行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
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※ 台灣西南海域油污擴散對漁業生產之影響模式研究 ※
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計畫類別：X 個別型計畫 □整合型計畫 計畫編號：NSC 892313B110 002 -執行期間：88 年 08 月 01 日至 89 年 07 月 31 日 計畫主持人：方新疇 共同主持人： 本成果報告包括以下應繳交之附件： □赴國外出差或研習心得報告一份 □赴大陸地區出差或研習心得報告一份 □出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份 □國際合作研究計畫國外研究報告書一份 執行單位：中山大學海洋生物所 中 華 民 國 九十年 六 月 九 日行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
台灣西南海域油污擴散對漁業生產之影響模式研究
Modeling oil drift along the coast of south-western Taiwan,
using cellular automata
計畫編號： NSC 89-2313-B-110 -002 - │ 執行期限：88 年 08 月 01 日至 89 年 07 月 31 日 主持人：方新疇 中山大學海洋生物所 [email protected] 計畫參與人員：蔡伊倫 中山大學海洋生物所 一、 中文摘要 以 21.780~23.920N 及 119.020 ~ 120.980E 之間的台灣西南海域為目 標區域，以每 2 x 2 分作為一網格 (Grid)。在 Microsoft- EXCEL 軟體中 直接以表上的儲存格表示水平面積 約 3.6 x 3.6 km2之區域。在試算表上 分別以不同顏色代表海水，海陸交 界、陸地及 12 海浬線所在。(詳如附 圖) 。參考國內外文獻及網路資源， 查得各網格上之平均水深，水流流 向、流速(分春夏秋冬四季) 資料。分 別以不同試算表儲存之。缺失資料則 以內插法換算，至全部網格均填滿為 止。沿岸潮流在漲潮及退潮時之方向 相反，故沿海地區網格的流速均定為 0。利用細胞自動機演算法對儲存格 設計公式，以賦予每一網格對於東西 南北方向傳送油污之能力。油污在水 中之物理特性及移轉方式均參考自 國內外之有關書籍。油污擴散及漂流 之過程經試算表的自動計算功能進 行觀察。本系統在操作上相當簡易但 移轉性很高。很適合教學上及初步研 究上之用途。 關鍵詞：油污擴散、電腦模擬、細胞 自動機 Abstract
The southwest coast of Taiwan (21-240N and 119-1210E) is divided into grid-square of 2 by 2 minutes each. Data were collected and interpreted onto each grid, based on the available maps and data bank of the National Oceanographic Center of Taiwan, ROC. On a Microsoft-Excel spreadsheet, each storage cell was assigned to represent a grid area of approximately 3.6 x 3.6 km2 , whereas their physical conditions (including depth, seasonal speed & direction of current) were respectively linked and matched up on different spreadsheets, which combined to become the whole system. Current speeds of shore-lined grids were assumed equal to zero, in consideration of the movement of tidal current. The spreadsheet operates the same way cellular automata calculates. Formula defining the exchanges of oil slick between neighboring grids were based on the physical conditions defined in the references. They were programmed and attached to each cell. The process of oil drift originated from any grid was initiated and monitored through each step of recalculation. Taking advantage of the characteristics of Excel spreadsheet, the system is quite easy to expend and highly transferable to other area. It is considered an excellent tool for educational and
research purposes.
Keywords: Oil-spill; Computer simulation model; Cellular automata 二、 緣由與目的 本計畫原擬比照國際水產生物資源 管理中心(ICLARM) 所發表之油污擴散 模型(BRUN) ，予以建構為台灣的資料庫 模式，以供教學及研究之用。有關 BRUN 的操作說明文件早經完成。但在本國資料 建構時遇到困難 (原設計中的部份圖檔 資料無法更改) 。經多次聯絡 ICLARM 方 面請求協助均未能獲得回應。最後決定重 新自行設計新的模型使用。經過去一年多 的 努 力 ， 成 功利 用 細胞 自 動機 (cellular automata)演算法在 Microsoft-Excel 試算 表上完成台灣西南海域油污擴散展示之 電腦模型及初步之相關資料檔。 三、 結果 1. 嘗試移轉 ICLARM 提出之油污擴散 模型(BRUN) 未能成功，但獲得有關 油污擴散模型設計方面之資訊。 2. 放棄 BRUN 之低階語言設計方式。 另行利用移轉性高且透明之試算表系 統進行模型設計。在模型運算上採用 最新一代的細胞自動機作為核心演算 法則。完成第一階段之模型設計。本 模型具模組化特色，可模擬多處地點 同 時 (或不同時)發生漏油之綜合狀 況。(如附圖) 3. 目前系統模擬有關油污在靜水中擴 散及吸附在海岸岩礁之過程已經完 成。季節性水流資料庫已經組合完 成。水流影響下的擴散過程尚在測試 中。 4. 未來擬加入的資料/控制模組包括： 水面風力吹送，日照及氣溫條件下油 污揮發及沈澱作用之過程，海岸環境 及漁業損失評估等。 5. 本報告經獲得公元 2001 年亞洲水產 學會學術研討會接受，將於本年 11 月 間在大會公開發表。 四、 討論 本系統使用 2’ x 2’ (3.6 x 3.6 海 浬) 為一網格，較諸 BRUN 中使用的 3’ x 3’ (5 x 5 海浬) 之解析度已高出 50%。法國方面的商用系統 (METRO France 19xx) 使用經緯度 1’ x 1’ 為 單位網格。其解析度較本模型高出一 倍。理論上把本模型的解析度改為 1’ x 1’單位網格並不困難，唯資料庫整 合的解析度及工作量等亦相應加大 四倍。使用如 SURFER 一類的軟體 進行自動運算應可解決。比較需要顧 慮的是資料庫之記憶體容量限制方 面。Excel 試算表大小為 65536 row x 255 column。以台灣南北緯度相差 (21030’~25030’)4 度計，垂直方向共 須 60x4=240 分。東西向海域(含澎湖 海域) 為 3.5 度(換算為 210 分) 。剛 好可以容納。 唯尚 須推 算各 資 料試算表 垂直整合所需要的記憶體 量，及電腦反應時間是否可以接受 等。如果上述問題均可順利解決的 話，則本模型可以擴充為包括全台澎 海域的範疇。在實際使用時可以針對 某小區域的窗口進行模擬試驗。其餘 無關的海域儲存格則予以縮小或隱 藏。在操作上非常方便。 五、計畫成果自評 本研究原擬利用現有的 BRUN 系統進行移植，由於該系統先天上之 不足，無法如願。因此在重新思考設 計新系統的工作上花費比原預估多
出一年的時間。原定對於漁業方面的 損 失 評 估 功 能 等 工 作 祗 能 留 待 來 日。差堪告慰的是新模型無論在設計 理念上和實質應用上都比 BRUN 高 出許多。利用試算表系統從事細胞自 動機模擬在技術上亦有創新之處。 五、 參考文獻 [1] 魏兆歆、張國棟. 1989. 大林埔外海 溢油擴散行為及海岸漂砂調查研究 報告。中油委託計畫報告書。154p. [2] Butt,J.A.; D.F.Duckworth and S.G. Perry. [Eds.] 1986. Characteri- zation of spilled oil samples: Purpose, sampling, analysis and interpretation. J.W.& Sons,N.Y. 95p.
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Fig.1. An example. “+”,”*”,& “@” signs stand for various amount of oil slicks. 12 NAUT I C AL M I L E L INE + + + + + + + + + + + * + + + + + + + + * * + + + + + + + + + + + * + + + + + + + + + + S O U T H -+ + + + + + + + + * * + + + W E S T E R N + + + + + + + + + + @ * + T A I W A N + + + + + + + + + + + + * + + + + + + + + + + + + + + + * + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + * + + * @ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + * + + + + + + + + + + * + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
