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國立中山大學 海洋資源研究所 碩士論文
台灣海峽流量之觀測
Observations of Volume Transport in the Taiwan Strait
研究生：劉鍾霖撰 指導教授：曾若玄
中華民國 ９２ 年 ７月
誌謝
首先感謝指導教授曾若玄老師，三年來的在課業上的指導，使我 的知識與見聞增長許多，以順利完成此篇論文。還有師母在生活上的 噓寒問暖，無形中給予了我許多的鼓勵。
感謝口試委員—中山海地化所的陳鎮東教授、海軍官校楊穎堅教 授以及中山海物所詹森教授，對論文內容的建議與指導。詹森教授以 及海科中心的劉怡茹小姐在百忙中抽空提供 TSNOW 模式的計算結 果。海研三號探測技士林嘉向學長在 ADCP 操作方面的協助，在此一 併誌謝。
實驗室的學長姐、學弟妹們，不論在生活、課業、娛樂都給了莫 大的幫助，使我在這異鄉感受到了人情的溫暖。要感謝的人太多太 多，請見諒我無法一一列出，但永遠銘記，也祝福各位前程似錦。
最後，以最誠摯的心，向台北的母親說一聲：媽媽，您辛苦了，
謝謝您。
摘要
本實驗利用裝載在海研三號上的 sb-ADCP，在 2001∼2003 年，
以橫跨台灣海峽的測線，觀測海峽中部與南部流場的三維結構與流量 隨季節的變化。濾潮的方式，以相位平均為主，TSNOW 模式預報的潮 流為輔助。
海峽內淨流場大致上沿著海峽主軸方向變化。夏季時，西南季風 盛行，助長了南海與黑潮混合水，由南海向北流進海峽，先遇到澎湖 群島的阻隔，絕大部分沿澎湖水道向北輸送，另一小支，轉西北繞過 澎湖群島，海峽的淨流速極值出現在澎湖水道的表層，約大於 60 cm/s
（朝北）。冬季時的流況與夏季相似，但是受到東北季風的阻擋，澎 湖水道的朝北流速極值減低至約 20 cm/s，甚或更小，在海峽的西邊 還會出現趁東北季風吹襲之勢而南下的中國沿岸的淡水。
相位平均濾潮後所得到的淨流量在夏季時可達 2.5 Sv（正值表 示向北輸送）；冬季東北季風的抑制與中國沿岸流南向輸送量的抵 銷，流量僅約 0.5 Sv，平均誤差約±0.3 Sv。而澎湖水道流量約佔總 流量的 75％。
以相位平均濾潮所計算出的海峽流量與平行海峽主軸之風應力 有 極 佳 的 線 性 關 係 ， 並 存 在 如 下 的 線 性 方 程 式 ：
04 . 2 ) / ( 74
. 13 )
(Sv = ×風應力 N m2 +
流量 ，其中風速資料是取自東吉島氣象
站，並轉換為平行海峽主軸之分量，西南風取正，流量為正時表示海 水由南向北輸送。
（關鍵詞：台灣海峽，相位平均，Sb-ADCP）
Abstract
Several cruises of current measurements along various cross-Taiwan Strait transects were conducted by using shipboard Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) during 2001-2003. The main purpose of these experiments is to obtain seasonal variations of flow structures and volume transport in the central and southern regions of the Taiwan Strait. In each cruise the semidiurnal tidal currents were eliminated from the ADCP currents by two different methods, i.e., the phase averaging method and the TSNOW calculation.
The subtidal current in the Taiwan Strait generally flows in the parallel-strait direction. In summer when the southwest monsoon prevails, the water in the strait originates from the South China Sea (SCS) or the Kuroshio. This northward-flowing water is divided into two parts by the archipelago of Penghu; the majority keeps flowing northward along the Penghu Channel (PHC), the minority flows northwestward around the Penghu Island. The flows in the surface layer of the PHC reach a maximum speed of 60 cm/s or greater. In winter, strong NE winds push the fresh and cold China Coastal water southward, along the western part of the Taiwan Strait. The SCS or Kuroshio water still flows northward on the eastern part of the strait. The maximum northward current still occurs in the PHC and is around 20 cm/s or less in the winter.
Our results from the phase averaging method of all six cruises indicate that the net transports along the Taiwan Strait are all flowing northward, with a maximum value of about 2.5 Sv in summer (August 2001) and a minimum value of about 0.5 Sv in winter (March 2003). The standard deviation of the volume transport is ±0.3 Sv. Due to its greater depths and strong currents, the volume transport in the PHC amounts to approximately 75% of the total transport of the Taiwan Strait. Based on the phase averaging results, the transport is related to the along-strait wind by a simple regression: Transport(Sv)=13.74×windstress(N/m2)+2.42, the sign convention is positive for southwesterly wind and transport.
Keywords: Taiwan Strait, phase average, shipboard ADCP
目錄
誌謝 … … … .. I 摘要 … … ...… … … . II Abstract .… … … .… … … ...… … … . IV 目錄 ..… … … .. V 表目錄 ...… … … . VIII 圖目錄 … … … ..… … … . IX 一、前言 ..… … … . 1 二、台灣海峽的水文與潮汐特性
2.1 季風、海流、地形的交互作用 … … … .. 4 2.2 潮汐 … … … 4 三、實驗設計與探測儀器
3.1 Sb-ADCP … … … .. 6 3.2 CTD（Conductivity-Temperature-Depth，溫鹽深儀）… … . 7 3.3 表層浮標（surface drifter） … … … ... 7 3.4 潮位與風速資料 … … … .. 8 3.5 測線的設計 … … … .. 9 四、資料品管與分析方法
4.1 ADCP 資料品管 … … … . 12
4.3 金門、高雄潮位資料 … … … 14
4.4 濾潮方法 … … … .. 15
4.4.1 相位平均 … … … . 15
4.4.2 利用 TSNOW 模式濾潮 … … … .. 16
五、結果 5.1 流場 … … … 19
5.1.1 OR3-776（2002 年 5 月）與 791（2002 年 6 月）… .… 19 5.1.2 OR3-721（2001 年 8 月）… … … . 21
5.1.3 OR1-672（2003 年 1 月）… … … . 22
5.1.4 OR3-851（2003 年 3 月）… … … . 23
5.1.5 OR3-755（2002 年 2 月）… … … . 24
5.2 溫、鹽分佈 … … … 25
5.2.1 夏季期間 … … … . 25
5.2.2 冬季期間 … … … . 27
5.3 浮標漂流軌跡 … … … .. 30
六、討論 6.1 四季的流量變化及與風的關係 … … … 32
6.2 誤差的估計 … … … .. 35
6.3 異常流況的特例 … … … 36
6.4 台灣海峽的水團來源 … … … 37
6.5 流量與水位的關係 … … … 38
七、結論 … … … . 40
八、參考文獻 … … … . 43
表目錄
表 1 各航次的時間、平均風速及 ADCP 參數 … … … 45 表 2 各航次經品管後的 ADCP 流速資料的各項平均誤差 … … … … .. 46 表 3 各航次的流量估算結果 … … … ... 47
圖目錄
圖 1 (a)為台灣海峽月平均海表面風應力圖，(b)為模式模擬出的台 灣海峽流場隨四季的變化，節錄自 Jan et al.(2002a) … … ... 48 圖 2 TSNOW 所模擬出的台灣海峽(a)K1分潮之 co-tidal chart，(b) M2
分潮之 co-tidal chart，(c)K1分潮的潮流橢圓，(d)M2分潮的 潮流橢圓，節錄自 Jan et al. (2002c) … … … . 49 圖 3 各航次 (a)OR3-721，(b)OR3-755，(c)OR3-776、791 與 OR1-672，
(d)OR3-851 的航跡圖 … … … 50 圖 4 本研究其中的三次航次，EK500 所測深度值與 ADCP 四座音鼓所
測得深度平均值的相關圖 … … … . 51 圖 5 某一時段，中斷的高雄港潮位資料以 Least square method 補
齊後，與原始資料的比對 … … … ... 51 圖 6 隨機取樣的，內差後與原始的流速剖面的比對 … … … . 52 圖 7 OR3-776 航次經相位平均方法濾潮後的垂直平均淨流圖 … … . 53 圖 8 OR3-776 航次經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流圖 … … … .. 54 圖 9 OR3-776 航次，經相位平均濾潮後，淨流在剖面上的等值分佈
圖 … … … 55 圖 10 OR3-776 航次，經 TSNOW 濾潮後，淨流在剖面上的等值分佈 圖 … … … 56
圖 11 OR3-791 航次經相位平均方法濾潮後的垂直平均淨流圖 … ... 58 圖 12 OR3-791 航次經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流圖 … … … 59 圖 13 OR3-791 航次，經相位平均濾潮後，淨流在 剖面上 的等值分
佈 圖 … … … 60 圖 14 OR3-791 航次，經 TSNOW 濾潮後，淨流在剖面上的等值分佈
圖 … … … 61 圖 15 OR3-721 航次經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流圖 … … … 63 圖 16 OR3-721 航次，經 TSNOW 濾潮後，淨流在剖面上的等值分佈
圖 … … … 64 圖 17 OR1-672 航次經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流圖 … … … 66 圖 18 OR1-672 航次，經 TSNOW 濾潮後，淨流在剖面上的等值分佈
圖 … … … 67 圖 19 OR3-851 航次經相位平均方法濾潮後的垂直平均淨流圖 … ... 68 圖 20 OR3-851 航次經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流圖 … … … 68 圖 21 OR3-851 航次，經相位平均濾潮後，淨流在 剖面上的等 值分
佈 圖 … … … 69 圖 22 OR3-851 航次，經 TSNOW 濾潮後，淨流在剖面上的等值分佈
圖 … … … 70 圖 23 OR3-755 航次經相位平均方法濾潮後的垂直平均淨流圖 … ... 71
圖 24 OR3-755 航次經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流圖 … … … 72 圖 25 OR3-755 航次，經相位平均濾潮後，淨流在 剖面上 的等值分
佈 圖 … … … 74 圖 26 OR3-755 航次，經相位平均濾潮後，淨流在 剖面上 的等值分
佈 圖 … … … 76 圖 27 (a)為 OR3-776 航次各 CTD 測站位置圖，(b) 為所有測站密度、
溫度與鹽度對深度的剖面圖 … … … . 77 圖 28 OR3-776 航次各測站的溫鹽曲線圖 … … … ... 81 圖 29 OR3-776 航次(a)溫度與(b)鹽度在剖面上的等值分佈圖 … ... 83 圖 30 (a)為 OR3-791 航次各 CTD 測站位置圖，(b)為所有測站密度、
溫度與鹽度對深度的剖面圖 … … … . 84 圖 31 OR3-791 航次各測站的溫鹽曲線圖 … … … ... 88 圖 32 OR3-791 航次(a)溫度與(b)鹽度在剖面上的等值分佈圖 … ... 90 圖 33 (a)為 OR3-721 航次各 CTD 測站位置圖，(b)為所有測站密度、
溫度與鹽度對深度的剖面圖 … … … . 91 圖 34 OR3-721 航次各測站的溫鹽曲線圖 … … … ... 95 圖 35 OR3-721 航次(a)溫度與(b)鹽度在剖面上的等值分佈圖 … ... 97 圖 36 (a)為 OR1-672 航次各 CTD 測站位置圖，(b)為所有測站密度、
溫度與鹽度對深度的剖面圖 … … … . 98
圖 37 OR1-672 航次各測站的溫鹽曲線圖 … … … . 103 圖 38 OR1-672 航次(a)溫度與(b)鹽度在剖面的等值分佈圖 … … . 105 圖 39 (a)為 OR3-851 航次各 CTD 測站位置圖，(b)為所有測站密度、
溫度與鹽度對深度的剖面圖 … … … ... 106 圖 40 OR3-851 航次各測站的溫鹽曲線圖 … … … . 109 圖 41 (a)為 OR3-824 航次各 CTD 測站位置圖，(b)為所有測站密度、
溫度與鹽度對深度的剖面圖 … … … ... 110 圖 42 OR3-824 航次各測站的溫鹽曲線圖 … … … . 113 圖 43 (a)為 OR3-755 航次各 CTD 測站位置圖，(b)為所有測站密度、
溫度與鹽度對深度的剖面圖 … … … ... 114 圖 44 OR3-755 航次各測站的溫鹽曲線圖 … … … . 119 圖 45 OR3-755 航次(a)(c)分別為第一、二次採樣之溫度與(b)(d)鹽
度在剖面的等值分佈圖 … … … ... 121 圖 46 2002 年 5 月與 11 月的浮標軌跡圖 … … … ... 123 圖 47 流量與風速、風應力的關係 … … … . 124 圖 48 1991-2000 年間，30 m 水深處的 sb-ADCP 流場合成圖，節錄自
Liang et al. (2003) … … … ..125 圖 49 月平均風應力、流量與海峽兩岸水位梯度隨時間變化圖 … . 126 圖 50 本篇論文淨流隨季節變化的示意圖… … … . 127
一、 前言
東海與南海同為中國最重要的臨海，而連通東海與南海的台灣海 峽，其重要性更是無庸置疑。台灣海峽長約 300 km，寬 180 km，平 均水深 60 m。南通南海，北接東海，阻中國之險於西，成台灣之就 以東。有如利刃突入，切過台灣與澎湖群島間的澎湖水道；有似手臂 橫抱，隔海峽成南北兩部的彰雲隆起；有淺灘，有峽谷，地形上不可 不謂崎嶇。兼之有東北、西南向的冬、夏季風交替，黑潮季節性的擺 盪，南海海水的混和，中國沿岸流的消漲，自然環境真可謂複雜。長 期憑此險以守的台灣，怎可不對這與我們息息相關的汪洋，多一些認 識。
Chuang（1985 and 1986）利用海流儀觀測出海峽內經年向北的 平均流，並指出此恆流為壓力梯度力和海底摩擦力平衡的結果。Tseng and Shen（2003）利用浮球觀測海峽東邊的表面流場，亦看到冬天時 仍有向北的海流存在。Jan et al.（2002a）利用數值模式搭配水文 資料，配合地形、風場等，模擬出海峽內四季流場的演變。冬季東北 季風強勁吹拂下，海峽西邊有中國沿岸流南下，東邊則是經澎湖水道 北上的黑潮。夏季西南季風影響下，中國沿岸流消退，東邊則是南海 海水取代黑潮。此結果也是時代學者所公認，海峽內季風、海流相互 影響，水團相互混和的時空變化的情形。
台灣海峽在南海與東海海水交換過程中，扮演不可或缺的角色。
若能有系統的得知台灣海峽之海水輸送量，將有助於提升海洋環流、
海面熱通量收支、營養鹽分佈、物質交換過程等的瞭解。先前學者對 於海峽流量的估計已有一些相關文獻發表，Wyrtki（1961）利用海峽 兩岸的水位推估，得知夏季為 0.5∼1.0 Sv（正值表方向朝北，1 Sv
＝106 m3/s），冬季為－0.5 Sv。Fang et al.（1991）利用海峽南北 兩端 10 個測點連續 25 小時測流結果，推算出夏季 3.1 Sv，冬季 1.0 Sv。Lin et al. (accepted) 利用四個安置在烏坵到台中之間的底碇 式 ADCP，以內差的流速分佈估算出台灣海峽於 1999 年 9 月底到 12 月中的流量變化範圍為-5∼2 Sv（正為朝北），平均流量則為 0.12±
0.33 Sv。Wang et al.（2003）利用 1999-2001 年間 40 多個航次的 船 碇 式 都 卜 勒 剖 流 儀 （ shipboard Acoustic Doppler Current Profiler，以下簡稱 sb-ADCP）的流速資料，搭配空間最小平方法濾 潮，得到海峽內的流量冬夏變化為 0.9∼2.7 Sv，更歸納出流量與風 的關係式：流量（Sv）=2.42+0.12×平行海峽主軸方向的風速(m/s; 東 北風取－，西南風取＋)。也有較區域性的觀測，如 Jan et al.（2003）
利用 sb-ADCP 觀測澎湖水道內的流場，搭配相位平均方式濾潮，得到 夏季流量為 0.5∼1.5 Sv，冬季流量為 0∼0.5 Sv，並指出澎湖水道 四季流量的變化，與風場及高雄、澎湖間的水位梯度間的關係密切。
前段所列各家觀測與研究海峽流量的方法，各有所長。至此，大 略了解台灣海峽的流量大小有季節性的變化，夏天朝北流量大，冬天 朝北流量較小甚或是變為朝南(負值)。本研究將利用 Sb-ADCP，直接 探測橫渡海峽斷面上的流速剖面，再利用相位平均，輔以 TSNOW
（Now-cast System for the Taiwan Strait，以下簡稱 TSNOW）模 式濾除潮流，推算淨流與淨流量。此法的缺點是只能得到一年內若干 航次期間的瞬時流量值(snapshot)，要以此作出全年流量變化的結論 則較難以令人信服，但是若能與風速和水位資料作相關分析，尋找出 其中的關係公式，則未嘗不失為一個有用的方法。
二、 台灣海峽的水文與潮汐特性 2.1 季風、海流、地形的交互作用
圖 1，節錄自（Jan et al., 2002a），（a）為東吉島氣象站月平 均海表面的風應力圖，（b）為海峽四季流場的變化。文中利用船測資 料配合數值模式模擬出海峽四季流場與季風、地形間的關係。
從十一月（秋季）東北季風漸強，一直到翌年的五月（春季）間，
季風遏阻了長年往北輸送的南海海水，使黑潮的支流有機會由台灣南 方繞進澎湖水道向北流，而海峽西部則是趁風勢南下的中國沿岸的淡 水。夏季時西南季風吹起，助長了南海海水的向北輸送，亦抵制了黑 潮支流的入侵與南下的中國沿岸流。而亙阻在台灣中部海底的彰雲隆 起皆會對流經此處的海流分成兩部。上層跨越，而下層則繞過彰雲隆 起。
2.2 潮汐
Jan et al. (2001,2002b）文中分析了台灣海峽東西兩岸數十個 潮位站，與數個錨碇式海流儀的資料，台灣海峽的潮汐型態是以半日 潮為主的混和潮，又以 M2分潮為最。圖 2 為節錄自 Jan et al.（2002b）
台灣海峽中 K1與 M2的相位、振幅等值分佈與其潮流橢圓圖。
K1分潮傳遞行動則較為單純，由東海傳入通過台灣海峽而進入南
海，相位會由北向南逐漸延遲，振幅皆在 0.4∼0.2 m 間，變化不大
（圖 2 a、c）。M2分潮傳遞行為較複雜，當潮波自東海傳入，因邊界 效應與科氏力作用而沿大陸東岸南下，並使海峽西邊振幅略大於東 邊，且向南成指數遞減，相位向南亦有時間延遲。抵達南海邊界因地 形急速改變的影響而反射到台灣東岸，在此做近似共振的運動，所以 在波長 1/4 處（250 Km）約台中附近，半日潮振幅有加強的效應，會 大於台灣南北兩端。（圖 2 b、d）。
Lin et al. (accepted) 以橫跨海峽方式，於台中—烏坵這一測 線上設置四個底碇式的 ADCP，觀測台灣海峽冬季的流場變化，解析 出所有潮流的主軸方向都是平行海峽主軸。且全日潮有層化的現象，
半日分潮則較無明顯層化。但海峽西邊的半日潮會成逆時針旋轉，東 邊則是順時針。
三、 實驗設計與探測儀器
台灣海峽兩個主要的門戶為北方的東海與南方的南海，且前言簡 列之各部前人著述，皆指出台灣海峽內的流場大體是南北向的變化。
因此本文主要探測通過海峽東—西斷面上，南北向的流量。
在此先將探測期間使用到的儀器及對外申請的資料，簡述如下：
3.1 Sb-ADCP
本實驗是利用一台裝載在海研三號研究船上，RDI 公司設計製造 的 sb-ADCP，來探測及收集測線上的流速剖面資料。ADCP 的發聲頻率 為 75 KHz，若每一層厚度（Bin size）設為 4 m 或 8 m，則第一層資 料的深度為水下 16 m 或 22 m。海研三號於 2003 年 2 月更換了一組 新的 ADCP，發聲頻率為 150 KHz，第一層深度為水下 11 m，每層厚 度設為 4 m。本研究有一個航次也使用海研一號執行探測，而船上所 載之 ADCP 發聲頻率為 150 KHz，第一層深度為水下 8 m，每層厚度設 為 8 m。
實驗全程，用以當作參考層的船速值皆設定在 Bottom Tracking 方式。原始資料的最快取樣頻率是 1 筆資料／1 秒，本研究取 120 秒 作資料的平均，目的在使儀器的瞬間誤差縮小。
3.2 CTD（Conductivity-Temperature-Depth，溫鹽深儀）
目前國內三艘研究船所使用的 CTD，都是 SBE 9/11 型，由 Sea-Bird Electronics 公司所製造。最基本的三個感知器，就是吾 人熟知的溫度、導電度與壓力。由導電度與與壓力，可換算成鹽度與 深度。感知器可使用的範圍在水深 6800 m 以內，溫度由-5oC∼35oC，
鹽度由 0∼35 以上。
使用研究船上的絞車下放至海中，可量測定點測站溫度、鹽度等 隨深度變化的剖面。尚可配合研究需要，彈性的懸掛其他諸如螢光 度、透光度、溶氧量、PH 值等探針。可以在短時間內得到大量各類 數據，提供海域概括性現象，為海洋研究船中重要不可缺之測量儀器。
3.3 表層浮標（surface drifter）
本研究於 2002 年 5 月與 11 月的探測期間，亦順道於澎湖水道中 線與台灣海峽中線處各施放一顆表層浮標，用以觀察漂流期間的表層 海流，其結果可用來與 ADCP 探測資料作比對。
所使用的浮標為 CODE 形式，由 ClearWater 公司製造。主體內 部中空，裝載電池、定位系統與 ARGOS PTT（ Platform Terminal Transmitter）發射器。外部插以四組塑膠支柱撐起四面帆布當作檔 流板；並懸掛四顆直徑為 12 cm 的浮球，為整組系統的浮力來源。
整套系統重約 10 Kg，施放下水後僅部分天線與浮球露出水面。浮標 的運動可視為近似 Lagrangin 的運動，可以完全描述出表層海流的流 況。
浮標的位置由內部的定位系統定位並經由 PTT 發射，ARGOS 衛星 接收到後再將資料傳送回法國的接收站，然後用網際網路以 E-mail 傳回實驗室。而浮標內定的取樣時間為 30 分鐘發射一筆資料，定位 的誤差在 80 m 以內（許，1996）。
3.4 潮位與風速資料
我們亦向氣象局與水利署申請了金門料羅灣（118.42oE 24.24oE）
與高雄港（120.27oE 22.6oN）的逐時潮位資料，時間從 2001 年 6 月 至 2003 年 3 月，共 16057 個小時。還有澎湖群島南方東吉島（119.65oE 23.25oN）逐時的風速風向資料，時間從 2001 年 1 月至 2003 年 4 月。
期望能找出海峽內風速、水位、流速三者間的相互關係。
本篇論文所提及的風速，是指風在平行台灣海峽主軸上(假設為 30o/210o方向)的分量大小，正值表風由西南方吹來，負值則由東北方 吹來。
3.5 測線的設計與濾潮方式簡介
為了要獲得長週期的恆流或淨流的資訊，需將短週期的潮流自總 流速中扣除，本實驗採用的濾潮方式有兩種，一種為相位平均的方 式。是指將至少兩筆的海流，位置相同但時間差卻恰好等於某種分潮 反相位的時間差，將此二筆資料平均後，即可濾除此分潮，如 2.2 節 所述，台灣海峽中部海域的潮汐屬半日潮為主的混和潮型態，所以此 處是取最大分潮 M2 的反相位的時間差，約 12.42×n（n＝0、1、2、…）+6.21 小時。而另一種濾潮方式，則是利用 TSNOW 模式計算出與觀測資料同 時同地的潮流（模式可解析所有分潮的合成），然後自觀測流中扣除，
即可得到淨流，TSNOW 模式於 4.4.2 節有簡短描述。
為了兼顧濾潮與研究主題，測線均為橫跨台灣海峽的方向，以取 得此斷面上流速剖面的分佈。一共完成了 6 次航次，依照時間先後次 序分別為海研三號(OR3)的 721、755、776、791、824 和 851 航次，
以及海研一號(OR1)的 672 航次，各航次的時間、當時風速以及 ADCP 資訊如表 1 所示。其中 824 航次，由於風大海況差，研究船無法跑完 全程，僅完成澎湖水道的 ADCP 探測和定點的 CTD 採樣。
各航次的測線航跡圖如圖 3 所示，每個航次費時約 2 到 4 天不 等，茲將各航次分述如下。OR3-755 航次探測時間為 2002 年 2 月，
雖屬冬季的航次，但是探測期間東北風速(風速為 2.7 m/s)不大海況
轉好。測線較其餘航次偏北，東起台灣台西外海 20 m 等深線，西迄 金門東南方 20 m 等深線止。夾於彰雲隆起與澎湖群島間，整段測線 平均水深僅 50 m，全長約 180 km。為了能利用相位平均法順利濾除 潮流，本航次一共完成了兩趟來回探測，兩趟時間間隔為 31 小時(或 單程費時 15.5 小時)。
OR3-776 與 791 航次測線相同，探測時間也相近，前者於 2002 年 5 月後者為 6 月， 776 航次其間吹微弱的東北風(風速為-3.0 m/s)，791 航次期間則吹西南風(風速為 4.6 m/s)。測線是先由台南 安平外海向西直線橫跨澎湖水道，再於澎湖群島西南的七美嶼轉西北 駛至金門東南方 20 m 等深線止。除澎湖水道段平均水深 150 m 較深 外，其餘部分平均水深約 50 m，測線總長約 220 km。測線分為 4 段
（澎湖水道 1 段，台灣海峽 3 段），每段長約 50 Km，單程費時 31 小 時，每段一共走了三次單程(去、回、去)，因此第一次和第三次的時 間間隔為 6.2 小時。
OR3-851 航次，是在 2003 年 3 月，東北風很強(風速為 9 m/s)，
海況不佳。本航次測線略為偏北，先由嘉義布袋外海橫跨澎湖水道，
再經澎湖港道繞至澎湖群島西方轉西北至金門止，測線只分為 3 段
（澎湖水道 1 段，台灣海峽 2 段）。每段費時及第一、第三趟的時間 間隔與 776 航次相同。
OR3-721 航次的探測時間為 2001 年 8 月，從高雄外海直接到金 門為止，探測期間吹微弱的西南風(風速為 2.6 m/s)。OR1-672 航次 是在 2003 年 1 月，探測期間吹強勁的東北風(風速約 9.9 m/s)，測 線與 776 航次相同。721 與 672 這兩個航次並非為了相位平均而設計，
所以只能使用 TSNOW 模式濾潮。
所以綜觀來說，本文後面有相位平均濾潮的淨流場結果的只有 755、776、791 與 851 航次，而利用 TSNOW 模式濾潮而得到的淨流場 結果則包含所有的航次（755、776、791、851 與 721、672）。
四、 資料品管與分析方法
各項儀器的細部參數在此不多做贅述。最重要的是，在探測前，
每部儀器的時間皆要重新校正至與當地時間一致，以求所收集的資料 時間準確無延遲。
本文所分析或利用到的資料，分別取自 ADCP、CTD、EK500（科 學探深儀，38 KHz）、GPS、浮標等儀器。其中 CTD 的資料內包含許多 海水的物理與化學性質，本研究僅用到溫度（位溫、場溫）、鹽度與 密度（位密度、場密度）隨深度的變化剖面。CTD 與浮標資料的處理 方式都依照既定的一套流程，所以以下僅對 ADCP、EK500 與潮位資料 的品管與整補做說明。
ADCP 的資料中，包含有未經過平均(1 筆／1 秒)，僅有時間而無 GPS 經緯度的相對船速的原始流速剖面時間序列（R 檔）；有 GPS 的巡 航資料（N 檔）；有經 120 秒重新平均，結合巡航資料，扣除船速後 的對地絕對流速剖面的時間序列資料（P 檔）。本研究所處理的 ADCP 資料，皆取自 P 檔。
4.1 ADCP 資料品管
P 檔轉 ASCII 格式輸出後的資料（T 檔），包含有時間、Bottom Tracking 的船速、四座音鼓個別測得的水深、經緯度、船首向等檔 頭 資 訊 ， 還 有 流 速 對 深 度 的 矩 陣 ，以 及 各 筆 流 速 資 料 的 可 信 值
（percent good）。先從 T 檔中依所需要時間區段剔除不必要的部分，
再挑選船速在 2∼13 節的資料，這樣可以刪除進入與離開定點測站期 間因船速不穩定造成的資料誤差。再從流速對深度的矩陣中，為了避 免聲波受海床反射干擾影響資料品質，僅挑選出深度小於底深 85%（深 度資料於 4.2 討論）且可信值大於 90%（721 航次為大於 80%）的部 分。
如此品管後的資料，可留下約當次航次 90%的有效資料點，詳細 資料如表 2 所示。船速皆穩定在 8∼11 節，每兩筆資料間的水平距離 約 620m（10 節×120 秒）且平均誤差(Average error velocity)除 721 航次外，皆小於 1 cm/s，標準差介在 1.0∼1.4 cm/s，平均船首俯仰
（Pitch）與船舷搖擺（Roll）角度皆小於 1o，平均船首向變化，亦 小於 1o/2 分鐘。
4.2 水深資料
深度資料有兩個來源，一為 T 檔內 ADCP 四座音鼓分別測得的水 深的平均，另一為 EK500 所記錄。EK500 所記錄的資料，已是 ASCII 檔，內容是深度隨時間、位置變化的矩陣，但取樣間隔為 10 秒，與 T 檔的時間間隔不一。因此，以 T 檔的紀錄的時間為基準，向後取 120 秒（即 12 筆）EK500 的資料平均（深度、位置），若取出的 EK500 資
料，12 筆中不等於零者不足 5 筆或平均後與 T 檔平均深度相對誤差 超過 20%，則先予以濾除，可留下約 95%的可用資料，經此法品管後 的 EK500 平均資料與 T 檔平均的資料，可得到最大的相關性，約 99%，
如圖 4 此示。
最後，將不足 5 筆 EK500 資料平均的時間點上的深度，以 T 檔的 平均水深補齊。而誤差超過 20%者，則以兩者較小值取代。721 與 755 航次因 EK500 儀器故障，所以此二航次的深度資料來源為 T 檔內 ADCP 四座音鼓分別測得的水深的平均。
4.3 金門、高雄潮位資料
申請到的金門與高雄港逐時的水位資料，遇到缺少的資料點時，
則利用 Visual Fortran，IMSL 副程式中最小平方法（Least square method）來擬合下列的非線性方程式：
…………式(1)
需擬合的未知數有 M2與 K1分潮的振幅A1、A2，與相位θ1、θ2。已知 參數為觀測水位對時間的函式S
( )
t ，M2與 K1分潮的及週期T1、T2，分 別為 12.42 與 23.93 小時。為顧及計算效率，本文僅採用缺少資料的 時間點前後各三天的水位隨時間變化的序列，來計算出所有未知參( ) ∑
=
−
= n
k
k k
k T
A t t
S
1
sin 2π θ
數，然後再代入缺少資料的時間點，推估出當時的水位。圖 5 為經補 齊後某一時段的高雄港潮位。
4.4 濾潮方法
品管後得到的流速隨深度變化的矩陣，利用 Matlab 程式語言中 的函式—interp1，由海面起，每 4 米一層，重新內插至設定深度。
第一層流速資料向海面等值延伸，補齊空白區間的流速。最後一層以 下至底深的部分，先假定底深處為不動水層（流速靜止），然後線性 內插，其餘以立方曲線作內插。圖 6 為各航次隨機取樣內插後與原始 流速剖面比較圖。
4.4.1 相位平均
內插後的流速剖面，以 755 航次為例，先依時間分為四趟，一趟 從開始到結束約經歷 15.5 小時；依測線長度等分為 31 小段作為網格 化，每一網格點間水平距離約 6 Km，再將每一趟落在此網格內的流 速剖面分層（4 m 一層）平均，目的在創造出 31 個網格後的流速剖 面，共有四趟。其中一、三趟，二、四趟中同一網格點上的流速剖面，
時間差恰恰等於 31 小時，流速剖面內所包含的 M2分潮流速亦剛好是 在反相位上，所以將第一與第三趟或第二與第四趟同網格上的流速剖 面分層平均，就可以得到全剖面上濾除 M2分潮後的淨流隨深度的分
佈。
776 和 791 航次則將航線設計先分成 4 段，851 航次則是 3 段。
每一段再依時間分趟，共三趟，每一段每一趟所花的時間則是 3.1 小 時。每一段則等分取 6 個網格點，所以整條測線就有 24 個（851 航 次是 18 個）網格點，每一網格點間水平距離約 10 Km。第一與第三 趟同網格上的流速剖面時間差為 6.2 小時，亦剛好處於 M2分潮的反相 位時間上，所以將此兩趟所有同網格上的流速剖面分層平均，就可以 得到全剖面上淨流隨深度的分佈。
將分層的淨流向量取垂直測線的分量，然後乘上通過面積，即可 算出淨流量。
4.4.2 利用 TSNOW 模式濾潮
TSNOW 是由國家海洋科學研究中心（NCOR）自 1998 年迄今所發 展出來的一套台灣海峽短期預報模式。此模式的水平網格點為 3×3 km，垂直分 28 層，每層厚度為上層厚度的 111%，涵蓋範圍橫寬 381 km，縱長 396 km，水深 980 m，包含整個台灣海峽海盆，為一高解析、
三維之台灣海峽預報系統。此模式以海峽南北兩開口之水位差推動，
而南北兩端之邊界條件的決定，一是利用涵蓋台灣海峽之更大區域的 二維潮汐模式來推出；二是利用等區域二維線性模式計算並代入
TSNOW，不斷反衍直到誤差不再顯著下降為止。其他諸如水平方向所 有固體邊界為不動水層，海底摩擦力的考量等，模式之作者另有專文 探討（Jan et al., 2001; 2002b）。
就主要分潮而言，模式模擬出的 M2與 K1分潮，與定點觀測資料 相比，利用模式作者所定義的 MSF 值（model skill factor，模式衡 量參數）來估計誤差，模擬值與觀測值間最高可達 99%的相關性，而 水位與流速誤差亦在 10 cm 與 10 cm/s 以內。
TSNOW 不僅可模擬出層化的潮流，海表面可加入風應力效應，還 可疊上平均流與溫、鹽資料，對台灣海峽即時海況的預報，居功甚偉。
實用在生活周遭，對污染防制，災害救護等，亦有不朽的貢獻。
本文僅應用到 TSNOW 潮流預報的資料部分。首先，利用巡航資 料，過濾出整點或半點時研究船的位置與時間，提供予模式計算出當 時當地分層的潮流，以此當作整點或半點前後 15 分鐘的潮流資料，
在這 30 分鐘內所有內差後的流速剖面，都扣除此潮流來得到分層淨 流（1 筆／2 分鐘）。將分層的淨流向量投影成垂直測線的分量，然後 乘上通過面積，即可算出淨流量。
附帶說明的是，本文資料處理完成於 2003 年 3 月，而 3 月以後 TSNOW 模式所做之修正，不在本文研究或引用的範圍內。
所有經 TSNOW 模式濾潮後所繪出的淨流流矢圖，都是將得到的淨
流先經垂直空間平均後，再做水平時間（30 分鐘）平均，所繪出的 結果。而所有淨流在剖面上的等值分佈圖，則只是分層經水平時間（30 分鐘）平均而已，目的在觀察淨流垂直結構。
五、 結果 5.1 流場
本文主要是利用相位平均濾潮的方法，來觀測台灣海峽內淨流 場、淨流量等隨時空的變化，所以以下關於流場結果的討論，將以相 位平均結果為主要，而模式結果僅用來輔助與對照。
5.1.1 OR3-776（2002 年 5 月）與 791（2002 年 6 月）
圖 7 為 OR3-776 航次經相位平均濾潮後的垂直平均淨流流矢 圖。圖 7 中顯示海峽此時都是朝北的海流，而澎湖群島南方，海流似 有因地形的影響，而分歧為兩部份，絕大部分的水沿較深的澎湖水道 北上，僅有一小部分會轉西北繞過澎湖群島。所以澎湖水道內的流速 較大，澎湖的西邊至大陸東岸此一段淨流皆小，變化不大。
圖 9 為 OR3-776 航次經相位平均濾潮後淨流在剖面上的等值分 佈圖，當 U 分量＞0，表方向朝東，而 V 分量＞0，表方向朝北。先綜 觀整個剖面，V 分量平均皆＞15 cm/s，而 U 分量則平均在 10 cm/s，
顯示此時海峽內的淨流以北向流為主。大流速都集中於水深 45 m 以 上，極值出現在澎湖水道的的表層（約 44 cm/s），45 m 水深以下則 以 V 分量為主（U 趨近於 0）。X 軸 119.5oE（約澎湖群島南方）處以 U 分量 0 值等值線分界，東邊（澎湖水道）U 與 V 分量由表層至底層 皆＞0，且 V 分量（平均值約 30 cm/s）遠大於 U 分量（平均值約 15
cm/s）；而西邊到 119.1oE 這一段則較不同，V 分量依舊是朝北，U 分 量則轉為向西（U＜0）。所以海流在澎湖群島南方分歧，而絕大部分 是匯入澎湖水道 ，只有一小支會轉西北繞過澎湖群島。直到過了 119.1oE 以西（澎湖群島西方 20m 等深線），流向漸轉為東北向。
圖 11 為 OR3-791 航次經相位平均濾潮後垂直平均的淨流流矢 圖。澎湖群島對海流的影響，以及流速在空間上的分佈與 OR3-776 航 次的結果(圖 7)相比差別不大。較不同的，只是 791 航次的淨流流速 較 776 航次的流速稍大，這應該是因為前者探測期間的西南風速較後 者強的緣故，流速和風速的相關將在下節中討論。
圖 13 為 OR3-791 航次經相位平均濾潮後淨流在剖面上的等值分 佈圖。平均來看，V 向量大於 U 向量，北向流佔大部分。澎湖水道的 流速極值依然出現在水道的表層處，約為 60 cm/s，且這時水道內呈 現兩個流速的峰值中心，一個與圖 9 一樣在水道表層，而另一個卻 深達水深 70 m 處（約 55 cm/s）。顯示此時澎湖水道的流場較 OR3-776 的結果有更明顯的分層。
圖 8、10、12、14 為 776 和 791 兩航次由 TSNOW 濾潮後的結果。
雖無法與相位平均結果完全吻合，但圖 8、10 在垂直平均後淨流的 趨勢與相位平均的結果大致相同。等值圖中(圖 10、14)淨流在剖面 上的垂直結構，比相位平均結果為亂，圖中有幾處流速鋒面（X 軸＝
119.5o、119.1o、118.7o），應是測線在此分段，且因時間不連續，導 致模式濾潮後的結果不連續，並非因自然界的機制所造成。至於模式 結果的好壞、誤差大小及與相位平均間誤差的討論，非本文的重點，
在此不多做闡述。
5.1.2 OR3-721（2001 年 8 月）
此航次並非為了相位平均濾潮所設計，所以以下僅討輪其 TSNOW 濾潮後的結果。圖 15 為經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流流矢圖，朝 北或東北流佔絕大區域，流速極值出現在澎湖水道，約 58 cm/s。澎 湖群島的影響，會使流經附近的海流分歧為兩部份，此一現象與前節 OR3-776 等航次相位平均的結果亦相符。
圖 16 為淨流在空間的等值分佈圖。在 119.5oE 澎湖群島的南方，
東邊的 U—V 合成流向大致呈現東北向，而西邊則呈現西北向，此現 象於前節已有討論。圖 16c、d 亦會發現有兩個流速峰值中心，出現 的位置，一個在澎湖水道表層與圖 13 OR3-791 航次的結果相近，中 心極值約 70 cm/s；另一個則出現在較更深處（約 110 m），中心極值 約 55 cm/s。
5.1.3 OR1-672（2003 年 1 月）
此航次並非為相位平均濾潮方式所設計，所以只能使用 TSNOW 來 濾潮。圖 17 為 OR1-672 航次經 TSNOW 濾潮後的垂直平均淨流流矢圖。
此航次東北季風風力強勁，流矢圖中顯示，在澎湖水道垂直平均後淨 流的表現大部分約朝南 0∼10 cm/s，僅台灣西岸小部分為朝北，是 否為模式誤差則不予探討，整體平均澎湖水道的流速趨近於 0。澎湖 群島地形的影響，導致海流分歧的情形依舊可見，但較弱，應該是此 時的北向流流速因冬季季風的影響而較夏季微弱，所以地形的影響力 亦相對減弱。在靠中國大陸一側，有一股南向的海流，應是俗稱的冬 季趁東北季風南下的中國沿岸流。在此強勁的東北季風吹襲下，海峽 內除澎湖水道與靠大陸東岸處外，大部分還是以北向流為主。
圖 18 是 672 航次的淨流在空間的等值分佈圖。澎湖水道內上下 淨流流速、流向的分佈相當一致，無明顯層化亦沒有出現兩個流速峰 值的中心。整個澎湖水道平均來看，流速近乎靜止。119.5oE（澎湖 群島南方）—118.8oE（海峽中線處），大部分以北向流為主，U 分量 變動不大。靠大陸東岸出現一股南向的沿岸流（V 分量＜0），在 118.7oE 以西上下整層的流速都一致性的往西南流，顯然此處是沿岸流佔據整 層海水；而 118.7oE 以東有一小部分上下兩層的流向相反（上層朝南，
下層朝北），應是兩股海流混合的區域。由此可推知此時中國沿岸流
影響的範圍約 20 Km，中心流速約-30 cm/s（朝南）。
5.1.4 OR3-851（2003 年 3 月）
本航次為海研三號剛更新為 150 kHz 的 ADCP 後所執行的。測線 設計分成三段，先由嘉義布袋外海橫越澎湖水道中段，再穿越澎湖群 島，由其西方向西北至金門止。風力強勁，航行困難，所以澎湖西方 一部份測線無法完成，相位平均方式濾潮僅完成兩段，甚為可惜，
TSNOW 部分則還可計算一趟的結果。
圖 19 為相位平均濾潮後垂直平均的淨流流矢圖。流速極值出現 在澎湖水道，而在如此強烈西北風吹拂下，澎湖水道內的海流亦還是 朝北。靠大陸側，有微弱南向的中國沿岸流。
圖 21 為相位平均濾潮後的淨流在空間的等值分佈圖，僅繪出其 中兩段。，澎湖水道內上下流場變化不大，均是朝北流，極值出現在 表層約 20 cm/s。圖 21 靠大陸一側，很明顯可發現一道南向的海流，
且從表層至底層皆是，中心流速約-20 cm/s（朝南），寬 20 Km，厚 度約 50m。
TSNOW 的結果（圖 20），澎湖西邊到 118.5oE 之間，還是以北向 流佔優勢，所以冬季東北季風影響下，除大陸東岸是南向的沿岸流 外，海峽內還是以北向流為主。圖 22 並無發現明顯南向的沿岸流，
且得到的淨流皆與相位平均結果來得大。
5.1.5 OR3-755（2002 年 2 月）
圖 23、24 分別為 OR3-755 航次經相位平均（共兩次）與 TSNOW
（共四趟）濾潮後垂直平均淨流的結果，而圖 25、26 則是淨流在空 間分佈的等值圖。本航次測量期間為 2002 年 2 月冬季，平均風速為 -2.7 m/s（東北風）。在冬天算得上是海況良好，東北季風稍小的異 常現象，所以淨流的結果，較無法代表冬季流場的狀況。
圖 23 是相位平均的結果，可看出彰雲隆起對流出澎湖水道海流 的影響。經澎湖水道向北的海流，在出口處遇彰雲隆起的阻隔，會轉 向西北沿 50m 等深線而繞過彰雲隆起。再配合圖 11(a)、11(c)在 X 軸 119.8oE 靠台灣西岸附近，以 U 分量零值分界，此線以西大部分表 現出 U 分量＜0 且伴隨較小的 V 分量，直到 119.5o附近 U 分量始漸轉 為正值；此線以東出現 V 分量的極值（皆>40 cm/s）且伴隨較小的 U 分量。顯然海流流經此處，被分隔為兩部，絕大部分轉西北，直到 119.5oE，24.2oN 處繞過此隆起，分歧的一小支會以較大的 V 分量朝 北直接跨越此彰雲隆起。但此處結果，較無法明顯看出如（Jan et al., 2002a）所模擬的因地形影響，上層海流沿彰雲隆起的破裂帶向北跨 越，中、下層的海流則是轉西北繞過隆起。
圖 23、25 相位平均的結果顯示，流速極值皆出現在澎湖水道附 近（最大約 60 cm/s），延伸至中下層（40m）處，越向中國大陸東岸，
流速越小（小於 10 cm/s）。若以相位平均的結果為主，此時靠大陸 東岸並無南向的沿岸流，應是風速較小的因素所造成，至於此處是否 為沿岸水盤據，留待後節討論
圖 24 為 TSNOW 濾潮後淨流的結果，四次結果中圖 24 (a)(c)與 圖 23(a)而圖 24(b)(d)與圖 23(b)的結果較為相似。這是因為圖 (a) 是由第一、三趟，圖 (b)是由第二、四趟相位平均後的結果。由圖 2 可看出此測線上的潮流都不大，所以濾潮後的誤差會較其餘航次的結 果為低，因此相位平均與 TSNOW 結果間的差異不大，但模式瞬間誤差 所造成流速向量瞬間增大是無可避免的。
5.2 溫、鹽分佈 5.2.1 夏季期間
本文將月至 8 月期間定義為夏季，11 月至 3 月期間定義為冬季，
OR3-776、OR3-791、OR3-721 為夏季航次。圖 27、30、33 是這三趟 航次的位密度(σθ)、場溫（In situ Temperature）、鹽度（Salinity）
對深度的剖面圖，以及圖 28、31、34為這三個航次的溫鹽圖。其中 代表黑潮與南海水團特性之溫鹽曲線，原載於（梁，1997），黑潮水
採樣於 123oE，20oN，南海水則是 119oE，16.13oN。
剖面圖中顯示夏天海水分層較明顯，尤以水深最深的澎湖水道最 顯著（圖 33c），表層與底層溫度與密度相差 15oC 、5kg/m3，三航次
中又以八月份的 OR3-721 航次差異（層化）最明顯。
而溫鹽曲線圖中顯示，OR3-776 與 OR3-791 因觀測時間相近，所 以結果也近似。澎湖水道內的表現海水性質的溫鹽曲線都介在黑潮與 南海水的溫鹽曲線之間，應該是混合了黑潮與南海海水，溫度與鹽度 範圍約 27-24oC 與 33.5-34.5。比較不一樣之處，在圖 28f 以後，溫 鹽曲線會漸向南海的溫鹽曲線靠攏，表示由澎湖水道中線以西，南海 海水漸趨勢強，甚至接近中國大陸側的 K、L 兩站的溫鹽曲線縮至一 點且與南海海水的溫鹽特性密和。而 OR3-791 航次的結果（圖 31）
則顯示，不只澎湖水道，整個台灣海峽都與澎湖水道內的水團特性一 致，也就是此時整個台灣海峽皆是被黑潮與南海混合而成的海水所盤 據。而 OR3-721 航次，在澎湖水道內的 B、C 兩站結果（圖 34b、c）
與上述 OR3-776、791 航次結果相近，一樣在水道中線以西，南海海 水漸趨勢強，但此時在上層卻盤據著另一股較南海海水高溫低鹽
（27oC，31.5）的水團，此為中國東南岸的珠江水（陳鎮東老師，
personal communication），範圍頗廣，一直到 K 站（118.71oE，
23.65oN），然後南海水才又漸佔優勢。
圖 29、32、35 為這三個航次的溫、鹽度在剖面上的等值分佈圖。
圖 29 與 32 在 119.3oE 以西（約澎湖群島西南）附近，澎湖水道內中 層的 23∼25oC 的等溫線，有向西向海面抬升的趨勢，並在澎湖西邊 呈現一個冷水團的中心，很類似水道內的中層水會向澎湖群島的西邊 流竄並做湧昇的現象。圖 29 是 OR3-776 的結果，冷水團分佈範圍較 窄。圖 32 是 OR3-791 的結果，冷水團在海表面影響的範圍變寬了，
並且直接將表層高溫的海水推開，形成兩個高溫中心（澎湖水道與海 峽中線）。此冷水團是否為湧昇所造成，尚待確認？
圖 35 是 OR3-721 航次溫鹽在剖面上的等值分佈圖，澎湖西邊表 層盤據一股高溫低鹽的珠江水，所以類似 OR3-776、791 結果的淡水 沒在在海表層發現，而是沈於 30 m 以下的水層。至於珠江水盤據的 機制，非本篇所討論的重點。
5.2.1 冬季期間
OR1-672、OR3-755、OR3-851、OR3-824 此四次航次皆屬冬季，
除 OR3-755 航次東北風較小以外，其餘皆在東北季風（＞8 m/s）強 烈吹襲下執行探測。圖 36、39、33、41、43 與圖 37、40、42、36、
44 為四個航次各 CTD 測站的密度、場溫、鹽度對深度的剖面以及溫 鹽曲線圖。
由 OR1-672、OR3-851 與 OR3-824 三趟航次的場密度對深度剖面 圖中顯示，澎湖水道（圖 36、39、41 中的 a、b、c 站）在冬季時，
分層並不強烈。而溫鹽曲線圖中此三站（圖 37、40、42、的 a、b、c 站），曲線的分佈都介於黑潮與南海水團的溫鹽曲線之間，可推知澎 湖水道內的海水在冬季應是由黑潮與南海海水混和，溫度約 21∼23oC
（較夏季的水溫低），鹽度 34.5。
而澎湖群島南方至其西方（圖 37，d-i），水團特性與澎湖水道 內相近，且因水深淺，所以溫鹽分佈常趨於一點，無上下層之分。溫 度與鹽度分佈約從 18∼21oC，34.5。所以此時海峽內從澎湖水道以西 到 118.5oE 這一部份的水團性質較一致性。
從 118.5oE 以西（圖 37，j-l；圖 40，j-k），水團的特性與澎湖 群島附近或水道內的迥然不同。溫鹽分佈從 21∼14 oC，34.5∼30.3。
從溫度、鹽度對深度的剖面圖中，此處水深僅 50m，就有溫鹽分層的 變化，尤以溫度至水深 30m 以下竟呈現逆溫（上冷下熱）的情形，最 為明顯，甚至越接近 118.5oE（圖 37，j）越顯著，上下層溫鹽度差 最大達 5oC 與 4。此區的溫鹽曲線延伸頗長，越往大陸沿岸，溫鹽曲 線的越趨縮短並特性趨向低溫低鹽低密度，越偏澎湖一側則相反。可 以 推 論 出 ，此 區 的 水 團 應 包 含 了 澎 湖 水 道 內 之 黑 潮 南 海 混 合 水 (23oC，34.5 psu)，與中國沿岸水（14oC，30.3psu），是兩水團相交
界的區域，分層明顯，低溫低鹽低密度的中國沿岸水會盤據上層，以 下則是黑潮與南海的混合水。發生混合的深度越靠中國大陸越深（30 m），靠澎湖西側則較淺（15 m），越靠中國大陸東岸沿岸水的比例越 大。
圖 38 為 OR1-672 航次溫、鹽在剖面的等值分佈圖。在 118.8oE 附近，出現一鹽度的鋒面，越往西鹽度越小，118.8oE 應是中國沿岸 水的影響範圍最遠之處。除沿岸流盤據的海峽西半部外，其餘各處的 溫度與鹽度變化都不大，此時海峽內的海水性質較為一致性。
若依圖 17 或 6.1.4 節所展現與描述的淨流場來看，冬季澎湖群 島影響北向海流而使其分歧的作用依舊存在，但此時在溫度等值圖中 並未在澎湖西南方發現有類似 OR3-791 航次中淡水盤據的情形，還需 更多的實驗數據來探討此冷水團的時空變化。
圖 43、44 為 OR3-755 航次的溫鹽密度對深度的剖面圖以及溫鹽 曲線圖。由於圖 43 中，1∼5 的測站其溫鹽密度隨深度並無太大層化，
圖 44 的 1∼5 測站的溫鹽特性亦接近，也都屬於黑潮與南海的混合 水，與 OR1-672 航次的結果類似所以不再多述。圖 45 是 OR3-755 航 次的溫鹽在剖面的等值分佈圖，圖 45 台灣西岸到 119.1oE 鹽度與溫 度變化不大，119.1oE 以西就已經開始出現鹽度的峰面，比起 OR1-672 航次（圖 38）的結果，中國沿岸流影響的範圍更廣了。若搭配圖 23
垂直平均的淨流流矢圖，可發覺此一區域的海流皆是朝北，與所熟知 南下的沿岸流流向不同。
目前僅能大膽的假設，因為 OR3-755 航次觀測期間的平均風速僅 2.7 m/s（東北風），比起 OR1-672、OR3-851 等航次風速算是很弱，
所以原本因為季風影響而南下的沿岸流，因東北風速減弱，被北向海 流抑制而累積，若北向流的能量持續佔優勢，最後會一股腦將累積的 沿岸水往北推，並橫向蔓延開來，就可能造成沿岸水的影響範圍變 廣。但因為測站位置與 OR1-672、OR3-851 等航次略有不同，是測站 測線等設計的影響，才造成這樣特殊的結果，還是真如以上假設所敘 述的，還需要長時間的觀測累積，方能進一步的查證。
5.3 浮標漂流軌跡
我們在 OR3-776（2002 年 5 月）與 OR3-824（2002 年 11 月）航 次途中各分別施放一顆浮球，用以觀測台灣海峽內冬夏兩季表層流場 的概況。圖 46 為其漂流軌跡。
2002 年 5 月 ， 浮 標 由 澎 湖 西 方 開 始 逐 漸 漂 向 新 竹 桃 園 海 岸 ， 再 沿 等 深 線 流 向 海 峽 北 方 ， 海 峽 內 的 平 均 流 速 約 46.3 cm/s。然 後 在 台 灣 北 方 海 域 滯 流 多 日（ 5/23∼ 5/27）再 逐 漸 流 往 台 灣 東 北 角， 可 惜 此 時 因 電 力 不 足 而 停 止 發 送 信 號， 否 則 應
可 看 到 黑 潮 的 影 響 。
2002 年 11 月浮標漂流期間僅達 11 天 ，其後就發生故障。
結果顯示，在 11 月東北季風盛行期間 澎 湖 水 道 內 仍 為 北 向 海 流
（ 流速約 68.3 cm/s）， 其 後 受 彰 雲 隆 起 的 地 形 影 響 隨 之 偏 轉，
因 東 北 季 風 強 烈 吹 襲， 減 弱 的 北 向 海 流 無 力 使 浮 標 由 隆 起 的 破 裂 帶 跨 越 海 脊， 幾 番 拉 據 後， 逐 漸 流 回 澎 湖 西 北 方 ，再 稍 微 的 滯 留 ， 最 後 沿 彰 雲 隆 起 的 邊 緣 向 北 繞 過 隆 起 並 逐 漸 流 回 台 灣 西 岸 。
夏季海峽內為朝北的海流，已是眾所周知，然而在東北季風強勁 的季節，澎湖水道往北的流速依舊很大，如此結果與之前以模式或相 位平均方式所觀測的流場（OR1-672 與 OR3-851 航次），亦能吻合。
六、 討論
6.1 四季的流量變化與風的關係
表 3 為各航次探測時間、風速與流量值。綜合以上分析結果，一 年四季淨流與淨流量皆朝北，不僅流速極值出現在澎湖水道，流量亦 大部分集中在此，大約佔了台灣海峽整體流量的 70∼75％。雖然 851 航次因海況惡劣，僅完成澎湖水道和澎湖以西部分的測線，無法以相 位平均方法求得海峽的完整流量，但若以澎湖水道內流量(0.4 Sv) 推估，此時台灣海峽內流量約為朝北 0.5 Sv。綜合本研究所有航次 資料顯示，台灣海峽流量變化約 0.5∼2.5 Sv（相位平均結果，正值 表由南向北傳送）。
單由冬季的航次，可推估出冬季的中國沿岸流大約寬 20 km，深 度從海表層一直到底層皆是（約 50 m），中心流速約 20 cm/s，流量 約-0.2 Sv。
Lin et al. (accepted) 利用橫跨台灣海峽數個錨碇式 ADCP，
觀測出台灣海峽在冬季的流量約-5∼2 Sv，其平均值為 0.12 Sv，標 準差約 0.33 Sv，與烏坵風速的相關係數為 70﹪，海峽冬季大部分時 間海水還是往北輸送，但季節內瞬時風場的改變，造成瞬時流量的變 動率甚大。我們冬天僅有的三趟航次（755、672、851），所計算的流 量值（2.3∼0.5 Sv）也落在 Lin et al. (accepted) 的範圍內。Lin
et al. (accepted) 也指出當烏坵的風速約達 15 m/s 以上時，方可 漸將流量轉為負值（往南輸送），但研究船卻難以在此風速影響下安 全作業，所以我們實驗中難以測得向南輸送的流量。因此我們船測的 結果，只能視為幾次瞬間的結果，雖然錨碇資料可以量測較長的時間 序列，但船測資料卻可在水平方向有較高的解析度。
Wang et al. (2003) 利用 1999-2001 年間的 sb-ADCP 流場資料，
搭配 spatial least-squares 方式濾潮，全年台灣海峽流量變化約 0.9∼2.7 Sv，此結果與本文的 0.5∼2.5 Sv 接近。Wang 在其文中亦 迴歸出風速與流量的相關方程式
42 . 2 ) / ( 12
. 0 )
(Sv = ×風速 m s +
流量 …………式(2)
此處風速風向皆順時針旋轉約 30o以平行台灣海峽主軸，西南風取 正，東北風則相反，而風速與流量間的相關係數約 74﹪。
圖 47 為本研究各航次流量與風速、風應力的相關圖。黑實線為 利用平行台灣海峽主軸風速（或風應力）為自變數與流量為應變數所 迴歸出的線性方程式，風速資料是取自中央氣象局的東吉島氣象站，
風應力則是以 Large and Pond (1981)的公式求得，利用相位平均方 式計算出的流量與風速間的相關方程式如下
03 . 2 ) / ( 14
. 0 )
(Sv = ×風速 m s +
流量 …………式(3)
此處風速風向描述如式(2)。相位平均的結果相關係數約 95％，高於
模式結果的 84﹪。
當上述(2)與(3)式用於描述台灣海峽流量與風之關係時，Wang et al., (2003) 所計算的流量皆比本文所提出之式(3)的結果來得 大，應該是 Wang 所使用的 ADCP 航次的流速資料，皆是在天氣狀況 較好，東北季風較小的情形所測得的，而本文中冬季有幾次實驗是在 東北季風強勁的情況下實施，所以平均流量來看本文的結果會略低於 Wang et al., (2003)的結果。
式(4)是流量與風應力間的相關方程式 04
. 2 ) / ( 74
. 13 )
(sv = ×風應力 N m2 +
流量 …………式(4)
流量與風應力間的相關係數，相位平均的結果高達 100%，因為數值 有限，所以相關性近乎 1，而 TSNOW 所計算的流量與風應力的關係亦 提升到 93%，比風速與流量的相關係數為高，應該是風速要影響到海 流尚有一段時間的延遲，所以風速與流量的關係比風應力對流量的關 係稍低。依式(4)當風應力達到 0.15 N/m2 時(約東北風風速 10.5 m/s)，台灣海峽內的流量才會向南輸送。但這樣的天氣情況下，要出 海探測較為艱辛，所以冬季要利用船測來測得一個代表冬季流量的量 值，有其困難之處。
6.2 誤差的估計
相位平均的濾潮方式，假設儀器誤差忽略的情況下，主要誤差來 自殘餘潮流（全日潮），以及行船的時間延遲誤差所造成的誤差。
為 估 計 殘 餘 潮 流 ， 我 們 利 用 李 忠 潘 老 師 （ personal communication）提供的金門附近的定點海流儀的流速資料（2003 年 1 月 11 日起，共 2160 小時），經調和分析後可得到各主要分潮的流 速，M2分潮流速約 50 cm/s，K1+O1的總流速約 10 cm/s。因全日潮的 主要分潮為 K1與 O1，且在 2.2 已討論過海峽東西兩岸的全日潮振幅大 約相同，因此就以金門定點海流儀流速資料經調和分析後所得的 K1+O1 的流速(10 cm/s)， 來當作殘餘潮流所造成的誤差。
至於行船時間誤差方面，僅在 851 航次中有一段誤差達 10 分鐘 之久，其餘皆在 2 分鐘以內。而海峽東岸的 M2分潮流速約 80 cm/s（林 等，1997），西岸約 50 cm/s，取其平均，海峽內的平均半日潮流速 約 65 cm/s。因此，因為行船時間延遲所造成的誤差可以用下式估計 出：[(2 分鐘/372 分鐘（約 6.2 小時）)×65 cm/s]/2。所以相位平均方法濾 潮後，因船行時間延遲對淨流流速所造成的誤差約 0.2 cm/s。
綜合以上，本文利用相位平均濾潮後所計算的淨流量值平均誤差 約為±0.3 Sv(10.2 cm/s × 通過面積)。
而模式誤差的估計，因時因地會有所不同，難以一一做驗證，所
以只取其準確度的平均，約 70％（Jan et al., 2001, 2002b）。
6.3 異常流況的特例
如前所述，在強盛的冬季季風時期，南下的中國沿岸流與北上的 黑潮水會造成海峽內的朝北淨流量很小，甚至為零，因此，Liu et al.
(2000)根據 1997 年 3 月的一次探測，很驚訝地發現當時台灣海峽的 流量為朝北 2.74 Sv，與一般公認的 0∼0.2 Sv 相去甚遠。Chen (2003) 則指出，因為在探測的那幾天，原本強烈的東北季風卻忽然停止吹 襲，轉而代之的是微弱南風，使原本應在冬季往南流的中國沿岸水隨 之轉向，促使向北的傳輸量忽然加大。
本文中 2 月份的 755 航次，在探測期間卻恰好強勁的東北季風轉 弱只有 2.7 m/s，而 755 航次所得到的流量達向北 1.9 Sv，由圖 45 溫鹽等值分佈圖也可於靠中國大陸一側發現低溫低鹽中國沿岸流，再 配合圖 23 或圖 25，可知此時的中國沿岸流並非以往熟知的往南流，
而是朝北，此結果也說明了在冬季裡由於風速的突然減弱，會造成朝 北流的突然加強，但是這應該只是一個偶發的現象。
另一方面，本文中 5 月份的 776 航次，觀測期間為夏初，按照常 理應該是吹微弱的西南季風，但觀測期間卻是吹微弱的東北風（3.0 m/s），結果所觀測到的流量為 1.8 Sv，與 755 航次的結果，2.7 m/s
的風速與 1.9 Sv 的結果可互為比較。上述結果證明，季節內風場的 異常變化，對台灣海峽內流量的變化，有其影響力。
6.4 台灣海峽的水團來源
圖 48 為 Liang et al. (2003) 以 9 年的 sb-ADCP 的流場資料合 成台灣附近的流場圖，發現黑潮一年四季皆會入侵南海。當黑潮流經 呂宋島東北方，主軸會繼續向北流經過呂宋海峽。而西側會有一分支 於呂宋海峽中部轉西北入侵南海，並擠壓呂宋島西方北向的南海水，
使之逆時針偏轉向西而流，並逐漸與入侵的黑潮分支混合，然後受大 陸斜坡影響，分南北兩支。北分支則以順時針方向流經台灣西南，一 部分由台灣南端再匯入黑潮主流，一部分則沿澎湖水道北上。
我們所有航次在澎湖水道內定點的海水 CTD 採樣，其溫鹽曲線的 分佈，均類似於黑潮與南海的混合水，其結果與 Liang et al. (2003) 所提之結論相符。而此股水團不僅四季流經澎湖水道，且在夏季更蔓 延整個台灣海峽（圖 31，OR3-791 航次）。冬季則因為隨季風南下，
低溫低鹽的中國沿岸水盤據澎湖群島以西海域的上層，才迫使此股水 團而沈於中下層。
至於黑潮與南海海水混合的比例與其相互間的關係，以及 721 航 次盤據在澎湖群島西側附近上層高溫低鹽的水團，因我們的資料有
限，且並非此篇論文的重點，在此不多做敘述。
6.5 流量與水位的關係
Jan et al. (2003) 利用相位平均方法濾潮來求得澎湖水道流量 隨季節的變化，並指出流量與澎湖—高雄間的水位梯度有高度相關。
本文亦參考其作法，選擇金門、高雄兩港口的潮位資料，經品管後先 扣除平均海平面高度，再取 cutoff-period 為 90 天的低通過濾，求 其兩者間的梯度（水平距離約 275 km）。
圖 49 為平行海峽主軸風應力的月平均值、月平均水位梯度與各 航次流量的相關圖。Jan et al. (2003) 指出，當冬季東北季風強勁 時，澎湖水道內不僅因風的抵銷使向北的流量減弱以及海底摩擦力效 應，會使澎湖的水位凌駕高雄，夏季則相反。圖 49 中端看風應力與 水位梯度的變化，僅在梯度的極小與極大值，皆發生在東北風與西南 風的極值處，此與上述（Jan et al., 2003）的結果頗為相近。但 2001 年 11 月∼2002 年 4 月與 2002 年 9 月∼11 月，此時海峽內依舊 是吹北風，但高雄的水位卻已高於金門，海峽兩岸的水位梯度似乎不 只有風場的影響。而流量與海峽東西兩岸水位間，也較無線性的關 係，僅 TSNOW 結果所計算的流量與水位梯度間的相關係數達 0.78，
主要原因應該是 TSNOW 模式是由南北兩端水位差所推動的，而相位平
均所測得的流量與水位的相關性較低。
計算高雄—金門的水位梯度，是假設海峽內的流量是地轉流所造 成的，但以圖 49 的結果，這假設有需要做進一步的更改，若是沿海 峽主軸南北向來挑選水位站做水位與流量間的關係，也許可以更明瞭 風、流量與水位間的相互影響的機制。
七、 結論
1.本文經相位平均濾潮後的淨流場隨季節的變化，如圖 50 所示，圖 50(a)、(b)分別為夏季西南季風與冬季東北季風影響下的流場示 意圖。一年四季皆有黑潮與南海海水沿澎湖水道北上，遇到澎湖 群島後會分歧為兩支，主流沿著水道，支流則轉西北繞過澎湖繼 續北上。因夏季測線設計只涵蓋台灣西南岸到金門，所以圖 50(a) 只繪出此一區域結果。但依（Jan et al., 2002a）的結果，相信 夏季中，澎湖水道內北上的海流，遇彰雲隆起 ，亦會發生如圖 50(b)，海流會因彰雲隆起的影響，分為兩部份，一小支流直接由 隆起的缺口跨越繼續向北流；另一主流則沿隆起的邊緣繞過繼續 朝北流。夏季海峽內的流速極值出現在澎湖水道內的表層，約大 於 60 cm/s（朝北）。
2.冬季在東北季風的影響下，海峽內大部分依舊是朝北的海流，澎湖 群島與彰雲隆起對海流的影響如上段所述，雖然流速極值亦出現 在澎湖水道，比起夏季小了許多，僅約 20 cm/s。此時海峽西部較 夏季情況，多了趁風勢南下的中國沿岸流，寬度、深度與速度約 20 km、50 m 與 20 cm/s(西南流)，流量約-0.2 Sv。
3.以溫鹽曲線判別，可發現夏季黑潮與南海的混合水盤據整個台灣海 峽；在冬季時，海峽西邊會多了因東北季風影響而南下的中國沿
岸的淡水，而海峽東邊則依舊還是黑潮與南海的混合水佔據。
4.海峽內的流速極值皆出現在東邊、水深較深的澎湖水道，海峽內的 流量亦集中於此，約佔總流量的 75﹪。夏∼冬流量的變化為 2.5
∼0.5±0.3 Sv，且與風應力有將近 100﹪的相關性（相位平均）。 而流量與風應力呈如下的線性關係：
04 . 2 ) / ( 74
. 13 )
(Sv = ×風應力 N m2 + 流量
5.海峽的流量亦出現季節內的變化。755 航次與 776 航次雖然各自的 探測期間為冬季與夏季，但卻都吹微弱的東北風（755 為-2.7 m/s，
776 為-3.0 m/s），使得 755 航次所量測的流量為 1.9 Sv，比起冬 季中 851 等航次要大許多。而 776 航次所得到的流量是 1.8 Sv，
雖然探測期間為夏初，但因為東北風風速較 775 航次為強，所以 得到的流量亦比 755 航次的結果稍小。所以季節內風場異常的影 響，亦不容忽視。
6. TSNOW 提供了較快速但誤差稍大的濾潮方式。若要使用 TSNOW 濾 潮，則其測線的設計，要盡量避開模式的邊界或地形複雜不易解 析的地域，且測線要連續不要分段，這樣會使濾潮後的誤差降低。
7.相位平均方式濾潮雖耗時耗力，若時間、海況等因素能掌握，則能 提供較好的濾潮結果。若想用相位平均來觀測海流的結構，測線 設計應盡量縮短，且時間要能準確掌握。至於到底取多少個半日
等航次取 1／2 M2分潮週期（6.2 小時），是不錯的選擇。
8.由於研究船出海時間有限，雖然能夠在探測的時間內沿測線取得大 量的流速資料，但卻無法做長時間的觀測，所以必須累積到相當 數量的航次資料，方能做較長時間流場的判斷，這是利用船測較 為人弊病之處。除此之外，此篇論文尚存如下幾個問題等待解決。
第一，因為冬季海況往往不佳，能夠出海探測必是在氣象因素允 許的情況下，但所取得的流速資料，難免較無法代表冬季大部分 時間的流場。第二，本文中利用溫鹽特性所觀測到澎湖西邊類似 湧昇的淡水，以目前的資料豐富度，尚無法對其做有效的證明，
更別說討論其發生機制與季節的變化。第三，海峽風場、流量與 南北水位梯度之間的相互影響的機制，目前無法得到系統性的答 案。
