Taiwan-US Collaboration: QPE/INTORNET

Quantifying, Predicting, and Exploiting Uncertainty

QPE Group picture, March 2008

QPE pilot study 2008

QPE Intensive Observation 2009

QPE WHOI visit 2010

NSC 2009-2012

簡介

台灣東北海域地處東海陸棚邊緣、琉球島弧及沖繩海槽南端交會處，黑潮流由南而來，台灣海峽水由西南來，長江沖淡水在冬天時由西北而來，造成此處洋流、水文、生地化參數變化複雜。東北角海域是多種外力角力之場所，同時也是容易受到攪局的地方，二十多年前的KEEP計畫到最近的LORECS計畫，對應從反流、冷渦的發現，三峽大壩截流的影響到最近颱風、沙塵暴等對當地生地參數的影響等，一系列的研究一方面增廣了我們對東北角海域複雜度的了解，另方面也衍生了一些我們對環境變動的不了解，例如：從衛星拍攝的影像看來，高頻內波似乎時有時無，黑潮流軸的變化多端，以及相似路徑和強度的颱風對海溫及生地化參數變化的影響不一等。本計畫擬針對這些問題，探討內潮、內波的生成，內潮行為受黑潮流的影響，黑潮流軸的自變和因變，及生地化參數和環境變動的關係。

複雜的洋流

OKTV

Observations for the Kuroshio Transports and their Variability (OKTV)

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黑潮(Kuroshio)是 臺灣海域最重要的洋流系統，沿著西北太平洋邊界由南往北挾帶可觀的水量、熱量和鹽份到中、高緯度地區，不僅影響臺灣海域的洋流和行經附近海域的颱風，也影 響東北亞地區之氣候，在全球之熱平衡以及水量南北交換，甚至氣候變遷上扮演著舉足輕重的地位。黑潮與流經美國東岸灣流(Gulf Stream) 同是大洋西方邊界強流，有相似的成因和動力，對全球海洋熱量、水量輸送等亦有相同的重要性，然而，我們對黑潮，尤其是從菲律賓東側源區經呂宋海峽到臺灣東 北部這一段的探測和了解，遠不及全球海洋學界對灣流的研究來得透徹，所以對黑潮的觀測和研究，如流量、物理及生地化通量、水團特性的演變，加上造成這些參 數變化的動力機制等等，仍有其必要性。

因為黑潮與灣流在大洋環流動力理論方面有相似的成因，有些學者即認為西北太平洋的黑潮就是北大西洋灣流的複製品，灣流的動力可以解釋黑潮的行為。然 黑潮在東亞乃至東北亞海域所遭遇的地形和大氣、海洋環境，和灣流在美國東岸的環境不盡相同，因此兩者各有其區域特性。首先是黑潮由呂宋島北方進入呂宋海峽 再繞過臺灣南端北上的行徑，和灣流通過猶加敦海峽(Yucatan Channel)進入墨西哥灣(Gulf of Mexico)形成反氣旋套流(Loop Current)再由佛羅里達海峽(Straits of Florida)流出的行徑截然不同(如Chern et al., 2010)；其二是黑潮自呂宋海峽一路到臺灣東北部海域所行經的海底地形非常複雜，尤其在臺灣東部約四個緯度的跨距間，即遭遇至少三個高低大小不一的海脊、深遂的琉球海溝和臺灣東北部大陸棚緣90°的轉折(Jan et al., 2011)，相較之下，灣流在美國東岸所經歷的海底地形較為單純；第三是黑潮流經海域冬天受強烈的東北季風影響，夏天則有西南季風的作用，灣流海域則無如此顯著的季風現象；此外，海洋渦漩等中尺度運動接近臺灣東部海域時，會造成黑潮擺動進而造成通過固定斷面流量的改變(Yang et al., 1999)。 因此唯有實際到黑潮海域進行觀測，才有可能增進有關黑潮區域四維特性的知識，進而增進預測黑潮變動的準確度。本計畫(OKTV)承物理海洋學界對西北太平 洋探測一貫的分區、逐年達成策略，擬定由呂宋海峽北部到台灣東北海域之間三條固定測線之測量，項目包括錨碇海流儀長期觀測、研究船定期UCTD、ADCP 觀測及採水等、遙測資料校驗與分析。除此之外，OKTV與美國海軍研究處(ONR)主導，集合SIO、APL-UW和WHOI執行的黑潮與民答那峨海流之 起源計畫(Origins of Kuroshio and Mindanao Currents – OKMC) (Rudnick et al., 2011)，自菲律賓東側往北連成一氣，從而了解黑潮自源區往北一路的演進及上游的變化對下游的影響。

研究工作方面，OKTV擬依我國物理海洋歷年整合型計畫所建立的分工模式，即觀測、數值模擬和遙測(包含人造衛星和岸基雷達等)三部分，數值模擬將 以動力過程研究的方式協助觀測資料之解釋，反之觀測結果將提供模式校驗和提高海洋環流預報準確度之用。研究主題延續KEEP在東海南部的整合觀測 (1990-1994) 、WOCE的流量觀測(1996-1997)、KUDEX對黑潮上游(1999-2002)和ITOP對 臺灣東北部海洋的觀測研究，除了黑潮體積和生-地-化參數通量及其變化的觀測外，動力過程研究方面包括定義黑潮入侵東海陸棚之現象、黑潮流徑受海脊和近乎 90°轉折大陸棚邊緣的影響、黑潮水團的時-空演變、黑潮斜壓效應的演變、季風對黑潮的影響、黑潮-颱風交互作用等。研究尺度從數十公尺較小尺度的紊流混 合、水躍、內波等到黑潮-颱風海氣交互作用及數百公里之區域海洋尺度。整體計畫將分三年執行，第一和第二年將著重在與美方OKMC計畫的聯合觀測和歷史資 料分析；第三年則是結合數值模擬和遙測資料，進行全面的資料分析與動力過程研究。預期計畫結束後能將臺灣東部水域的海洋環境研究清楚，能對世界海洋研究作 出應有之貢獻，此外亦能培養我國新一代的海洋探測暨研究人才。