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研究生: 鄭允翔
Cheng, Yun-Hsang
論文名稱: 颱風暴潮與颱風特性關係之研究
Relationship between Typhoon Surge and Typhoon Characteristics
指導教授: 詹錢登
Jan, Chyan-Deng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 108
中文關鍵詞: 暴潮卡門濾波潮汐
外文關鍵詞: kalman filter, tide, typhoon surge
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  • 台灣地區經常受到颱風侵襲,除了在陸地上造成風災及水災之外,沿海地區也常遭遇到海水倒灌及海岸侵蝕的災害,尤其是颱風暴潮所為造成的災害,因此為了減低海岸災害,颱風暴潮的預測的工作日形重要。本文分析颱風特性與暴潮之關係,擬由海上颱風特性預測報潮水位。海水水位之變化包含暴潮與一般潮汐。本文先以調和分析結合卡門濾波法的技巧分析潮汐變化。將實測海水水位減去潮汐水位(天文潮)後得到暴潮偏差。選用梗枋、成功、東石及蟳廣嘴等四個測站在1993-2000期間的潮汐資料及當時的颱風資料,先進行潮汐調和分析建立潮汐預測模式,然後分析暴潮偏差及其與颱風特性的關係。
    在潮汐調和分析中,嘗試選用不同分潮數量,研究結果顯示採用M2、K1、S2、O1、SA、N2、P1、K2、Q1、MJU2等十個分潮便能有效的進行中長期的潮汐預測。。在分析暴潮偏差與颱風特性的關係,結果顯示暴潮偏差(η)與颱風中心氣壓(p)、近中心最大風速(Um)、暴風半徑(R)、測站與颱風中心距離(l)有密切的關係,其中又以測站與颱風中心距離的相關性最顯著。由於中心氣壓與近中心最大風速關係密切,,兩者之間只需選取一個為主要影響因素。本文選取近中心最大風速( )、暴風半徑(R)、測站與颱風中心距離(l)為颱風暴潮主要影響因素,提出暴潮預測經驗模式 ,其中a*、c及d為待定係數。以梗枋、成功、東石及蟳廣嘴等四個測站的暴潮資料為分析對象,並考量不同颱風路徑的影響,模擬結果顯示本文所提出的暴潮預測經驗模式在台灣東部宜蘭縣梗枋站及台東縣成功站的暴潮模擬效果較好,在台灣南部屏東縣蟳廣嘴站的暴潮模擬效果尚可,但是在台灣西部嘉義縣東石站的暴潮模擬效果最差,其間之差異需要再進一步之研究。

    The coastal precaution of Taiwan is more and more important for recent typhoon calamity. Because the typhoon surge is one of the main causes of coastal calamity, it is a major task to predict the typhoon surge. The variation of water level consists of the typhoon surge and the normal tide level. This paper combines the harmonic analysis with the Kalman filter to analyze the normal tide level variation, and subtract the measured water level by the normal tide level. The records at the four tidal stations, says Gengfang, Cheng-gong, Dongshih, and Syun-guang-zuei, were collected and analyzed, and then correlation between surge heights and typhoon characteristics according to the
    data from 1993 to 2000 were analyzed.
    By trying different number of tidal components, the results show that it’s efficient to predict medium-long tide-level by using ten tidal components (M2, K1, S2, O1, SA, N2, P1, K2, Q1, and MJU2). It was found that the typhoon surge height depends on the typhoon characteristics such as the central pressure (p), the wind speed (Um), the storm radius (R) and the distance between station and typhoon (l). A typhoon surge height model is proposed, based on Um, R, and l, , in which the parameters of a*, c and d are determined based on measured data. The results show that the proposed model can well describe the typhoon surges at the Gengfang station and the Cheng-gong station, and some kind of goodness at the Syun-guang-zuei station, but can not be applied at the Dongshih station. More study on the proposed model and its modification are need.

    中文摘要……………………………………………………I 英文摘…………………………………………………… II 目錄……………………………………………………… Ⅲ 表目錄…………………………………………………… Ⅴ 圖目錄…………………………………………………… Ⅵ 符號說明………………………………………………… Ⅷ 第一章 緒論…………………………………………… 1 1.1 前言…………………………………… 2 1.2 前人研究……………………………… 2 1.3 研究動機……………………………… 2 第二章 調和分析方法………………………………… 3 2.1 調和分析方程式……………………… 4 2.2 卡門濾波法…………………………… 5 第三章 調和分析與暴潮計算………………………… 9 3.1 採用分潮對訓練資料量的影響……… 9 3.2 採用不同分潮數預測結果之比較…… 13 3.3 每次資料輸入筆數不同對分潮係數的影 響……………………………………… 18 第四章 颱風暴潮和颱風特性之關係……………… 22 4.1 颱風暴潮的成因與定義……………… 22 4.2颱風氣壓、風速、半徑與暴潮偏差之關 係……………………………………… 25 4.3 颱風距離與暴潮偏差………………… 25 4.4 其他可能影響因子的影響…………… 26 4.5 各項資料之逐時相關性分析………… 29 4.6 迴歸方程式…………………………… 37 4.7 迴歸分析結果概述…………………… 41 4.8 迴歸模式與數值模式的比較………… 41 4.9 迴歸分析結果討論…………………… 51 第五章 結論與建議………………………………… 56 參考文獻…………………………………………… 58 附 錄 A:颱風期間颱風特性與暴潮偏差比較圖………… A-1 B:颱風路徑圖、地面天氣圖與各測站暴潮水位資料圖 ........................................ B-1 表3-1 本研究四種測試類型所採用的分潮以及其所需要 資料數量……… 11 表3-2-a 利用不同分潮數目進行調和分析預測的平均絕對 誤差…………… 15 表3-2-b 利用不同分潮數目進行調和分析預測時造成高低 潮位點時間位移之情形……………… 15 表3-3-a 梗枋測站利用不同每次輸入資料數進行調和分析 時,前十個主要分潮之振幅在一個月內的的標準 偏差……………………………… 19 表3-3-b 梗枋測站利用不同每次輸入資料數進行調和分析 時,前十個主要分潮之振幅在一個月內的的變異 係數..............................19 表4-1 本研究採用之潮位資料………………… 23 表4-2 颱風特性對暴潮偏差影響………………… 29 表4-3-a 梗枋站暴潮偏差與颱風特性……………… 30 表4-3-b 成功站暴潮偏差與颱風特性……………… 31 表4-3-c 蟳廣嘴站暴潮偏差與颱風特性…………… 32 表4-3-d 東石站暴潮偏差與颱風特性……………… 33 表4-4 不同路徑之颱風特性與颱風暴潮的相關性比較 .......................... 34 表4-5 每場颱風期間颱風與測站距離和暴潮偏差的相關 性比較………… 35 表4-6 (6-1)式、(6-2)式與(6-3)式迴歸結 果……………………… 40 表4-7-a 梗枋站迴歸結果…………………… 43 表4-7-b 成功站迴歸結果…………………………44 表4-7-c 蟳廣嘴站迴歸結果………………………45 表4-7-d 東石站迴歸結果…………………………46 圖2-1 卡門濾波法演算流程圖……………………8 圖3-1 梗枋地區平均分潮振幅(1986—1998)……10 圖3-2 O1、K1、M2、S2等分潮之振幅隨訓練時間之變 化………………12 圖3-3 SA分潮之振幅隨訓練時間之變化……………12 圖3-4 同時採用SA分潮與SSA分潮做計算時,SA分潮與 SSA分潮的振幅隨訓練時間的變化……………13 圖3-5-a 利用不同分潮個數進行30天潮位預測之各時間潮 位絕對誤差………………………………16 圖3-5-b 利用不同分潮個數進行 30天潮位預測之各時間 潮位絕對誤差(續)………………………17 圖3-6-a 不同每次輸入天數之各分潮振幅在一個月內的變 化…………20 圖3-6-b 不同每次輸入天數之各分潮振幅在一個月內的變 化(續)…………21 圖4-1 暴潮成因示意圖………………………………22 圖4-2 潮位測站位置分佈圖…………………………24 圖4-3 颱風路徑統計(1897-1998年)…………… 26 圖4-4-a 颱風氣壓及風速與暴潮之關係圖……………27 圖4-4-b 颱風氣壓及風速與暴潮之關係圖(續)……28 圖4-5-a 賀伯颱風期間成功站各項資料比較…………36 圖4-5-b 席斯颱風期間東石站各項資料比較…………36 圖4-6 颱風中心氣壓與最大風速的關係……………39 圖4-7-a 利用迴歸模式迴歸暴潮偏差結果(1)…… 47 圖4-7-b 利用迴歸模式迴歸暴潮偏差結果(2)…… 47 圖4-7-c 利用迴歸模式迴歸暴潮偏差結果(3)…… 47 圖4-8 利用暴潮數值模式模擬賀伯颱風期間之暴潮分佈 圖………………………48 圖4-9 利用梗枋站迴歸參數模擬賀伯颱風7/31 PM 3:00 之暴潮分佈……………………………………49 圖4-10-a 暴潮數值模式與迴歸模式之比較(1)………49 圖4-10-b 暴潮數值模式與迴歸模式之比較(2)………50 圖4-10-c 暴潮數值模式與迴歸模式之比較(3)………50 圖4-11-a 碧利斯颱風於成功站引發之異常水位分析… 53 圖4-11-b 碧利斯颱風於梗枋站引發之異常水位分析… 53 圖4-12 尤特颱風期間地面天氣圖…………………… 53 圖4-13 尤特颱風期間各測站逐時氣壓表…………… 54 圖4-14-a 尤特颱風期間蟳廣嘴站的各項資料比較…… 55 圖4-14-b 尤特颱風期間東石站的各項資料比較……… 55

    1. Darwin, G. H. (1892). “On a apparatus for facilitating the reduction of tidal observation,”Philosophy Transaction Royal society, Series A, Vol. 52, pp. 345~376.
    2. Doodson A. T. (1958).“Oceanic tides,” Advances in geophysics, Vol.5,
    Academic Press, Inc., New York, N. Y., pp. 117~152.
    3. Jan, C. D., Yen, P. H., Lee, Y. P. and Lee, H. F. (1995). “Determination of parameters of harmonic tide-level model by using Kalman filter,” 第17
    屆海洋工程研討會暨1995兩岸港口及海洋開發研討會,第287~298頁。
    4. Jan, C. D., Yen, P. H., Lee, Y. P. and Lee, H. F. (1996).“Application of Kalman filter to Short-term tide level prediction,” Journal of Waterway , Port, Costal Ocean Engineering, pp. 226~231.
    5. Li, H., Jiao, J. J., and Cheng, K. (2002). “Tide-induced groundwater level fluctuation in coastal aquifers bounded by L-shape coastlines,” Water
    Resource Research, Vol.38, No.3, pp. 6-1~6-6.
    6. Greg Welch and Gray Bishop. “An Introduction to Kalman Filter,” Department of Computer Science University of North Carolina at Chapel
    Hill, http://www.cs.unc.edu/~welch/kalman/.
    7. 林茂生(1967),“潮汐的理論和預測”。
    8. 陽春生(1974),「台灣北岸暴潮推算之研究」,台南土木試驗所土木水利學術彙刊,第49~63頁。
    9. 魏靖松(1976),“暴潮統計分析及數值推算”,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
    10. 李賢文(1983),沿海窪地與海水堆升之研究—台灣周圍海域颱風暴潮數值模式,行政院國家科學委員會防災科技研究報告73-01號。
    11. 劉肖孔(1990),「台灣海域颱風暴潮及氣象數值預報模式」,中央氣象局研究報告第134號(1990)。
    12. 柯允沛、鄒明城、柯曙生、伊可健(1994),「FEMA 暴潮模式模擬技術在個人電腦之應用」,第十五屆海洋工程研討會論文集,第663~676頁。
    13. 李賢文(1994),“國內潮汐及暴潮模式概況之評估”,海氣分析與預報研討會論文彙編(83),第61~69頁。
    14. 李秀芳(1994),“卡門濾波應用於短期潮汐之及時預測”,國立成功大學水力及海洋工程研究所碩士論文。
    15. 郭金棟、簡仲和(1996),“彌陀海域潮汐及暴潮特性之初步研究(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)”,行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告。
    16. 歐善惠、許泰文、臧效義(1997),“東北海岸防波堤颱風波浪與暴潮合成作用力評估研究”,交通部科技顧問室專題研究計畫成果報告。
    17. 鞏誠山(1997),“颱風暴潮推算”,中心工程顧問社專案研究報告書。
    18. 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502~505頁。
    19. 郭金棟、簡仲和(2000),“海岸結構物對颱風暴潮特性之初步研究”,第11屆水利工程研討會,pp.I7~I13。
    20. 張文忠(2000),“東北海域暴潮特性探討”,國立海洋大學河海工程學系碩士論文。
    21. 高山紅、吳增茂、謝紅琴(2000),“Kalman濾波在氣象數據同化中的發展與應用”,地球科學進展第15卷第5期,http://159.226.136.229/cwais/dq000514.htm。
    22. 李芳承(2001),“台灣北部與東部海岸之暴潮模擬”,國立海洋大學河海工程學系碩士論文。
    23. 蔡長泰、高家俊(2002),“地層下陷區土地利用對淹水潛勢影響之研究” ,經濟部水利處委託專題研究計畫成果報告。
    24. 張憲國(2002),“應用遺傳演算法於潮汐預報之研究”,第24屆海洋工程研討會論文集,第445~452頁。
    25. 李宗霖、蔡清標、謝榮哲、徐月娟、陳進益、劉聖義(2002),“倒傳式類神經網路在潮汐補遺之應用”,第24屆海洋工程研討會論文集,第453~460頁。
    26. 張國棟、何崇華(2002),“台灣東部異常水位分析”,第24屆海洋工程研討會論文集,第437~444頁。

    下載圖示 校內:2004-07-10公開
    校外:2004-07-10公開
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