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研究生:黃昱豪
研究生(外文):Yu-HaoHuang
論文名稱:台灣東部水域海流特性分析
論文名稱(外文):Some Notes on Current Characteristics along Eastern Taiwan Waters
指導教授:黃清哲黃清哲引用關係高家俊高家俊引用關係
指導教授(外文):Ching-Jer HunagChia-Chuen Kao
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:海流分析潮流風驅流低頻海流EEMD
外文關鍵詞:Current analysisTidal currentWind-induced currentLow-frequency currentEEMD
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本研究使用台灣東部海域所設置的蘇澳、台東與台東外洋站等三座資料浮標,選取2012年~2014年範圍內為期一整年的資料為樣本,分析探討海流特性。文中主要使用調和分析、能譜分析工具與總體經驗模態分解法 (EEMD) 等工具將潮流、風驅流與低頻海流分離,並探討各因子對海流之影響。
東部近岸的蘇澳、台東地區潮流運動受地形影響甚大,流向約略與海岸線平行。蘇澳站屬於半日潮型,長週期潮汐分量不明顯;台東與外洋站屬於混合潮型,從能譜分析與調和分析的結果中皆觀察到明顯的長週期潮汐分量。外洋站潮流不受地形影響,半日潮流M2、與全日潮流K1方向在全年維持穩定,長週期潮汐分量MM、MSF引起的潮流主軸方向在四季中並不固定。
從風速與海流流速時序列與相關性分析結果,各測站海流資料無論在季節內與颱風期間內,在風速小於15 (m/s) 時皆沒有觀察到明顯的風驅流影響;外洋測站海流在杰拉華颱風期間則觀察到明顯的風驅流,在使用EEMD方法濾除潮流影響後,風速與流速資料相關性達到0.89,流速變化相對於風速約有6小時之延遲。在杰拉華強颱侵襲期間,選取風速達到15 (m/s) 與其對應的流速資料點作迴歸分析,得到強風速下海水面下3.5公尺處之風驅流約為風速之2.6 %,略小於前人研究之風驅流為風速3~5 %之結果。
在調和分析與能譜分析結果中觀察到東部水域中海流長週期潮汐分量之長軸極大,本文分析結果之潮流特性與前人對東部潮汐特性之研究不同,在台東站與外洋站海流均受到強烈的MM、MSF潮汐分量所影響。本文將長週期潮汐分量MM、MSF所影響之海流視為低頻海流,透過EEMD方法與一年份浮標資料之調和分析後發現,MSF分潮影響之潮流約在夏季其間有相對較強的流速變化,MM分潮影響之變化差異則不明顯。平均流在過去研究中均假設為定常值,透過EEMD分解可找到平均流在時間上的變化。
This study discusses the current characteristics of the components consist of the whole year data, which were obtained by the data buoy from 2012 to 2014. These buoys were located in Suao, Taitung, Taitung Open Ocean region in Eastern Taiwan Waters. This study uses the Harmonic analysis (HA), Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) and the spectral analysis to separate these components from current data. The characteristics of the tidal current of Suao, Taitung region were significantly affected by the coastal topography. The long-term tidal constituents, MSF and MM, show the different direction of the Taitung Open Ocean at all seasons, but the major axes inclination of K1, M2 constituents still remained in close degree. The wind-induced current can be found in the result if the wind speed was above 15 (m/s). The time series during JELAWAT typhoon indicate a strong wind-induced current. Using an EEMD method to filter out tidal current, the wind and current data are highly correlated, with a correlation coefficient of 0.89. Under the strong wind velocity (〉15(m/s)), the ratio between the wind-induced current and the wind velocity at the Taitung Open Ocean site approaches 2.6%, which is smaller than previous studies.
目錄
摘要 III
致謝 XI
第一章、緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的 6
第二章、分析工具介紹 7
2.1 調和分析 7
2.2 傅立葉轉換 9
2.3 希爾伯特黃轉換 (Hilbert-Huang transform, HHT) 10
2.3.1 經驗模態分解法 (Empirical Mode Decomposition, EMD) 10
2.3.2 希爾伯特頻譜分析 (Hilbert Spectrum Analysis) 14
第三章、浮標資料處理與統計 15
3.1 測站資料來源與位置 15
3.2 資料時間與統計 17
第四章、海流分析與討論 22
4.1潮流分量與潮流橢圓 22
4.1.1 測站潮汐分量與調和分析 23
4.1.2 潮流特性差異之比較 28
4.2風對海流之影響 30
4.2.1季節內的風驅流 31
4.2.2颱風期間的風驅流 36
4.3低頻海流特性分析 48
4.3.1 各測站低頻海流變化 48
4.3.2 各測站低頻海流特性差異 57
第五章、結論與建議 63
5.1 結論 63
5.2 建議 64
參考文獻 65
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