學位論文
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Item 使用數值模擬深入了解颱風引起臺灣東北海域降溫(2023) 吳欣茹; Wu, Hsin-Ju夏季颱風通過後，多次在臺灣東北角龍洞外海引起海表溫下降。2001~2020年18個第5類颱風中有3個颱風路徑十分相似，分別是2001年的尤特(Utor)、2008年的如麗(Nuri)和2008年的哈格比(Hagupit)。然而透過龍洞浮標海表溫資料觀察發現這3個颱風對龍洞海域造成的降溫幅度卻差異甚大，尤特颱風期間下降最多達8.8℃，如麗期間降溫為2.7℃，而哈格比期間海表溫下降幅度僅1.4℃。前人文獻指出，臺灣周遭海域颱風引起之海表降溫與颱風行進軌跡間有良好之關係，為了進一步釐清為何相近軌跡之颱風卻引起近岸海表溫降有如此顯著之差異，本研究使用區域海洋模擬系統模式(Regional Ocean Modeling System, ROMS)，重建此三相近軌跡颱風個別引起之上層海洋響應。同時，為了瞭解潮汐可能對颱風引起降溫過程造成之影響，本研究於數值實驗中亦納入了潮汐作用。透過實驗設計以及熱收支守恆方程診斷分析，探討各物理過程對三個颱風期間海表降溫所造成之影響。模擬結果顯示在尤特颱風期間，東海黑潮入侵最為顯著，亦驅動較強的次層冷水抬升，進而導致較大幅度的海表溫降，如麗東海黑潮入侵幅度最小，次層冷水抬升較不明顯，海表溫降幅度亦較弱，表東海黑潮入侵在近岸海表溫降中扮演著重要的角色，而模擬在納入潮汐效應會強化冷卻響應，並使其更接近真實情況。這三個相似路徑和強度的颱風在臺灣東北海域引起不同的區域風，尤特期間龍洞海域出現強東北風，為三者之中最有利於東海黑潮入侵之風力條件，此與颱風半徑有關。另外，從理想實驗可以得知區域風為主要驅動東海黑潮入侵的因素，海洋的部分初始場對降溫影響較小，潮時則影響較為明顯。熱收支分析結果顯示，三個颱風降溫過程溫度變化主要是受到垂直平流項影響，而潮餘流則會透過垂直平流項強化近表層的冷卻響應。最後，當颱風移動至南海時，流向轉為西北，進而造成臺灣海峽流速增加，流速快且溫暖的臺灣海峽流流經龍洞海域，使海表水溫回復。Item 西北太平洋颱風是否因黑潮而變強？(2021) 何欣勇; He, Hsin-Yung1945年以來，西北太平洋每年平均有29個颱風生成，其中每年約有8個颱風會侵襲臺灣，進而使臺灣居民生命財產安全；而這些颱風在侵襲臺灣之前，有很大的比例會通過北太平洋的西方邊界流：黑潮。筆者回顧論述颱風與黑潮交互作用，大部是基於單一颱風案例的討論，是故筆者以長時間、大量數據的統計，並輔以將黑潮分區討論其颱風通過黑潮之後的改變。筆者發現颱風通過黑潮的次數逐年增加，且約有30年的週期變化；颱風停留在黑潮的時間也有逐年增加的趨勢，並輔以40年的週期；而這些通過黑潮的颱風的在大量統計之下，發現颱風本身中心氣壓升高、最大一分鐘持續風速降低，亦即颱風通過黑潮後是減弱其本身的強度，且減弱的幅度有10年的周期性，而其減弱趨勢則發現數值逐年減少，換言之颱風通過黑潮後雖減弱強度，但變弱幅度逐年減少。若分區觀察，颱風在通過各區的黑潮大都為減弱強度的情形，惟颱風通過臺灣東方海域黑潮與日本南方海域黑潮的風速減弱幅度是最高的兩區，共通情形是此兩區都會讓颱風通過黑潮時接觸到陸地；另四區的減弱趨勢是逐年縮小。再者，討論黑潮海表面溫度是否颱風的強度有關，筆者統計後發現關聯不大，但有趣的是日本南方海域之黑潮的海表面溫度上升是四區內最快的，但其颱風減弱程度變小當中。Item 西北大西洋與太平洋環流研究(2011) 張育綾; Yu-Lin Chang西北太平洋與大西洋邊緣海有著世界上最具能量的海流。 本研究旨在於利用模式與觀測的數值分析來了解西北大西洋與太平洋的動力過程。西北太平洋鄉會著重於墨西哥灣，藉由風驅動下的物質與熱量平衡，我們發展了一套理論來解是墨西哥套流產生不同週期渦旋的原因，上下層海洋之間的耦和與交互作用。在應用上，本研究模擬墨西哥灣在2010年發生了嚴重的漏油事件。 在西北太平洋的研究上，首先研究在風作用在強流的渦度場下產生的小尺度垂直運動，並將此應用在東海陸棚邊緣的黑潮。 利用29年的潮位站與衛星風場與高度場資料來分析黑潮過去的季節與年際變化，結果發現黑潮的流量變化與副熱帶反流所產生的渦旋有密切的關係。西北太平洋的風的震盪影響了黑潮流量變化、渦旋產生的年紀變化。此震盪在此定義為"菲律賓-台灣震盪"，我們認為此振盪可以為西北太平洋年際變化的動力連結。Item 台灣周邊海域海流之數值研究(2008) 辛宜佳; Yi-Chia HsinA multiple grid-size nesting ocean model system is developed in this work to perform studies on the variations of the flow in the Taiwan Strait and the Kuroshio east of Taiwan. The transport in the Taiwan Strait is studied using the East Asian Marginal Seas (EAMS) model. Three model experiments using different wind data sets (ERA40, NCEP Reanalysis version 2, and QuikSCAT/NCEP blend wind) were performed. Model experiments suggested that the best simulation is achieved when the model is driven by the QuikSCAT/NCEP blend wind forcing. Involving the strong wintertime southward flow events in the Taiwan Strait, the annual averaged modeled transports through the Taiwan Strait is 1.09 Sv (1 Sv=106 m3/s). The result suggests that shipboard Acoustic Doppler Current Profiler (sb-ADCP) observations are biased toward estimates in summer and fair weather since bad weather during the winter northeast monsoon often prevents seagoing observations. Linear regression lines are also proposed to give simple relations between transport and wind stress for roughly evaluating the transport through a known wind stress value. The spatial and temporal variations of the Kuroshio east of Taiwan are investigated using model outputs, surface drifter trajectories, satellite-based altimetric data, and wind data. From the simulation of the EAMS model over a span of 24 years from 1982 to 2005, the variability of the Kuroshio east of Taiwan is studied in detail. Between 22 and 25°N, the mean state and variability of the Kuroshio, such as the two paths observed in the trajectories of surface drifters southeast of Taiwan and the branching of the Kuroshio northeast of Taiwan, are well reproduced by the model. Southeast of Taiwan, the Kuroshio is mostly in the top 300 m in the inshore path but extends to 600 m in the offshore path. Northeast of Taiwan, the Kuroshio follows the shelf edge in the East China Sea, but sometimes branches along a path south of the Ryukyu Islands. The latter path often meanders southward, and a significant portion of the Kuroshio transport may be diverted to this path. The Kuroshio extends from the coast to 123°E ~ 123.5°E between 22°N ~ 25°N with currents reaching a depth of 1000 m at some latitudes. The Kuroshio transports averaged over five sections east of Taiwan are 28.4 ± 5.0 Sv and 32.7 ± 4.4 Sv with and without the contribution from the countercurrent, respectively. Using satellite data and the Seas Around Taiwan (SAT) model simulation, the intra-seasonal variation of the Kuroshio southeast of Taiwan is further studied. Superimposed with the main stream of the Kuroshio, two intra-seasonal signals longer than 2 weeks are revealed in the study region, 20 ~ 30 days and 40 ~ 90 days. The variation of 20 ~ 30 days is only significant between Taiwan and the Lan-Yu Island. Amechanism is proposed to describe how the wind stress curl in the northeastern South China Sea modulates the circulation southeast of Taiwan on this timescale. The fluctuation with a longer period of 40 ~ 90 days is resulted from the westward propagating eddies.Item 臺灣東部外海氣旋渦引起黑潮截斷之研究(2019) 劉宗銘; Liu, Tsung-Ming本研究探討氣旋渦西移至臺灣東部外海，撞擊黑潮後，對黑潮造成的影響。研究結果顯示，在研究期間 (1993年1月至2016年4月)，衛星高度計資料指出，氣旋渦西移至臺灣東部外海 (123°E) 共發生18次，並且其中8次發生後有伴隨黑潮入侵呂宋海峽事件。氣旋渦西移路徑大致可以分3種：(1) 從呂宋島東側往西北移動(18°N~20°N) (2)從呂宋海峽東側向西移(20°N~22°N) (3)從臺灣東部外海西移(22°N~23°N)。本研究針對第三種氣旋渦移動路徑：從臺灣東部外海西移的氣旋渦事件進一步分析，發現當氣旋渦西移至123°E時，臺灣東部外海的黑潮受到氣旋渦影響，導致黑潮向北的流速減弱，隨後在黑潮上游處發生黑潮入侵呂宋海峽事件，並在臺灣西南產生順時針渦流。另一部份黑潮則向東沿著氣旋渦以逆時針方向向北流動，與Kuo& Chern (2011)有相同的結果。氣旋渦由黑潮東邊向西傳遞時，向西移動到經度123°E氣旋渦強度就會開始減弱，可能是受到黑潮北向流的影響而減弱並往北移，與Liang et al. (2003)所定義的黑潮東邊邊界123°E相符合。進一步用ROMS模式（Regional Ocean Modeling System）模擬，也同樣發現氣旋渦西移到臺灣東岸撞擊黑潮後，臺灣東岸的黑潮流速減弱，且發現黑潮上游有入侵呂宋海峽的現象，在臺灣西南也發現一順時針渦流產生。由ROMS模式結果輸出的地轉流場，計算呂宋海峽區域內的渦度情形，發現當氣旋渦碰撞黑潮時，渦度值從低值有顯著增加的現象發生，為黑潮入侵呂宋海峽所造成。進一步藉由渦度變化來解釋黑潮入侵呂宋海峽現象，當氣旋渦西移撞擊黑潮，導致臺灣東岸的黑潮向北流速減弱，進而造成呂宋海峽東側的黑潮流速減弱，使得呂宋海峽區域的渦度產生改變(正渦變小)，為了維持區域內渦度守恆，因此黑潮向西轉而入侵呂宋海峽(正渦增加)。Item 台灣東北海域之模式流場分析(2005) 盧鴻復; Hung-Fu Lu摘要 黑潮是北太平洋最為重要的洋流之一，北赤道流西流碰到陸地後，向北流的一支稱為黑潮，途經菲律賓東岸、呂宋海峽與台灣東部海岸向北方流動，持續輸送具有高溫高鹽特性之熱帶海水至中高緯度地區。當黑潮行至台灣東北部海域時，由於受到呈東西走向之東海陸棚邊緣地形影響，迫使黑潮主軸從向北流動轉變成為向東流動。此處的地形十分複雜，黑潮經台灣東部數千米的水深而來，到達宜蘭外海時先跨越過數百米深之宜蘭海脊，再進入深達兩千米之沖繩海槽南端，之後便遭遇200米高聳之東海陸棚而被迫轉向。過去的觀測發現，在此黑潮轉折處之上層有時會有產生一低溫冷水區域。根據前人的研究，在這個區域裡，冷水團的來源是湧升上至表層的次表層黑潮水，且整層海水都呈現氣旋式的渦漩。表層的反時針冷渦具有季節性的變化，其變化的主要的原因來自於相對應週期的黑潮東西向擺動。 受到冬季海上作業困難的影響，該區域冬季的觀測資料目前所得有限，因此，本研究使用時間與空間四維之數值模式資料來對此海域的流況進行深入之分析與瞭解。我們使用普林斯頓海洋模式（Princeton Ocean Model，POM） 作為基礎，建構了一個範圍在110.5°E到126°E、13.5°N到28°N，空間水平解析度達 1/20° 的北南海數值模式 （Northern South China Sea Model），並利用這個模式來對台灣東北海域小尺度的海洋運動進行模擬。北南海模式運用巢狀箝合的方法，使用大範圍模式 （East Asian Marginal Seas Model） 的模擬結果作為初始與邊界條件，再以北南海模式的模擬結果來分析台灣東北部海域1999-2003年的水文與流場。 北南海模式成功地重建了台灣東北海域的流場與水文狀況。模式模擬的黑潮入侵東海陸棚現象、台灣海峽出口的海流以及東海陸棚上的流場等，都與過去觀測的結果相當一致，本研究也進一步利用模式資料在時空分布上的連續性優點來探討該海域季節內變化的因子。經過檢視與分析模式輸出的結果，發現在冬季某些時間該海域表層仍然有冷渦反時針流場的出現。為了排除季節性變化的影響，利用調和分析的方法進行去除365天的週期變化，再以EOF進行分析表層20公尺的海水溫度後，得到約30天的季節內變化週期，這個變化週期與黑潮東西向擺動的週期相當接近 （也約在30天左右），因此台灣東北冷渦的表層流場除了文獻所提到的季節性變化週期以外，其季節內變化週期應為30天左右，且其季節內流場的變化也應是受黑潮的季內擺動週期所影響。