>>>研究成員>
工作專長：微波雷達訊號及資料處理，漂流浮球設計與開發，數值模式設計與開發等
最高學歷：國立中央大學博士
電子郵箱：hadawolf@gmail.com
辦公地址：科一館S358研究室，分機65670
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工作專長：內陸棚及河口混合與擴散特性觀測研究
最高學歷：國立中央大學博士
電子郵箱：zyz@mporg.tw
辦公地址：科一館S358研究室，分機22576或65670
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工作專長：行政事務等
最高學歷：國立成功大學碩士
電子郵箱：sunpei@mporg.tw
辦公地址：科一館S358研究室，分機65670
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工作專長：微波雷達訊號及資料處理，漂流浮球設計與開發，自動化設計與開發等
最高學歷：國立成功大學碩士
電子郵箱：navynco@gmail.com
辦公地址：科一館S358研究室，分機65670
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工作專長：計畫經理、潛水等
最高學歷：國立成功大學碩士
電子郵箱：cycuwall@gmail.com
辦公地址：科一館S358研究室，分機65670
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工作專長：科技部計畫經理、海上調查、長期水質監測站維護等
最高學歷：國立中央大學碩士
電子郵箱：jim109344@gmail.com
辦公地址：科一館S358研究室，分機65670
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工作專長：海上調查、MIKE-21模式運行等
最高學歷：國立高雄科技大學碩士
電子郵箱：changwei0709@gmail.com
辦公地址：科一館S358研究室，分機65670
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研究方向：高頻地波雷達訊號及資料處理
最高學歷：Master of Hanoi University of Mining and Geology
電子郵箱：toandd@nuce.edu.vn; duytoan51.dhxd@gmail.com
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：海洋觀測資料處理與分析，數值模式應用與資料分析
最高學歷：國立中央大學碩士
電子郵箱：zhanglin09hk@gmail.com
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：Ocean surface parameters and their interaction with the wind using satellite data, developing algorithms and numerical models to process satellite and oceanographic data
最高學歷：M.Tech (Remote Sensing and GIS) Gold Medal,DRDO-BUCLS,India. M.Sc(Ocean Science and Technology),CAS in Marine Biology, Annamalai University,India
電子郵箱：oceanathick@yahoo.co.in
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：GNSS
最高學歷：國立台灣海洋大學學士
電子郵箱：q502211@gmail.com
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：Sediment transport
最高學歷：Bachelor of Ho Chi Minh City University of Science
電子郵箱：hangnlt1818@gmail.com
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：雷達
最高學歷：國立中央大學學士
電子郵箱：nash0916nash@gmail.com
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：LiDAR、漂流浮球資料分析
最高學歷：國立臺灣海洋大學學士
電子郵箱：108626003@ncu.edu.tw
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：Wind-generated wave, Arctic sea ice
最高學歷：B.Sc on Department of Physics Concentrated on Geophysics, Universitas Indonesia
電子郵箱：irawan.yadi@gmail.com
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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研究方向：雷達資料分析與處理
最高學歷：國立台灣海洋大學學士
電子郵箱：andych1997@gmail.com
辦公地址：科一館S140研究室，分機65699
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已畢業學生：Nurul Tazaroh
畢業論文： 海岸帶地區海表拖曳係數與海表粗糙度（均方傾度）之相依關係
論文摘要：
海表粗糙度是控制海洋邊界層的主要因素，可以由拖曳係數來表示。另外，均方傾度（mean square slope，MSS）也是一種表征海表面粗糙度的參數。因此，本研究目的在於以ADCP觀測資料估計MSS的算法，並討論其有效性和準確性。第二，藉助岸基通量塔以渦動方差法量測海表拖曳係數。第三，探討控制大氣邊界層特性的海表粗糙度，風速和波浪參數，並討論這些參數之間的内在聯係。三維超音波風速計以渦動方差法量測紊流，進而推算拖曳係數（C_d）。風速計位於台灣西岸的TaiCOAST沿海工作站，距離平均海面15m的通量塔上。ADCP被錨定在距離永安海岸西北方向大約1.4公里的位置，被用以量測波浪數據。觀測時間為2011年5月26日到2011年6月22日。之後，方向波譜可由水位高度數據計算得出，經轉換成波數波譜後，被用以估算均方傾度（MSS）。本研究中，我們發現15公尺海表風速小於10 m/s時，拖曳係數與風速呈現正相關，當風速在10m/s到15m/s之間時，拖曳係數與風速成負相關。另外，MSS與風速呈現相關性，相關係數為0.7，p值是2×〖10〗^(-20)。與此同時，根據第二類回歸模型，拖曳係數與MSS呈現正相關，然而相關係數為0.01. 拖曳係數與均方傾度之間的對應關係離散程度較大意味著，除均方傾度之外，仍有其他參數可用來解釋拖曳係數與均方傾度的關係。因此，為探究哪些其他參數對拖曳係數的與均方傾度的關係有影響，我們做了8組實驗，每個實驗被設計爲測試一組參數來討論結果。這些參數是，潮流方向，示性波高，示性波浪周期，主波向，風速，風與波浪之間的夾角，風生波浪海表粗糙度雷諾數（wind sea surface roughness Reynolds number，Rb），以及波齡。最後，在我們探究風與波浪參數的内在關係后，我們發現Rb和波齡最適合被用以分類討論拖曳係數與均方傾度的關係，以及被用以分類討論拖曳係數與風速的關係。
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已畢業學生：曹家寧
畢業論文： 有限項目的連續水質監測應用於探討觀新藻礁區水體環境即時變化
論文摘要：
本研究之目的在於利用有限項目的監測儀器提出一監測沿岸水質環境產生劇烈變化之方法，此方法須能做即時應變之用，並探討該方法之可行性並探討桃園觀新藻礁海域之水體環境背景基線之特性，以便將來建構近岸的生態環境之即時監控系統。為此，本研究在大潭電廠進水口處堤防上建立一水質監測站，設置水質儀，平均每小時一筆之數據，輔以航測數據與岸邊採集分析水體中的溫度、鹽度、pH值、溶氧、葉綠素、濁度與營養鹽物質等項目，記錄2015年1月28日至2017年5月31日之數據，再搭配氣象資料(如：降水量、風速)來探討藻礁生態之水體環境受到颱風等極端天氣因子的影響時產生的變化；並嘗試以pH值與溶氧以及葉綠素與濁度兩組水質項目進行相關性分析，設定70%的信賴區間，假定當水體偏離區間時，即有可能為異常狀況發生，藉由此方法可提供警示並做進一步詳細分析來確認。
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已畢業學生：Sofri Ayu Isnaini
畢業論文：台灣海峽海洋塑料垃圾的輸運
論文摘要：
本研究利用拉格朗日粒子追踪演算法來表示海洋塑料碎片（PMD）的傳輸，發現台灣海峽的季節變化傳輸相互對應。預計可能軌跡的結果可用於推估源處的PMD量。首先，透過模擬216 個質點平均值並使用TORI（台灣海洋科技研究所）高頻（HF）岸基雷達測流系統所監測之海流資料(2015-2017)，可以推測PMD 可能的來源。因澎湖群島位於台灣海峽中部，因此被選為PMD目的地。首次結果是由波浪運動引起的海洋混合和斯托克斯漂流是應用高頻雷達模擬PMD軌跡的不確定性因素。採用頻散係數（K）來表示水平混合效率。利用2015-2017 年模擬結果，K 的平均大小在春季為1.06 × 10−4，夏季為3.66 × 10−5，秋季為2.13 × 10−4，冬季為1.87 × 10−4。這表示地面風速在PMD 傳輸中的重要性，高頻雷達數據能夠顯現出這些現象。根據數據結果，使用高頻雷達的模擬結果可以求得誤差。因高頻雷達的數據存在不確定性，造成每個PMD 軌跡不準確，因此我們從機率角度採用係集平均結果表示PMD軌跡。2015-2017 年模擬結果，PMD傳輸模式的百分比是東海（I 區）4.27％，中國大陸沿岸（區域II）3.72％，南海（區域III）19.38％，台灣SW（區域IV）17.88％，台灣西（區域V）48.87％，台灣西北（區域VI）5.86％。台灣西（V 區）在澎湖群島生產PMD 的可能性較高，尤其是雲林海岸。通過冬季的中國沿岸流（CCC）導致的區域I（來自東海，冬季機率較高）和III（來自南中國海，夏季機率較高）之間的機率，可以確定顯著的季節性偏差。夏季北上台灣暖流（TWC）。結果的第二部分是PMD 數量的計算。只有在來源處的PMD 資訊已知時才能使用這些軌跡。可以透過PMD 來源總數乘以對應機率來計算數量。利用Jambeck 方法（2015）以及每月河流排放，計算出從河流中流入海洋的PMD 量。澎湖群島的PMD季節變化，可以透過長江（進入東海），湄公河（進入南海）和彭亨河（進入南海）的河流流量計算。結果表示，長江夏季東海海域PMD 最高，而湄公河和彭亨河秋季PMD最高。較高的PMD 是由較高的河流流量引起的，受季風期間降雨模式的影響。
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已畢業學生：鐘耀照
畢業論文：內陸棚及河口混合與擴散特性觀測研究
論文摘要：
海岸帶作為陸地、海洋與大氣的交界區域，是陸源物質進入海洋的主要通道。進入近岸海域的陸源物質，一旦其濃度超過了海域涵容能力，將造成物質循環的平衡狀態改變，進而衝擊海域的生態環境。影響海域涵容能力的因素中，最重要的是水體混合與擴散效率。受近岸水動力影響，水體混合與擴散特性在時間上非定常、空間上非均勻，從理論、數值模式計算以了解其細部特徵都是非常困難的。若能藉由有效的觀測增進對於陸源物質在近岸海域的輸送與移運過程之了解，對陸源物質的擴散效率及其與水動力的相互作用特性的掌握將會更準確。依據地貌分類，海岸帶包括海灘、濕地、河口與瀉湖等區域，從水動力特性角度分類，海岸帶可劃分為碎波帶、內陸棚、外陸棚區域。對於海氣通量研究，濕地及瀉湖扮演重要角色，對於海陸通量研究，陸源物質在河口及內陸棚的混合與擴散則扮演重要角色。水體的混合與擴散方面，傳統水體交換率、滯留時間等手段無法呈現河口混合行為的細部結構，也無法反映層化效應的影響。本研究研製漂流浮球陣列作為主要觀測工具，分別就內陸棚海域的混合與擴散特性、河口區域層化效應對混合的影響進行研究。研究成果分述如下：（1）本研究採商用GPS定位晶片研製低成本且適用於近岸海域觀測的漂流浮球陣列。本研究改進定位精度、提高採樣頻率、減低製作成本、減少體積與重量、改進資料回傳及交互操作方式。針對低成本GPS晶片在低速下會發生定位跳躍的問題，本文基於ARIMA模式建立資料處理與品管方法，消除了該問題的影響，提高數據品質。透過在大型斷面水槽的漂流浮球觀測測試與校驗實驗，與ADV流速計之觀測結果比對之RMSE約為0.02 m/s。（2）基於Stokes Boundary Layer理論，提出了一個新的內陸棚海域混合與擴散研究模型，作為理論框架。該理論中描述邊界層內速度剖面變化的參數κ1與描述流速反轉時間提前的參數κ2是兩個可用於分析海域混合效率的中間參數。進而本研究設計現場實驗檢驗並建立了一個更具可行性的內陸棚海域混合與擴散行為觀測方法。在桃園觀音近岸海域進行的不同海況下的漂流浮球陣列觀測實驗，證實理論所預測的潮流轉向時間早於水位轉向時間，隨著離岸距離越近時間提前量會增加；沿岸方向之流速會隨著離岸越近而快速下降。以漂流浮球陣列實測資料代入理論擬合得到不同時空下的κ1與κ2組合。這兩個參數顯著相關，κ2=6.02*κ1-0.0008（r = 0.97, p < 0.05）。進一步直接計算得實驗海域的υ，結果發現速度衰減項引致的υ約為相位差異項引致的3至12倍，二者均隨量距離的增加成指數形式降低。透過對比不同海況下的擬合結果，本文發現當波浪較小時，Stokes Boundary Layer理論的解釋度佳，說明此時潮流在近岸混合中扮演主要的角色；當波浪較大時，Stokes Boundary Layer理論的解釋度降低，是由於波浪引致的底邊界層增加了底床粗糙度，額外增強了混合強度所致。（3）本文以淡水河口及核三廠溫排水口作為研究區域，探究層化效應在不同時空尺度上對河口混合的影響。淡水河口區域以海研二號研究船進行了多個航次的調查，基於三維溫鹽觀測資料，以其中2016年10月2202航次資料作為高層化效應之代表例，並以2017年3月2225航次資料作為垂向均勻混合之案例，比對二者差異。基於營養鹽濃度資料分析發現淡水河口在垂向均勻混合時的營養鹽濃度衰減速率是層化效應強時的約2倍。淡水河口DIN濃度隨鹽度衰減的速率比珠江河口快6%至46%，漂流浮球陣列觀測之淡水河口延散係數比同等規模河口的大1至2個量級。淡水河口的層化效應會阻礙營養鹽向上傳遞及溶解氧向下傳遞，改變河口氮循環進而可引發河口初級生產力下降等生態問題，本研究提供了觀測證據。基於溫排水口航次調查之三維溫鹽資料分析顯示溫排水口漲潮期間層化效應強，退潮期間垂向均勻混合。基於溫度漂流浮球量測之水溫資料，在垂向均勻混合時溫排水口的溫度衰減速率e-folding scale是層化效應強時的約2倍。基於漂流浮球陣列觀測資料計算的溫排水口剪力流延散係數，發現漲、退潮期間的剪力流延散係數差異可達26.0%。本文透過溫排水口漂流浮球陣列觀測實驗量化了剪力流延散係數隨著Richardson數變化的趨勢。
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已畢業學生：張俊偉
畢業論文：經驗動態方程分析浮游植物多樣性與生態系功能的交互作用-跨系統比較
論文摘要：
在過去的二十年之中，因意識到生物多樣性的急速流失，許多生態研究紛紛投入探索生物多樣性降低對於生態系造成的衝擊。然而直至今日，要精確預測生物多樣性降低對於生態系造成的影響仍充滿許多挑戰。這主要是因為生物多樣性的效應嵌植在複雜的交互作用網路中，而生態學家對於這些複雜的交互作用網路仍缺乏完整且準確的了解。一方面，基於操弄性實驗的研究雖然成功地展現了生物多樣性對於生態系功能的正面影響，但由於實驗操作之侷限性，使得該類研究僅能在高度簡化的系統中探索不完整、單方向的生物多樣性之因果關係；另一方面，基於實測資料分析的研究總會因使用線性分析(如相關性分析、迴歸分析與結構方程式等)而無法推論在生態系這類的非線性動力系統中的因果關係。因此在這篇論文中，我將利用經驗動態方程分析重建在自然浮游植物群聚中，以物種多樣性、生態系功能以及環境因子所組成的因果關係網路。透過跨系統的網路分析比較，我首先確認了生物多樣性與其他生態系單元(像是生物量或是營養鹽)之間的交互作用是廣泛存在於自然的水域生態系統(第二章)。為了探索這些交互作用在生態系扮演的角色，我提出了一個新的理論模型，並且揭露了這些交互作用將使得生物多樣性對於生態系具有動態穩定效應(第三章)。接著，我利用野外收集的實測資料驗證了生物多樣性的動態穩定效應，並且發現了該穩定效應如何隨氣候暖化而被削弱(第四章)。最後，因考慮到這些以生物多樣性為中心的複雜交互作用，我提出了一個新的經驗動態方程的分析方法，用來評估在自然系統中生物多樣性降低對於生態系功能所造成的衝擊(第五章)。在這篇論文中，我突顯了生物多樣性之動態行為所扮演的角色，也就是生物多樣性的本身、對環境的反應、並且對生態系的影響都會隨時間及系統的狀態而有所改變。因此，相較於過去將多樣性效應獨立出來的研究，我們發現考慮多樣性與其他生態系單元之間的交互作用更能幫助我們理解生物多樣性在生態系層級下的穩定性機制。總結，我的論文提出了一個在考量動態交互網路下研究生物多樣性-生態系功能的新範式。
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已畢業學生：何珮綺
畢業論文：生態元素比與生物體型大小影響浮游生物掠食食物網能量傳遞與結構
論文摘要：
生態元素比理論(ecological stoichiometry)結合元素流動量、能量傳遞效率、獵物選擇，提供食物網多面向並整合的研究架構。生物元素比的中心理論在於探討資源元素比 （主要考量碳氮磷比例）與消費者元素比的差異造成消費者生長效率降低。例如，若浮游植物碳氮(C:N)與碳磷(C:P)比過高會降低浮游動物合成生物質量與成長速率，因此浮游動物傾向選擇碳氮磷比接近自己的獵物。除了生物元素比，體型大小亦會影響浮游動物的代謝率以及掠食者-獵物體型比 (predator-prey mass ratio, PPMR)，進而影響水域環境的食物鏈長度。過去研究從實驗室控制的培養實驗中發現生物元素比以及體型大小確實會改變生物能量傳遞效率與獵物選擇偏好，但野外自然環境的證據仍十分缺乏。另外生物元素比與體型大小的關聯也少有研究。我的論文嘗試藉野外觀察實驗與理論生態模擬探討(1) 獵物元素比如何影響浮游動物生產率，(2) 體型與生物元素比的關聯及體型決定生物元素比的機制，(3) 營養鹽供給與獵物元素比如何影響掠食者-獵物體型比。我在亞熱帶區海洋野外的實驗結果顯示，浮游動物生產率與獵物（浮游植物）C:N及C:P比例呈負相關，顯示氮與磷元素對浮游動物生產力的重要性。亞熱帶海洋以及翡翠水庫的浮游生物元素比研究則發現，C:N比例是體型大小的函數：浮游植物C:N比例隨體型上昇，而異營為主的生物C:N比例隨體型下降，而C:N比例的最大值出現在50μm。我以資源獲取率異速增長(allometry)的浮游生物食物網模型模擬來解釋其機制：浮游植物碳累積速度隨體型大小增加，而呼吸碳消耗降低異營為主生物的C:N比例。異營生物C:N比例隨體型上昇而降低的結果意涵著浮游動物傾向捕食體型較大、C:N比例較小且接近自身元素比需求的獵物。我測量亞熱帶海洋系統的浮游生物穩定同位素資訊，發現當營養鹽濃度高，足以支持較多大型獵物時，掠食者-獵物體型比較小，表示浮游動物在營養鹽充足的環境中會捕捉較多大型獵物。本研究結合野外實驗觀察與理論模擬指出生物元素比與體型大小共同改變次級生產率與獵物選擇，顯示二者交互作用影響食階能量傳遞的重要性。
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已畢業學生：鄭皓元
畢業論文：Development of S-band and Coherent-on-Receive Marine Radar for Ocean Surface Wave and Current Measurement
論文摘要：
The content of this thesis is divided into two parts. The first part is the development of S-band radar and the second part is the development of coherent-on-receive radar.
The first part: The high spatial resolutions of sea-clutter image sequences from X-band radar offer a means of deriving individual waves and wave field at low-cost. However, the performance of X-band radar is impaired under rainy conditions, which are usually accompanied by the severe weather at sea. In the present study, we examine the effectiveness of S-band radar for wave measurements under precipitation. The results of comprehensive comparative studies with sea-truth data show that S-band radar is capable of carrying out wave measurements in rainy conditions. Although the longer wavelength of the S-band leads to a coarser resolution of radar imagery, the S-band radar features at least the equivalent performance of the X-band system in non-rainy conditions, in terms of wave height measurement. The results suggest that the S-band and X-band could be complementary systems. In rainy conditions the S-band is more efficient but in the non-rainy periods the X-band gives more confident results. The relationship of significant wave height with radar signal-to-noise ratio (SNR), and the modulation transfer function (MTF) between radar spectrum and wave spectrum for the used X-band and S-band radars are established and discussed in this paper.
The second part: In present study, an X-band marine radar was installed at the northwestern coast of Taiwan. The IF signal from the super-heterodyne receiver of the marine radar was retrieved, amplified, band-pass filtered and digitized to be the raw dataset, from which the phase of transmitted and echo radar EM wave could be determined. Based on Doppler theory, the time rate change of the phases between succeeding pulses could be used for estimating the water particle velocity of wave orbital motion. Due to the fact that the magnetron in the marine radar produces random frequency jump, and leading to mis-estimate of the phase differences. We adopted the Ensemble Empirical Mode Decomposition method as a filter to exclude the effects of frequency jump.
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已畢業學生：Ting, Chia-Huan
畢業論文：The Air-Sea Wind Boundary Layer
論文摘要：
Through the Wave Boundary Layer, the earth’s atmosphere and the surface water exchange energy, momentum, heat and air. For each of these exchanges it should be possible to create a formula that predicts the rate of exchange. The momentum exchange from the atmosphere to the ocean is traditionally parameterized as a function of wind speed defined at a fixed height above the air-sea. Each formula may include variable physical properties like wind speed or temperature differential, and they should also include a non-dimensional number, called an exchange coefficient. However, there are significantly varying results in relation to these coefficients in existing studies. To better understand this interaction and the reasons for such excessive variability in previous research, more physical properties of the air-sea interaction need to be taken into account. These should include the effects of waves, such as sea state, propagation and swell, and the effects of wind and stratification.
The aim of this study was to investigate the dependence of exchange coefficients on physical factors related to wind speed, sea state, wave directional spreading, wind gustiness and ocean stratification. To accomplish this, the Wave Boundary Layer (WBL) was explicitly modeled. The one-dimensional model used was based on an existing two-dimensional Wave Boundary Layer Model that uses conformal surface-following coordinates. The advantage of this new one-dimensional numerical model is that it can isolate one single parameter and identify its impact on the exchange coefficients. The results show that wind speed, wave age, directional spreading of waves, wind gustiness and ocean temperature stratification have a significant influence on exchange coefficients and that the accuracy of measurement of these coefficients can be improved by taking these influences into account. Furthermore, the application of the WBLM to a spectral model (the WBLMW) is shown. The results of this application demonstrate the influence of angles between wind and waves; unlike previous parameterizations, the application shows that significant dissipation occurs when wind and waves move in opposite directions. This research provides more accurate numerical modeling of these phenomena, and contributes to further understanding of their role in air-sea interaction.
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已畢業學生：許庭彰
畢業論文：沿岸及河口沉積物氮移除過程的N2和N2O產率：穩定同位素示蹤劑方法的改進及應用
論文摘要：
氮移除過程將活性氮物種轉化成最終產物氮氣（N2）或是氧化亞氮（N2O）並且從生態系統中移除。然而全球氣候變遷對N2O（溫室效應當量為二氧化碳的300倍）或N2卻是有著全然不同的回饋過程。另外，人類製造出的大量活性氮已經嚴重干擾並且加速氮循環過程，導致水域系統的優養化和一系列的環境問題。目前對氮移除過程的瞭解相當廣泛，但是針對移除速率的定量和調控機制的研究卻相對缺乏。最近基因組學的研究也揭露數個先前未知的，新的氮移除過程。針對各種氮移除過程的移除速率和相對貢獻，甚至包含未知過程的探索，提出創新的方法技術因而顯的相當急迫且重要。本論文提出一個新發展出來的穩定同位素15N示蹤方法（IPTanaN2O）可用來定量和區分複雜的氮移除過程，包括脫硝作用、硝化作用、厭氧氨氧化作用、硝化菌脫硝作用以及協同脫硝作用。新的方法也運用在富營養鹽的溼地和沿岸生態系統中。在淡水河溼地和長江口缺氧區這兩個研究中，IPTanaN2O方法被用來同步定量每個氮移除作用的N2和N2O產生速率。在淡水河溼地的案例中，脫硝作用產生的N2O是主要的氮移除過程，而且可能貢獻了大多數的水體往大氣釋放的N2O。然而，在長江口外的沉積物研究中，區分不開的硝化菌脫硝作用和協同脫硝作用佔了超過一半的N2O產率，而且脫硝作用產生的N2是主要的氮移除過程。相較於低氧水體中經由脫硝作用或是消化作用產生的N2O而言，沉積物產生的N2O實際是水體中溶解性N2O的主要來源。據我們所知，這是第一個使用15N示蹤劑方法在海洋沉積物中，證實區分不開的硝化菌脫硝作用和協同脫硝作用的存在，同時也說明了IPTanaN2O的潛力。在全球變遷的研究脈絡下，我們認為使用這個新方法定量不同的轉換以及個別作用的速率，應該進一步運用在對溫度、二氧化碳分壓、溶氧…等更精細的操控實驗中。本論文有四個主要貢獻：第一，我們提出新的工具IPTanaN2O，能夠用來定量數種氮移除過程的速率與相對貢獻量。這將有助於研究者未來針對個別過程的調控機制方面的研究。另外，我們同時也示範如何辨別出硝化菌脫硝作用和協同脫硝作用的存在，這兩種作用或許可以進一步以基因組學的方法區分開來。第三，長江口外側區域在缺氧區逐漸生成的期間，沉積物會出現N2O產率很高而且變動程度很大的情況。我們認為這種不穩定的狀態是由於沉積物中的氮移除過程，隨著水體溶氧逐漸降低而有所轉變所致。未來針對缺氧區氮循環的研究，應該將水體缺氧視為一個連續的發展過程，而非只是一個單點的事件，這樣才能建立一個在水體缺氧的不同時期，各種氮移除作用的回應的完整圖像。最後，長江口外水體缺氧前期，沉積物產生的N2O，證實為水體N2O的主要來源。假若這個觀察結果是一個普遍的現像，以目前沿岸缺氧區的數量和範圍不斷增加的情況下，有必要針對沿岸沉積物的N2O釋放量進行重新評估。
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已畢業學生：黃建綸
畢業論文：平緩海灘表層含水量變化特性研究
論文摘要：
早期對飛砂研究認為風力作用是影響之主因，而海岸飛砂位於海－陸－氣交界區域，此處飛砂受海灘表層含水量影響非常劇烈。本研究針對海灘表層砂，以水氣收支平衡觀點探討表砂含水量之變化及其對海岸區域飛砂現象之影響。
本研究在桃園新屋永安漁港南岸海灘進行現場實地觀測，海灘最表層含水量同時以重量法和影像法兩種方法進行量測，得到表砂含水量變化特性。進一步將重量法及影像法結果進行比較，探討影像量測方法的準確性與可行性。
研究結果發現，潮汐是影響飛砂現象重要的因子，大潮差是發生飛砂的必要條件，當大潮的時候，若地下水位低於零通量面，表層砂含水量隨時間呈指數遞減，蒸發量越高，指數遞減越快，即發生飛砂。本研究提出表砂含水量指數遞減公式，透過資料分析區分潮位與蒸發量變化對表砂含水量之影響，可藉由此法評估表砂含水量指數衰減斜率來估計某個區域是否達發生飛砂之機率。
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已畢業學生：Hoang, Anh
畢業論文：Resuspension of bottom sediment on Inner shelf - A case study of North-western coast of Taiwan
論文摘要：
Factors that affect the resuspension of bottom sediment in the coastal zone of North-western coast of Taiwan were investigated. Field observations using ADCPs were carried out in 3 durations (Jan 14th – Feb 01st 2011; May 26th – June 21st 2011; and Feb 21st – April 13th 2012) to collect wave and current data. Besides, wind was recorded from anemometer equipped on the flux tower; hydrological data were recorded from CTD. Suspended sediment concentration (SSC) near bottom is estimated using ADCP echo intensity. SSC and current are decomposed into several components to elaborate the impact of currents components to SSC.
The temporal variation of SSC is decomposed into several Intrinsic Mode Functions (IMFs) using Empirical Mode Decompositon (EMD). All the low-frequency IMFs are composed and referred as long-term SSC while all the high-frequency IMFs are composed and referred as short-term SSC. Observed current is decomposed into tidal current and non-tidal current using Harmonic Analysis. Stokes drift which represents for wave-induced current were estimated using Lentz’s formula or Ardhuin’s formula. Results from Ardhuin’s formula are adopted for following analysis. The non-Stokes residual current is then regarded as induced by wind.
Inter-comparisons of the decomposed SSCs with tidal currents, wave-induced currents, non-Stokes residual currents were made. A high correlation is found between long-term SSC and wave while short-term SSC and tidal current are also in a good agreement. It is noted that, a semi-diurnal oscillation of water density is identified synchronized with the enhancement of SSC. These oscillations might owe to the fluctuation of river plume or the internal wave. During the rainfall, the sediment discharge from the creeks might be considerable. The fluctuation of fluvial water due to strong tide would induce the oscillation of water density at one fixed location. In the other hand, this water density oscillation is likely the internal wave oscillation which is quite possible in the inner shelf. So internal wave might also contribute to the resuspension but evidences of internal wave are weak. More observation is needed for further study to consolidate the presence of internal wave in this coastal region.
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已畢業學生：Lu, Quang Huy
畢業論文：The directional spreading of surface wave in the shallow water zone
論文摘要：
The aim of this study is to investigate the characteristics of the directional spreading when waves propagate into the shallow water zone, North-West in Taiwan. Water elevation data from 3 ADCPs (Acoustic Doppler Current Profiler) deployments during 15 Jan – 1 Feb (2011); 26 May – 22 Jun (2011) and 21 Feb – 16 Mar (2012) were recorded and used to calculate the directional spreading. The three experiments were in Yongan observation field (the 1st at 2 stations; the 2nd at 3 stations; and the 3rd at 2 stations). The Extended Maximum Likelihood Method (EMLM) was applied in this study by DIWASP toolbox to estimate the spreading parameters smax and σmin. The variation of smax and σmin will describe the variation of directional spreading. In frequency domain, the directional spreading parameters show opposite results in different deployments. The directional spreading in the 1st and 2nd deployments do not follow the refraction law while the 3rd one does. In the time domain, the variation of spreading parameters reveals the semi – diurnal oscillations. The comparison between directional spreading and other factors (significant wave height, tidal elevation and current speed) show the dependency of directional spreading on the variation of tidal current in the wave-current interaction.
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已畢業學生：張宛婷
畢業論文：台灣沿海表面風之週期特性
論文摘要：
海岸地區為海-氣-陸之交界，此區域陸源物質(包括沉積物、營養鹽與汙染物等)、熱量和動量傳遞及交互作用劇烈。陸源物質在海岸及河口傳輸主要受潮流、風驅流與密度流的控制，風驅流主要受風吹海面所引起，由此可知風為影響海岸地區陸源物質傳輸與擴散主要機制之一，風場特性會直接反應於海面上，海洋與大氣之間熱量傳遞也受表面風影響，海氣交互作用與氣候變遷息息相關，了解表面風場對海岸地區的影響，對海岸工程施工(如海洋平台、海洋能源利用等)有所裨益。
從實際層面上，再生能源的推動成為各國開發的重點。近年來離岸式風力電廠成為風能發電發展的新趨勢，台灣土地面積狹小，能發展成陸上風力電廠地區有限，故發展離岸式風力電廠為台灣開發再生能源的重要政策之一。每日風能的週期性振盪會影響發電效率，Capacity Factor取決於風速大小，風速越大其值越高，Capacity Factor越高代表發電效率越好且發電成本越低，了解台灣周邊海域表面風場的分布，有利預估潛在風能與年發電量，本研究希望藉由現有觀測風場資料，探討表面風場於近岸海洋地區之特性，以助於離岸風能發電。
由前人研究得知於表面摩擦力較低的高空中與海洋表面，風場有顯著的日週期與半日週期現象，在陸地上因陸地表面粗糙度大，僅存在日週期現象。海陸風與大氣潮皆為引起日週期與半日週期風場現象之成因，台灣海岸，海陸交界上，表面風場之日週期特性，實在值得探討。因此，本研究目的針對台灣周邊海域離岸風能發電之應用，描述海岸表面風速每日週期性振盪強度與特性，及其於季節上與空間上的變化特性，進一步探討主導台灣周邊海域日週期與半日週期風場之成因與機制。
經研究結果顯示，台灣周邊海域表面風存在日週期與半日週期現象，日週期與半日週期風速變化於季節上無顯著差異，於空間上大致區分為西北岸、西南岸與東岸；以瞬時Rotary spectrum考慮風速橢圓特性，台灣海域不論東、西岸日週期振盪振幅約為半日週期之2-3倍，日週期與半日週期振盪強度以低緯度海岸較高，其次為東岸，西岸最小；日週期風速橢圓長軸方向統計結果，新竹與永安站特性相似，大鵬灣與小琉球相似，其餘之外各測站均呈現差異甚大，可能與地形及表面摩擦力差異有關；依據全日週期風速橢圓長軸方位之統計特性，定性上大氣潮對於日週期特性不可忽略，定量上尚有待進一步研究。
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已畢業學生：魏世聰
畢業論文：微波雷達與CCD影像分析於潮間帶地形測量之應用
論文摘要：
海岸地區為大氣、海洋、陸地的交界，受到人為經濟活動與自然活動之交互作用相當密集而複雜，加上氣候變遷引致海水位上升及極端氣候事件增加所導致的海岸侵蝕、淤積、溢淹等海岸災害可能對沿岸居民安全產生嚴重且立即性的威脅，因此為了能提升海岸安全及保護，對於海岸災害、海岸狀況的了解便顯得重要。
參考CoastView Project中建立的許多海岸狀況監測指標(Coast State Indicators，簡稱CSIs)，透過指標中適當的參數可以描述海岸狀況及變化的趨勢，其中沉積物體積為描述海岸狀況的一項重要指標，此項指標中的參數包括沙灘寬度、高度、坡度等等，這些參數都可透過灘線之量測而取得，因此灘線位置的量測便顯得重要。
本論文建立了一套可利用微波雷達量測灘線之方法。首先說明雷達回波的原理與機制，並根據微波雷達對海面及陸地之不同的回波特性以標準偏差區分出來，透過雷達影像之決定盲區、雷達強度校正、轉速校正、座標轉換及標準偏差計算得到雷達標準偏差影像，再經過高反差處理、過濾雜訊、邊緣化處理等過程取得由雷達影像量測出之灘線位置。
本研究為證明雷達量測灘線之可行性，利用影像觀測及DGPS-RTK方法量測灘線結果與之比較，首先說明CCD影像正射化的過程，其過程經過鏡頭扭曲的校正、影像正射化、參考點之空間校正，再將正射化後之CCD影像量測出灘線之位置與雷達量測之位置進行比較，其結果相近。DGPS-RTK對灘線進行量測，並將其量測結果與雷達量測之結果進行比較與討論，其結果比雷達與影像的比較結果更為良好。
確認雷達量測灘線的可行性後，將灘線位置結合水位資料取得垂直剖面之潮間帶地形變化。其方法流程為將雷達的標準偏差影像先取垂直沿岸之切線，將此切線上的標準偏差值隨時間排列紀錄，並經過高反差處理、過濾雜訊、Canny邊緣化等過程取得時間上灘線位置變化，代入灘線之水位資料後，做時間的平均得到潮間帶垂直剖面地形變化。
本研究以東北季風及西南季風為例，透過灘線位置的變化討論不同季風情況下永安漁港南方沙灘受到突堤效應之影響結果，並根據結果討論岸線侵蝕或淤積的狀況。透過垂直剖面潮間帶地形的變化情況可以估算潮間帶地形之砂的變化量，將估算之砂的變化量與輸砂通量公式比較，結果位於同一值級。
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已畢業學生：張瑀峻
畢業論文：澎湖海域潮流之數值模擬及其發電潛能評估
論文摘要：
潮流在淺海陸棚區是困難度低、穩定性高、可完全預測的海洋能源。海流發電機組的設置可能改變當地流場的流速或流向，從而影響營養鹽類、浮游生物、稚仔魚及魚卵的分佈與通量等，這些變異可能改變原本脆弱的浮游生物群聚組成與結構，進而影響整體海洋生態系統。本研究以澎湖海域為例，建立高解析精度潮流數值模式進行潮流發電潛能評估與探討發電機組放置對當地流場造成的影響。
本研究建構之高解析精度潮流數值模式推算發電潛式結果顯示，吼門水道與西嶼外垵西側海域最具發電潛能。本研究以改變摩擦係數模擬不同裝置容量之潮流渦輪機，實驗結果顯示10 倍、100 倍和1000 倍之摩擦係數約等同於設置10kW、20kW 和30kW 之理想化潮流發電機組之效果。據此將探討兩個部分，第一個部份為不同裝置容量之潮流發電機組置放對強流區造成的改變，另一個部份是以模擬示蹤劑佈放實驗探討水體交換效率的變化。
強流區改變部份，於跨海大橋吼門水道中心置放發電機組後，發現於其北側產生另一強流區，南側第二渠道支流流速也增加，且隨發電機截取能量加大而增加。西嶼外垵西側海域案例中，強流區座落位置往西外移，且亦隨發電瓦數增加而愈加顯著。
水體交換效率變化部份，根據示蹤劑模擬之結果，若以30kW 之理想化潮流發電機組為例，渦輪機設置前後示蹤劑傳輸擴散範圍減少了約10km2，較未設置前約減少16%左右。再計算各濃度傳輸擴散面積所佔總傳輸擴散面積百分比，稀釋後的示蹤劑其低濃度(10%以下) 在置放發電機後傳輸擴散面積增加14.5%，高濃度(20%以上)則減少6.5%，可知內海水質傳輸擴散範圍縮減，示蹤劑受到底部渦輪機影響，高濃度的示蹤劑滯留當地，降低澎湖內海的水體交換效率。西嶼外垵西側海域的實驗中，渦輪機置放對當地水質交換的速率與比例皆無顯著影響。
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已畢業學生：賴民順
畢業論文：低掠角微波雷達海面背向散射強度受波浪影響程度之探討
論文摘要：
本研究應用航海用S頻段(S-Band)和X頻段(X-Band)低掠角(Low Grazing Angle,LGA)微波雷達為主要觀測工具，進行現場實驗從觀測結果探討雷達回波強度受到海面波浪影響的程度。
本研究首先進行雷達接收強度之率定工作。第一步以佈放於觀測海域上的自製金屬浮球做為雷達觀測之標的物，再使用Gommenginger et al.(2000)的外部率定法(External Calibration Approach)，回歸出雷達系統傳遞方程式(Radar System Transfer function)中所需要的待定參數，分別完成兩架不同頻段的雷達之率定。
本研究進一步分別進行了兩次現場實驗：颱風時期實驗和季風時期實驗，再將觀測結果以兩個層面進行討論，分別是長時間之雷達回波統計分佈分析及短時間的波浪相位變化與雷達回波之關係兩者進行討論。討論項目第一為，平均雷達回波(Sea clutter)強度於統計上的特徵及其與風速、海面平均傾度(Mean Square Slope,MMS)和粗糙參數(Roughness Parameter)間之相關性；第二，本研究依據雷達連續觀測所得之定點上回波時序列與佈放於海中之聲學式都普勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)的音鼓測得之水位和傾度，將水位以零上切法解析出個別波引致之水位，探討雷達回波特性與其對應之水位和傾度之相關性。
本研究結果發現，平均雷達回波在觀測距離較遠時，掠角低觀測海面區域所反射之區域(footprint)大於海面波長時，回波訊號(spike)可以雙峰高斯分佈描述，可視為兩個不同平均與標準差的常態分佈線性之和。其與低掠角微波雷達回波的兩種機制一致，亦即本研究獲得觀測上的證據，支持雙尺度模式(two scale model)中的布拉格背向散射(Bragg Backscattering)及重力波調變作用之效應。此外，海面背向散射影像因海面波浪起伏所呈現的亮暗帶分佈，在一水位波長內雷達的回波強度僅有一最大值與最小值，最大值非發生於波峰，最小值也非發生於波谷，其間存在一相位差，此相位差隨波浪尖銳度增加而變大，顯示低掠角雷達受波峰遮蔽影響程度甚大，其效應不可忽視。
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已畢業學生：苑瀞丰
畢業論文：近岸海洋波浪對海面粗糙度之影響
論文摘要：
海面粗糙度(sea surface physical roughness)是海洋表面幾何起伏程度，受到海洋表面波浪狀態與大氣邊界層動力(Aerodynamic)影響，是大氣-海洋交互作用中決定動量、熱量與水汽等交換之主要因子。海面粗糙度特性在近岸海洋(coastal ocean)受波浪淺化效應影響，與深海有顯著的差異，了解近岸海洋海面粗糙度特性對於氣候變遷、水循環、碳循環、洋流模式推算風暴潮或海岸溢淹、海洋遙測技術開發以及離岸風能評估運轉等十分重要。
以往多以大氣邊界層特性參數，拖曳係數(Drag coefficient, Cd)和粗糙長度(Roughness length, Z0)來間接描述海洋表面之粗糙度，但尚未能完全反應波浪所造成的影響。本研究為探討於近岸海洋表面粗糙度特性，嘗試使用海面平均坡度(Mean square slope, MSS)作為指標來描述海面粗糙度。
本研究採用觀測為手段，針對大氣邊界層海氣通量、海面波浪與海流、岸基微波雷達三項目，於桃園縣新屋鄉中央大學臨海工作站近岸海域進行同步觀測。時間為東北季風盛行時期：2011年1月14日至2011年1月31日共18日，觀測週期為20分鐘，共1244筆資料。
資料分析方面，拖曳係數的估算是將收集到的三維風速利用渦流相關法分析而得；粗糙長度的估算是利用風剖面法與波譜估算法分析而得；海面平均坡度的估算是將底碇式都卜勒聲學流速剖面儀量測得水位時間序列經傅立葉轉換和頻散關係式得到波數域頻譜，再由波數域頻譜推導坡度譜，由坡度譜積分得海面平均坡度。
海面平均坡度與完整波數域頻譜高頻尾端形狀有很大的關係，為了了解近岸海域波數域頻譜高頻帶特性，本研究依據前人於深海觀測之譜形假設六種不同波數域頻譜高頻尾端形狀，並以不同波數門檻為分界，區分高頻海面平均坡度和低頻海面平均坡度。其中，低頻海面平均坡度與波浪特性相關；高頻海面平均坡度與風速特性相關。
本文以S波段雷達絕對回波強度作為依據，決定完整波數域頻譜形狀高頻尾端特性。最後探討此完整波數域頻譜所計算出之高頻海面平均坡度與風速、低頻海面平均坡度與波齡之相關性，並計算此地區的波浪狀態對海面粗糙度之貢獻程度。
本研究結果顯示，完整波數域頻譜尾端斜率以k-4遞減較合乎雷達觀測特性。積分波數分界約為42.3‧g/U102時所計算出之高頻海面平均坡度與風速比對結果較吻合Cox and Munk(1954)提出之光滑表面(slick surface)下風速與海面平均坡度之線性結果。低頻海面平均坡度在波齡(Cp/U10)約等於0.8時會呈遞減現象，代表波齡較大的波浪波長較大、波高較小、波浪尖銳度下降使得海面平均坡度變小，海面粗糙程度較低，與前人研究例如：Donelan(1990)提出波齡與無因次化粗糙長度之結果相近，海面粗糙度與波齡的關係為隨著波齡變大而遞增至一臨界值後開始遞減。由此結果所得本實驗地區波浪對海面粗糙度的貢獻程度約佔三分之二。
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已畢業學生：鄭宇凡
畢業論文：濁水溪河口懸浮沉積物輸送之調查研究
論文摘要：
台灣週邊海域陸源沉積物的來源主要由極端降雨事件之逕流經由河口輸出，而懸浮沉積物於河口輸送陸源物質過程受潮汐影響甚大，考慮台灣海峽中段潮差達4-5m 潮流流速最大達1.5 m/s。本研究旨在探討潮汐對於懸浮沉積物於台灣海峽之輸送之影響。
本研究於2008年至2010年間濁水溪河口進行4次現場調查，首先探討利用聲學儀器推算懸浮沉積物濃度的可行性，利用聲學儀器推算懸浮沉積物濃度之準確性會受到懸浮沉積物粒徑以及儀器參數的影響，針對此兩項因素影響聲學儀器的不確定性，透過聲學儀器回聲強度平均後降低其不確定性並利用光學濁度值與採水樣本關係式間接推算懸浮沉積物濃度，希望透過此方法降低聲學儀器的不確定性影響，並以此估算懸浮沉積物濃度。
本研究調查結果發現濁水溪河口懸浮沉積物之粒徑大小分佈呈非線性韋伯分佈，據此本文以此分佈描述不同粒徑懸浮沉積物濃度之時空變化。本研究透過粒徑分佈形狀參數與尺度參數分別與採水樣本懸浮沉積物濃度進行比較，發現當懸浮沉積物濃度遞增時形狀參數遞減、尺度參數遞增，整體分佈向大粒徑方向偏極，說明懸浮沉積物濃度與粒徑分佈特性具有高度相關，且不受沉降或再懸浮機制之影響。在台灣海峽中的潮汐對於河口陸源沉積物之輸送影響方面：1.針對潮流流速引致的再懸浮部分由觀測與採水樣本結果中發現，流速增加將使底層之懸浮質濃度增加，其增加速度高於表層，增強近岸河口的層化效應；當流速高於0.8 m/s時，層化效應阻礙紊流的發展使底床剪應力減弱，限制底床懸浮質濃度的繼續增加。此外於2008年調查中直接觀測到懸浮沉積物於河口附近之沉降，其沉降速度為0.0013 m/s以及0.0022 m/s，跟史托克公式結果相符。
本研究發現陸源沉積物於極端事件與一般降雨事件有顯著差異：一般事件下濁水溪河口懸浮沉積物濃度之時空分布受潮流引致之再懸浮機制影響為主，懸浮質濃度與流速大小具有高度相關，其間存在約80分鐘之相位差。再懸浮發生時，粒徑為16 μm以下之細懸浮顆粒所佔之比例增加。而極端事件下濁水溪河口懸浮沉積物濃度受潮汐水位影響為主，低潮位時河口沉積物輸送通量增加，河口海域SSC隨之增加並形成水舌。
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已畢業學生：王韻圓
畢業論文：西北太平洋長期波候變遷之研究
論文摘要：
本研究針對台灣周邊及西北太平洋海域波候的變異性進行探討，應用SWAN波浪模式，以NCEP提供之全球歷史海表面風速分析場推算1948~2008年近60年西北太平洋之波浪，其所重建的波浪資料與中央氣象局、經濟部水利署及美國大氣海洋總署之國家資料浮標中心設置的海氣象資料浮標觀測資料進行比對和驗證，用於探討長期波候變遷之趨勢。
本研究將波候變遷趨勢分成兩部份討論，第一部份探討台灣周邊海域波高、波能、波浪尖銳度與波向等波浪特性之長期變異震盪與趨勢，了解不同時間尺度下台灣波候之震盪特性及其變異趨勢；第二部份為波高極端事件與統計特性分析。
第一部分研究結果發現台灣波候變異存在三種不同時間尺度之震盪，分別為季節性震盪、受到聖嬰與反聖嬰現象影響的數年震盪、以及十年際週期的震盪。季節震盪方面，冬季波能與夏季波能之比值約在3~3.6倍，其中東岸比值比西岸高；在年際震盪方面，聖嬰與反聖嬰現象對於年際波能震盪具有強烈影響因素，反聖嬰年時，波高與波能變大，冬季的大波會晚到，約在1月發生；聖嬰年時，波高與波能變弱，大波提早於11月發生。此外，台灣海域波能震盪與南方震盪指數(Southern Oscillation Index, SOI)沒有存在相位延遲，但西北太平洋海域則存在一年的相位延遲。十年際震盪方面，將十年際之波候震盪與太平洋年代際震盪(Pacific Decadal Oscillation, PDO)進行相關分析，發現十年際的震盪與具有中度相關。整體趨勢方面，台灣周邊海域之波高有下降的趨勢，平均每年下降0.3公分。整體而言，冬季波高與波能有逐漸下降的趨勢，平均每年波高下降0.8公分，每年波能平均下降0.2千瓦/公尺，此現象與西伯利亞高壓的東北季風強度減弱有關。值得注意的是，夏季有逐漸上升的趨勢，平均每年波高上升0.5公尺，每年波能上升0.1千瓦/公尺，可能與西北太平洋颱風強度增加有關。
第二部分研究探討台灣週邊海域各種大波極端事件發生機率，結果發現近60年來極端事件集中發生於1967至1974年以及2000至2008年間，其中後者所發生的極端事件波高大、延時長。進一步發現，台灣週邊海域所發生的極端大波事件中，冬季的極端大波事件有減少趨勢，夏季的極端大波事件有增加的趨勢，其中夏季發生之大波極端事件完全由颱風所造成，若以1985年為界，之後颱風所造成極端事件的比例，較東北季風為高，且逐年增加。
另一方面，波浪極端值之統計分佈在聖嬰年與反聖嬰年也有極大差異，反聖嬰年之波高極端值約為聖嬰年的2倍，反聖嬰年之波能極端值約為聖嬰年的5倍，此結果可提供海岸工程設計的參考。
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