臺灣博碩士論文加值系統

中 文 摘 要
本研究應用海洋數值模式POM，進行淡水海岸地區颱風期間的暴潮水位模擬。在計算領域海域邊界上採用潮汐模式NAO99b之計算水位值，搭配模型颱風RVM(Rankin vortex )計算所得之風速場及壓力場，建構一個氣象潮與天文潮合成水位模式。模式應用是針對1994年~2000年期間，按九種颱風路徑分類法之第1，2，6路徑，挑選共計十個颱風，進行颱風期間暴潮水位之模擬與評估。
模式數值結果與淡水測站的實測資料做相關比對；結果顯示在模擬較強烈的颱風，因颱風結構較為完整也會獲得較好之結果，特別是颱風中心路徑較靠近測站之颱風也會有較好之結果。例如屬於第6路徑且是強烈等級的道格颱風，就有最佳的模擬表現。再將模式結果與前人研究比對，發現在邊界加入天文潮後模擬得之暴潮水位，在推估暴潮偏差的極值或發生之時間，皆較接近實測值之表現，這也間接證明同時考量天文潮與暴潮之合成效應對水位模擬之合理性是相當重要的。針對計算網域大小測試之結果發現，縮小計算領域與原計算網域之模擬結果差異不明顯，但將格距縮小卻可獲得較精準的描述。

關鍵字: POM、颱風、暴潮水位、潮汐、淡水海岸

Abstract
In this study the POM model (Princeton Ocean Model) has been applied to evaluate combined sea water levels by typhoon surge and astronomical tide on coastal waters of Danshuei. In numerical simulations, water levels along domain’s boundaries have been specified by a tidal model NAO99b. Meanwhile, wind speed and pressure fields are specified by a Rankin vortex model (RVM). Ten typhoons, from 1994 to 2000, of the 1st, 2nd, or 6th typhoon paths, according to nine-type typhoon paths, were selected for evaluating surge developments during these typhoons.
Comparisons with field measurements from the tidal station of Danshuei have displayed that the maximum surge deviations and their occurrence times agree better for more intense typhoons, especially with tracks of the low-pressure center passing close to Danshuei. For example, the ‘strong’-ranked Typhoon Doug (1994) of the 6th path demonstrates the best simulation performance. In addition, inclusions of simultaneous tidal levels along the boundaries have proved to be able to derive better agreements with field data on peak values and occurrence times. This suggests the importance of the combined effects of meteorological and astronomical tides for numerical simulations on typhoon surges. In the last, evaluations of effects of the sizes of computation domain and grids on the computation accuracy have further illustrated that effects of reduced domain size are less significant than finer grid sizes.

Keywords: POM, typhoon, surge, tide, Danshuei coast

致謝……………………………………………………………………І
摘要……………………………………………………………………II
Abstract………………………………………………………………ІІI
目錄……………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………VI
表目錄…………………………………………………………………VII
第一章 前言………………………………………………………1
1.1 研究背景…………………………………………………1
1.2 研究動機與目的…………………………………………1
1.3 論文架構…………………………………………………3
第二章 文獻回顧與模式簡介……………………………………5
2.1 調和分析…………………………………………………7
2.2 暴潮模擬…………………………………………………8
2.3 POM模式介紹.……………………………………………14
第三章 模式簡介與設定…………………………………………16
3.1 模式理論…………………………………………………16
3.1.1 基本方程式……………………………………………16
3.1.2 網格配置………………………………………………17
3.1.3 穩定條件………………………………………………19
3.1.4 模型颱風………………………………………………19
3.1.5 NAO99b 潮汐模式.……………………………………23
3.2 地形與網格………………………………………………24
3.3 水位資料…………………………………………………25
3.4 初始絛件及邊界條件……………………………………26
3.5 簡易的測試驗証…………………………………………26
第四章 結果與比較………………………………………………33
4.1 潮汐水位模擬……………………………………………35
4.2 風暴潮模擬………………………………………………38
4.3 模擬合成暴潮水位………………………………………42
4.4 暴潮和潮汐之合成作用…………………………………53
4.5 　網域大小測試……………………………………………54
第五章　 討論與建議………………………………………………57
5.1 結論………………………………………………………57
5.2 建議………………………………………………………58
參考文獻………………………………………………………………59
附錄……………………………………………………………………62

參考文獻
1. Blumberg, A. F. and G. L. Mellor（1987）, “A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model, in Three-Dimensional Coastal Ocean Models”, AGU, Washington, D. C., pp. 1-16.
2. Federal Emergence Magement Agency（1988）, “Coastal flooding hurricane storm surge model”, Methodology ,1,Washington D. C.
3. Holland, G. J. (1980), “An analytic model of the wind and pressure profiles in hurricanes ”, Mon. Wea. Rev., NO.108, pp. 1212-1218.
4. Jelesnianski, C. P. (1965), “A numerical calculation of storm tides induced by a tropical storm impinging on a continental shelf ”, Mon. Wea. Rev., NO.93, pp. 343-358.
5. Li, H. W. (1979), “Numerical prediction of typhoon surges along the coast area of Taiwan Strait ”, ActaOceanographica Taiwanica , Science reports of the National Taiwan University, NO.10, pp. 50-66.
6. 邱應傑（1987），「淡水河感潮河段之天文潮水位分析」， 國立成功大學水利及海洋研究所碩士論文。
7. 柯允沛（1993），「FEMA暴潮模式模擬技術在個人電腦之應用」，第15屆海洋工程研討會論文集，第663-676頁。
8. 姚家琪、黃榮鑑(1995)，「颱風暴潮三維數值模式研究」, 第17屆海洋工程研討會論文集，第315-333頁。
9. 徐月娟（1996），「一西進颱風引起台灣沿海暴潮之數值實驗」,天氣分析與預報研討會論文彙編（84）。
10. 徐月娟、曾淑芬（1997），「賀伯颱風暴潮模擬之初步研究」，天氣分析與預報研討會論文彙編-(1)氣象，第661-621頁。
11. 蕭松山、臧效義（1997∼1999），「東北部海域異常水位調查分析研究（Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ）」，行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。
12. 柳文成、許銘熙、郭義雄、郭振泰（1998），「淡水河河口環流特性之研究」，台灣水利，第46卷第一期，第33-42頁。
13. 徐月娟、曾淑芬、陳進益、蔡恆雄（1998），「台灣地區颱風暴潮特性之初步研究」，天氣分析與預報研討會論文彙編：Ⅱ海象，第502-508頁。
14. 許泰文、廖建明、李兆鑫(1999) ，「以有限元素法推算台灣東北海 岸之暴潮偏差」，中國土木水利工程學刊，第十一卷，第四期，第849-857頁。
15. 陳明仁、蔡瀚陞(1999)，「淡水河河口水位受颱風暴潮影響之特性分析」，八十八年度農業工程研討會，第745-751頁。
16. 歐善惠、許泰文、臧效義（1999），「東北海岸防波堤颱風波浪與暴潮合成作用力評估」，交通部科技顧問室，財團法人成大研究發展基金會。
17. 臧效義、蕭松山、張文忠、王茂寅（2000），「基隆海域暴潮特性探討」， 天氣分析與預報研討會論文彙編-海洋，第247-252頁。
18. 蔡翰陞（2000），「淡水河口颱風暴潮水位之研究」，國立台灣大學碩士論文。
19. 蔡翰陞、陳明仁（2000），「淡水河口受颱風暴潮影響水位之預報研究」， 天氣分析與預報研討會論文彙編-海洋，第261-266頁。
20. 李芳承（2001），「台灣北部與東部海岸之暴潮模擬」，國立台灣海洋大學碩士論文。
21. 蔡憶雯（2002），「淡水河口暴潮位及河川水位機率預報研究」，國立台灣大學碩士論文。
22. 葉姍霈（2002），「台灣海域高解析度潮汐模式之建立—敏感度試驗」，國立成功大學碩士論文。
23. 許泰文（2003），「袁金渦動模式」，近岸水動力學，第85-87頁。
24. 陳冠宇（2003），「颱風暴潮與天文潮合成水位模擬」，國立台灣海洋大學碩士論文。
25. 蘇青和、吳基、廖慶堂、徐如娟（2003），「台北港港口區域潮汐及海流特性研究」，第25屆海洋工程研討會論文集，第23-30頁。
26. 林意淳（2004），「POM模式應用於河口水動力計算之研究」，國立成功大學碩士論文。
27. 馮智源、高家俊、邱銘達、吳誌翰（2005），「颱風暴潮數值推算之研究」，第27屆海洋工程研討會論文集，第275-282頁。
28. 黃偉柏、許長安、黃慶光、龔誠山、林杰熙（2005），「台灣北部海岸颱風暴潮模擬」，第27屆海洋工程研討會論文集，第283-289頁。
29. 柳文成、陳偉柏、蔡武廷（2005），「淡水河口與近海三維水理與傳輸模式之數值模擬」，第27屆海洋工程研討會論文集，第1065-1073頁。