 (b)）可以發現每年的傳輸量變化為夏冬季型態為主，以 1996 年為例，當夏天東臺灣通道有較大的正值變化量流入東海時，圖克拉海峽與琉球島弧也有較大的負值變化量流出東海；冬天時，當東臺灣通道變成負的變化量，即流入東海的傳輸量變少時，圖克拉海峽與琉球島弧的傳輸量變化量變成正值，即流出東海的傳輸量也會變小，由第一個模態得知，東海傳輸量的主要變化在夏天與冬天最為明顯，又因琉球群島的流量較東臺灣通道與圖克拉海峽小，因此當琉球群島在補償圖克拉海峽流量的過程中，隨著季節交替，便產生了冬季流進夏季流出的差異。第二個 EOF 模態顯示出與第一個模態有不同的空間變化，變異數是 29.3%，圖 3-17（a）的空間變化圖顯示臺灣海峽、對馬／韓國海 31.

(40) 峽與圖克拉海峽的變動較小，東臺灣通道與琉球群島的變化量較其他三個通道為大，對應到時間序列可以發現（圖 3-17(b)），主要變化型態是以春天與秋天為主，第二個模態在秋天的海流傳輸量進出東海的變化量型態表示於圖 3-15（c），春天時每個箭頭會反向，代表變化量與夏季相反。以 1999 年為例，秋天時東臺灣通道的變化量為正值，表示流入的傳輸量較大，琉球群島的傳輸量變化亦為正值，代表從琉球島弧離開東海的傳輸量較小；春天時期，東臺灣通道的傳輸量變化為負值，表示流入東海的傳輸量變小，而琉球群島的變化量為負值，亦代表於春季時期，從琉球島弧流出東海的傳輸量變大。同時觀察兩個模態的時間序列可以發現，第一個模態在 1999 年的 3 月與 9 月時期的變化量幾乎趨近零，也就是在這兩個時間點上，第一個模態並不是主控時期，而在同樣的時間，對應到第二個模態的時間序列可以看出變化量達到最大值，又 3 月與 9 月正逢東海的春天與秋天，可知，東海的傳輸量變化不僅有夏冬的變化，也會出現春秋季節的變化型態，惟第二個模態的變異數只有第一個模態的 1/3，其影響全部的流量平衡系統中僅佔較小部份。另外，觀察第一個模態的時間序列最大值出現在 1997 聖嬰年冬季，對應到空間變化圖可以知道，此時期的東臺灣通道為最大的負值變化量，也就是流入東海的傳輸量是最少的一年，可知，東臺灣通道. 32.

(41) 傳輸量在 1997 聖嬰年時期確實為減少的狀態，與 Hwang and Kao （2002）利用 T/P 衛星資料海表面高度距平值，估算臺灣東南方的黑潮傳輸量，發現於 1997 聖嬰年時為最小值有一致的結果。綜合兩個模態發現東海傳輸量變化主要受控於東臺灣通道、圖克拉海峽及琉球島弧，影響這三個最大的因素是黑潮。上述分析得知兩個模態的變化成因不同，第一個模態是冬夏季，第二個模態是春秋季，表示分別受到不同機制的影響，第一個模態的變化對臺灣海峽與對馬／韓國海峽來說，最主要是受到季風的影響。第二個模態是在季風轉換時期，也就是季風很微弱的時候，此時影響東海傳輸量最重要的是黑潮上游(在臺灣東岸處)，Chang and Oey（2011）利用 29 年的潮位站觀測資料計算地轉流發現，發現太平洋 4 到 6 月所產生的渦漩，往西傳到臺灣東岸影響黑潮的時間大約是在每年的秋天，渦漩與黑潮產生交互作用，會使得黑潮的傳輸量增加，反觀春天時，因為渦漩尚未傳遞到臺灣東岸，對黑潮的影響較小，傳輸量相對較秋天為弱。潮位站顯示春天黑潮傳輸量最小，秋天傳輸量最大的結果與模式分析的第二個模態中，東臺灣通道黑潮在春天傳輸量減弱，秋天則增強現的結果相仿。EOF 分析第一、二個模態的變異數佔了全部模態的 97.2%，其餘模態的變異數剩下 2.8%，看不出任何可解析的型態，變異數的比重也太低，就 EOF 分析上來說可將它忽略。 33.

(42) 第四章東臺灣通道黑潮的變動與鰻苗漁獲量的關係由過往文獻中得知，北赤道洋流受到聖嬰與反聖嬰現象會產生變動，此變動會影響黑潮的傳輸量大小，又鰻苗透過北赤道洋流往西於菲律賓外海後，藉由向北流的黑潮約四至五個月後漂流到臺灣附近。所以本研究想探討，東臺灣通道的傳輸量受年際變動後，是否會影響鰻苗於臺灣東岸的漁獲量。. 4.1 東臺灣通道傳輸量與鰻苗漁獲量分析結果若將全臺區分為東部（宜蘭）、南部（臺南、高雄、屏東）、西部（新竹、彰化、雲林、嘉義）、北部（臺北、桃園），分析全臺各區漁期鰻苗年產量百分比分量，發現臺灣東部及南部地區歷年鰻苗平均漁獲量佔了全臺灣的 70 % 左右（圖 4-1），因此藉由黑潮的流經，會帶來大量的鰻苗，造成東部及南部擁有全臺極大多數的鰻苗漁獲量。以鰻苗盛漁期月別漁獲量歷年平均來說（圖 4-2），每年 1 月有最高的漁獲量，11 月則是最低。鰻苗盛漁期與聖嬰、反聖嬰之成熟期皆發生在冬季，所以黑潮本身受到聖嬰與反聖嬰擾動後，推測對鰻苗的漁獲量會有所影響。由於捕撈鰻苗的海水影響深度為 150 公尺（Kimura et al., 1994），所以在模式計算傳輸量時，水深範圍是從表層積分至 150 公尺。從圖. 34.

(43) 4-3 模式計算東臺灣通道的黑潮傳輸量並對照到鰻苗漁獲量可知，在 1996 年到 2003 年間，平均以 2000 的漁貨量最高，1999 年次之，並以 2003 年為最低的漁獲產量。 1997 年聖嬰時期，黑潮的傳輸量達到最少，此時漁獲量明顯比 1996 年正常年少，在 1998 年反聖嬰時期，黑潮擁有最大的傳輸量時，漁獲量卻沒有表現出相對的最高值，反而是到了 2000 年時達到最大，探究此原因，大概與前一年的 1997 聖嬰年時期黑潮傳輸量減弱，鰻苗量減少，再加上過度捕撈，使得能夠洄游產卵的鰻魚變少所影響。在 2000 年時漁獲量達到高峰之後，後三年的漁獲量呈現遞減趨勢，到了 2003 的平常年，傳輸量維持在 1996 平常年的水平，漁獲量卻是最低。這可能也是因為在前三年盛漁期捕撈過度使鰻魚洄游量減少，導致產卵量減少。整體來說，當 1998-2000 反聖嬰年傳輸量比正常年與 1997 反聖嬰年黑潮有較大的傳輸量時，漁獲量也是呈現一致的表現，由此可見，黑潮傳輸量的大小，會反應漁獲量的多寡，而過度捕撈的結果也可能會導致幾年之內漁獲量無法恢復原有的平衡。因此，受年際變動之下的黑潮對鰻苗的漁獲量會產生一定程度的影響。Kimura et al.（2001）指出在北赤道洋流表層 15N° 附近存在ㄧ鹽度鋒面（Salinity Front），此鹽度鋒面被認為可能是日本鰻產卵的主要區域，當聖嬰年時東風減弱，變成乾燥少雨的時期，導致此區域鋒 35.

(44) 面南方低鹽度水範圍變小，鹽度的南移導致日本鰻產卵區域南移，將不利於柳葉鰻透過北赤道洋流往西輸送至黑潮，甚至會變成往南輸送到民答那峨海流，致使聖嬰年時期自黑潮帶來的鰻魚大量減少，而影響東亞各國鰻苗的漁獲量（Kimura et al., 1994）。但是在反聖嬰時期，東風增強導致降雨變多，此時鹽度鋒面往北移，鰻苗產地隨之往北移動到北方的北赤道洋流，有利於鰻苗透過北赤道洋流輸送到黑潮（Zenimoto et al., 2009），讓沿岸地區帶來大量的漁獲量。Hwang and Kao（2002）發現在聖嬰年發展期時，臺灣東南方的黑潮會出現較低的傳輸量和流速。當黑潮有較低的傳輸量時會延長柳葉鰻在海洋中的時間，導致因飢餓或被捕食等因素而死亡增加，故藉由東臺灣黑潮傳輸量或許可以作為評估鰻苗的漁獲量指標，並進一步規劃區域性鰻苗捕撈行為。. 36.

(45) 第五章討論與結論 5.1 討論與結論本論文研究使用已建立完整的三維數值模式，分析 1996 年到 2003 年間東海主要通道之傳輸量變化，模式結果與現有實測資料互作比較驗證後，再進行進一步的研究。研究結果可發現東海主要通道的傳輸量有夏冬季的季節變化與低頻的年際變化。除上述之外，東臺灣通道之傳輸量的年際變化與鰻苗漁獲量具有相關性，其代表黑潮受年際變動下對於鰻苗漁獲量會有一定的影響。就東海各主要通道之季節變化而言，東海整體風場變化受季風所支配，夏季最大風速時期為每年 6 到 8 月期間，冬季最大風速期間為 11 到 1 月期間。在夏季期間，東海各主要通道的傳輸量皆高於冬季，東臺灣通道的黑潮傳輸量與太平洋往西運動的渦漩與黑潮產生交互作用有關，當氣旋式渦漩在夏天碰撞到黑潮，會增加黑潮的速度與傳輸量，並連帶影響流經圖克拉海峽的黑潮傳輸量。琉球群島傳輸量在夏天是往離岸方向流出東海，冬季時，琉球群島則會流入東海。進一步分析通過琉球群島傳輸量變化的原因，在冬季時是黑潮受到冷卻效應影響，使得黑潮主軸會往陸棚靠近，再加上東北季風使琉球島弧海表面產生艾克曼傳輸往東海帶入海水。而夏季時，黑潮主軸會往右靠近琉球群島，使得海水較易從琉球島弧流出。 37.

(46) 東海各通道之年際變化可知，聖嬰年時期東北季風減弱，使得臺灣海峽比正常／反聖嬰年有較強的傳輸量，黑潮流經的主要通道於聖嬰年則比反聖嬰年為弱，此原因可能與黑潮主流受到北赤道洋流分支點移動有關，當聖嬰年發生時，北赤道洋流的分支點會往北移動，導致黑潮傳輸量變少；反聖嬰年時，分支點則往南移，使得黑潮傳輸量比聖嬰年要大。將東海傳輸量作 EOF 分析，可以發現前兩個模態已經佔了所有的 95.2%，其中第一個模態佔了 65.9%，為東海的主要傳輸量型態，以東臺灣通道、琉球群島、圖克拉海峽為主控因子，其中圖克拉海峽變化量最大、東臺灣通道其次，兩者反相；在夏季時期，當東臺灣通道有較大的傳輸量進入東海，琉球群島與圖克拉海峽亦有較大的傳輸量流出東海，冬天傳輸量則相對變小。顯示，由東臺灣通道進入的傳輸量主要以圖克拉海峽及琉球群島來平衡，且控制東海傳輸量主要原因為季風。進一步分析得知第一個模態在 1998 年的時間序列發現 3 月與 9 月的變化值皆趨近於零，對應到第二個模態的時間序列可以看出 3 月與 9 月這兩個時期變化值很大，可知，東海傳輸量不僅有夏冬季的變化，也會出現春秋季的變化，惟第二個模態變異數只有第一個模態的 1/3，其影響在全部的流量平衡系統中僅佔小部份。鰻苗的漁獲量受到黑潮傳輸量的變動有一定的關係，當聖嬰年時期黑潮流量減少，鰻苗漁獲量會有減少的趨勢，反觀到了 1998 年到. 38.

(47) 2000 反聖嬰年時期，黑潮有較大的傳輸量時，其漁獲量就會有較多的現象。特別的是，原以為在最強的 1998 年反聖嬰年黑潮有較大傳輸量時，應該會有最多的漁獲量，但卻不是所預計的如此，反而是到了 2000 年時達到最大，此原因可能與前一年的過度捕撈導致洄游產卵的鰻魚變少有關，使得 1998 年的傳輸量雖然為反聖嬰時期最大，但漁獲量卻沒有相同的表現。. 5.2 未來工作利用模式計算東海各主要通道傳輸量，較難知道東海地區受到風影響的程度，若能夠計算每個通道受到風作用所引起的艾克曼傳輸量會有多少，將可以區分每個通道受到風引起的艾克曼傳輸及海水本身的地轉流傳輸量各自的量會是多少，其中更可細探，若將琉球群島的流量剖面再做分割計算，應可更進一步了解東臺灣通道與圖克拉海峽對琉球群島流量的影響範圍為何。另外，也可以將每個通道的傳輸量總量與其他通道做相關分析，可以更了解通道之間的相互關係。有關鰻苗漁獲量相關研究之部分，若能蒐集鄰近東亞各國家之資料，以確實瞭解聖嬰現象對其造成之影響，以預估受年際變動影響下的黑潮傳輸量變化，並作為計畫性捕撈鰻苗之依據。. 39.

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