考慮壓力變化的暴潮偏差分析

考慮壓力變化的暴潮偏差分析研究生：張永欣指導(dǎo)教授：張憲國(guó)博士國(guó)立交通大學(xué)土木工程學(xué)系中華民國(guó)九十七年七月二十二日1前言資料背景及分析方法驗(yàn)證與分析颱風(fēng)對(duì)暴潮偏差的影響推估全年暴潮偏差的比較各場(chǎng)颱風(fēng)下的暴潮偏差比較結(jié)論簡(jiǎn)報(bào)大綱2研究動(dòng)機(jī)與目的3文獻(xiàn)回顧－暴潮偏差預(yù)測(cè)4李等人（2003）分析結(jié)果顯示在最大風(fēng)速半徑內(nèi)數(shù)值模擬值與實(shí)測(cè)分析值相關(guān)性較高；而遠(yuǎn)離颱風(fēng)中心的測(cè)站，所計(jì)算出來(lái)的暴潮數(shù)值較小。邱（2007）探討在不同颱風(fēng)強(qiáng)度及路徑情況下，暴潮大小與颱風(fēng)中心至測(cè)站距離的迴歸關(guān)係，並增加考慮颱風(fēng)移動(dòng)速度，進(jìn)行颱風(fēng)暴潮與颱風(fēng)中心至測(cè)站距離及颱風(fēng)移動(dòng)速度的多變量迴歸分析。文獻(xiàn)回顧－颱風(fēng)路徑與測(cè)站距離對(duì)暴潮的影響5Ding等人（2001）首先結(jié)合氣壓的影響因素，應(yīng)用調(diào)和分析法，以研究香港長(zhǎng)期的海面平均水位變動(dòng)趨勢(shì)。吳（2004）研究氣壓與風(fēng)剪應(yīng)力對(duì)颱風(fēng)暴潮所造成的效應(yīng)：颱風(fēng)西進(jìn)臺(tái)灣造成最大暴潮偏差主要是由氣壓所引起；當(dāng)颱風(fēng)沿東部海域前進(jìn)時(shí)，此路徑造成最大暴潮偏差主要是由風(fēng)剪應(yīng)力所引起。文獻(xiàn)回顧－氣壓與暴潮位的關(guān)係6黃等人（2005）提出一旦颱風(fēng)登陸致使風(fēng)場(chǎng)及氣壓場(chǎng)因登陸而變形後，暴潮模擬則開(kāi)始偏離實(shí)測(cè)值。莊等人（2007）結(jié)合岸際實(shí)測(cè)氣壓，提出「純化天文潮位法」及「移動(dòng)平均法」，達(dá)成天文潮位與氣象潮位的分離及萃取。7資料背景地理位置 本研究蒐集臺(tái)灣四周沿岸測(cè)站潮位資料及壓力資料共五組：西部由北而南依序?yàn)樾轮?HC)、臺(tái)中(TC)、高雄(KH)三個(gè)測(cè)站；東部為蘇澳(SA)與成功(CK)兩個(gè)測(cè)站。89分析方法10-HA-HAP壓力反算暴潮偏差11驗(yàn)證－加入傳統(tǒng)取得暴潮位之模擬潮汐

以1989年基隆測(cè)站為例，經(jīng)由調(diào)和分析法(HA)得一預(yù)測(cè)天文潮資料，再在颱風(fēng)期間加入該測(cè)站當(dāng)年實(shí)際颱風(fēng)期間之暴潮偏差，可得一模擬潮汐資料。比較傳統(tǒng)方法HA及新方法HAP分離之暴潮偏差的均方根誤差RMSE與尖峰值的比值ΔyHA/ΔyP與ΔyHAP/ΔyP?？紤]壓力變化的暴潮偏差分析1212驗(yàn)證結(jié)果

由新方法HAP求出的壓力轉(zhuǎn)換係數(shù)為0.985，新方法HAP與傳統(tǒng)方法HA均方根誤差RMSE分別為0.537及3.087；尖峰值之比值分別為0.975及0.900。37.1036.1933.3713因模擬天文潮圖形在前後兩端資料不對(duì)稱且最高值未在正中間，推估可能是影響結(jié)果的因素，故將前三個(gè)影響較大分潮係數(shù)ai、bi(i=1~3)除以10，得到去除主要分潮影響之天文潮，再給定一假設(shè)之模擬颱風(fēng)期間並加入人造暴潮偏差?？紤]壓力變化的暴潮偏差分析1414驗(yàn)證結(jié)果

由新方法(HAP)求出的壓力轉(zhuǎn)換係數(shù)為0.993，比之前的結(jié)果更趨近於理論值1，而新方法與傳統(tǒng)方法RMSE分別為0.101及1.436；尖峰值之比值分別為0.993及0.947。29.7928.4215驗(yàn)證－加入低能量雜訊之模擬潮汐

實(shí)際上潮汐亦會(huì)受壓力因素影響而產(chǎn)生擾動(dòng)(noise)，藉由移動(dòng)平均法，發(fā)現(xiàn)此擾動(dòng)接近常態(tài)分佈(Normaldistribution)?？紤]壓力變化的暴潮偏差分析1616驗(yàn)證結(jié)果

由新方法(HAP)求出的壓力轉(zhuǎn)換係數(shù)為0.986，比之前結(jié)果為低，而新方法與傳統(tǒng)方法RMSE分別為0.204及1.577；尖峰值之比值分別為0.986及0.952。因?yàn)榧尤肓藟毫_動(dòng)，所以結(jié)果比未加入壓力擾動(dòng)為差，且傳統(tǒng)方法曲線較不平滑。29.5728.5517測(cè)站資料分析

18由臺(tái)中測(cè)站及蘇澳測(cè)站得知，資料缺漏性與年平均潮位有很大的關(guān)係：該年資料缺漏越多，該年年平均潮位與另外兩年年平均潮位之平均值差異越大。而在資料缺漏性甚小的情況下，同一測(cè)站的年平均潮位、年平均壓力與壓力轉(zhuǎn)換係數(shù)是極為相似的。分析結(jié)果19颱風(fēng)對(duì)暴潮偏差的影響

新竹臺(tái)中考慮壓力變化的暴潮偏差分析2020高雄蘇澳成功2121海棠、泰利與龍王颱風(fēng)為強(qiáng)烈颱風(fēng)，且侵臺(tái)路徑為第3類(lèi)；而同樣是強(qiáng)烈颱風(fēng)的柯羅莎與聖帕，雖然侵臺(tái)路徑未被分類(lèi)，但仍然對(duì)臺(tái)灣沿岸五個(gè)測(cè)站造成明顯的壓力變化；而凱米颱風(fēng)雖被歸類(lèi)為中度颱風(fēng)，但其侵臺(tái)路徑為第3類(lèi)；碧利斯颱風(fēng)強(qiáng)度則為輕微，侵臺(tái)路徑為第2路徑，但仍然對(duì)臺(tái)灣沿岸的五個(gè)測(cè)站在壓力變化上造成很大的影響。颱風(fēng)期間颱風(fēng)對(duì)壓力及潮汐的影響：即颱風(fēng)來(lái)臨，氣壓下降，潮水位上升。因此歸納壓力對(duì)暴潮偏差有絕對(duì)的影響，且颱風(fēng)強(qiáng)度與颱風(fēng)路徑為影響臺(tái)灣沿岸測(cè)站氣壓的主要關(guān)鍵。分析結(jié)果22推估全年暴潮偏差之比較

新竹測(cè)站23臺(tái)中測(cè)站24高雄測(cè)站25蘇澳測(cè)站26成功測(cè)站27圖中可看出利用調(diào)和分析法(HA)預(yù)測(cè)之暴潮偏差與結(jié)合壓力影響之調(diào)和分析(HAP)預(yù)測(cè)的暴潮偏差圖形是相似的。而臺(tái)灣颱風(fēng)發(fā)生的時(shí)間約莫在夏秋二季，可看出在六月至九月期間，有加入壓力影響之調(diào)和分析(HAP)預(yù)測(cè)出的暴潮偏差較傳統(tǒng)調(diào)和分析法(HA)預(yù)測(cè)出之結(jié)果接近由壓力直接反算的暴潮偏差基準(zhǔn)。由此判定，颱風(fēng)期間加入壓力影響的調(diào)和分析法(HAP)對(duì)暴潮偏差預(yù)測(cè)上會(huì)比一般傳統(tǒng)調(diào)和分析方法(HA)準(zhǔn)確。分析結(jié)果28各場(chǎng)颱風(fēng)下暴潮偏差之比較

2005年新竹測(cè)站暴潮偏差預(yù)測(cè)-海棠颱風(fēng)、泰利颱風(fēng)

海棠(HAITANG)-強(qiáng)度發(fā)布時(shí)間2005/07/1614:30解除時(shí)間2005/07/2002:30侵臺(tái)路徑3泰利(TALIM)-強(qiáng)度發(fā)布時(shí)間2005/08/3008:30解除時(shí)間2005/09/0123:30侵臺(tái)路徑3292007年成功與蘇澳測(cè)站暴潮偏差預(yù)測(cè)-聖帕、柯羅莎颱風(fēng)

聖帕(SEPAT)-強(qiáng)度發(fā)布時(shí)間2007/08/1608:30

解除時(shí)間2007/08/1914:30

侵臺(tái)路徑3柯羅莎(KROSA)-強(qiáng)度發(fā)布時(shí)間2007/10/0417:30解除時(shí)間2007/10/0723:30侵臺(tái)路徑--302005年蘇澳與臺(tái)中測(cè)站暴潮偏差預(yù)測(cè)-珊瑚、卡努颱風(fēng)珊瑚(SANVU)–輕度

發(fā)布時(shí)間2005/08/1116:00解除時(shí)間2005/08/1320:30侵臺(tái)路徑--卡努(KHANUM)–中度發(fā)布時(shí)間2005/09/0917:30解除時(shí)間2005/09/1114:30侵臺(tái)路徑--312005年臺(tái)灣沿岸五個(gè)測(cè)站的暴潮偏差-泰利、丹瑞颱風(fēng)泰利(TALIM)–強(qiáng)度發(fā)布時(shí)間2005/08/3008:30解除時(shí)間2005/09/0123:30侵臺(tái)路徑3丹瑞(DAMREY)–輕度

發(fā)布時(shí)間2005/09/2110:30解除時(shí)間2005/09/2308:30侵臺(tái)路徑--32新竹、臺(tái)中與蘇澳測(cè)站暴潮偏差預(yù)測(cè)-龍王、珊珊颱風(fēng)

龍王(LONGWANG)–強(qiáng)度

發(fā)布時(shí)間2005/09/3020:30解除時(shí)間2005/10/0308:30侵臺(tái)路徑3

珊珊(SHANSHAN)–中度

發(fā)布時(shí)間2006/09/1414:30解除時(shí)間2006/09/1614:30侵臺(tái)路徑--

33在蒐集彙整臺(tái)灣四周沿岸五個(gè)測(cè)站的潮位及壓力資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)在資料缺漏性甚小的情況下，同一測(cè)站的年平均潮位、年平均壓力與壓力轉(zhuǎn)換係數(shù)是極為相似的。且颱風(fēng)期間颱風(fēng)對(duì)壓力的影響會(huì)造成壓力與潮汐成負(fù)相關(guān)，即颱風(fēng)來(lái)臨，氣壓下降，潮汐水位上升。而在實(shí)際暴潮偏差預(yù)測(cè)方面，當(dāng)颱風(fēng)強(qiáng)度為強(qiáng)烈且颱風(fēng)路徑有經(jīng)過(guò)該測(cè)站時(shí)，加入壓力影響之HAP方法比傳統(tǒng)HA方法接近由壓力反算的暴潮偏差，且三種方法皆會(huì)產(chǎn)生明顯的水位抬升現(xiàn)象。但是當(dāng)颱風(fēng)強(qiáng)度為中度或是輕微時(shí)，就算颱風(fēng)路徑有經(jīng)過(guò)該測(cè)站，暴潮偏差卻不甚明顯，且不論是加入壓力影響之HAP方法或是傳統(tǒng)HA方法皆無(wú)法準(zhǔn)確推算暴潮偏差。結(jié)論34另外，西部新竹、臺(tái)中測(cè)站以及東部蘇澳、成功測(cè)站的暴潮偏差圖形在同一場(chǎng)颱風(fēng)下圖形是相似的，由此推測(cè)暴潮偏差可能是有區(qū)域性的。且西部的中部測(cè)站因?yàn)榈匦斡绊懙年P(guān)係，在暴