海洋科技季刊
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『海洋觀測及監測技術』專輯
目  錄 封面
「海洋觀測及監測技術」專輯序言
高頻雷達測流系統運作原理及建置實例
CODAR資料品質以及準確性初步研究
利用同調(Coherence)雷達從事海洋波流觀測
時空合域影像於求取海面波流資訊之應用
小型浮標觀測技術之研發
海氣象觀測系統之規劃與設計
無人水面載具在觀測領域之應用-近岸/近海水文水質量測
海床應答器底碇系統設計與定位實驗
海底地震儀Yardbird之研發報告
側掃聲納輔助水下載具導航系統設計
311日本地震造成之海嘯
海洋及水下科技季刊一00年度第二十一卷第一期封面


「海洋觀測及監測技術」 專輯序言
(第二十一卷第一期-序言)
摘要

 「海洋」是人類賴以生存的地球圈中重要的一環,海洋環境的變化,舉凡海流、波浪、水文、海面氣象、海底地形與地震等,均與人類的經濟活動、環境保護、科學研究、救災防災等息息相關。而欲對於海洋環境有所瞭解,就必須透過觀測而獲的訊息。例如,一世紀以前的海洋學家即發明漂流瓶、南森瓶、顛倒溫度計等儀器設備,以便用來觀測海面海流、深海水文與溫度之變化。近年來,人類的海上活動更為活絡,對於海洋環境的各種訊息,需求量亦更大。於是,透過現代科技發展更為先進的海洋觀測技術與儀器,以致獲得即時且大量的海洋環境資料,一直是先進國家的發展重點科技之一。

 近年來,我國的海洋觀測技術發展,已有明顯的進步。例如:從以往的單點觀測發展到面的觀測、從人工採樣發展到自動化連續觀測、從國外引進儀器發展到國內自行開發儀器等,均顯示了我國在海洋觀測技術方面的成長與進步。本專輯內容為介紹國內近年來在『海洋觀測及監測技術』方面的發展與成長,內容可分為三部分。一:介紹由國外所引進的海洋監測儀器在國內的運作狀況、以及國內針對此項儀器所發展的資料分析技術。二:介紹國內自行開發的海洋觀測儀器及其目前之運作情形。三:國內針對現有的觀測儀器與原理,開發修正技術,精進資料品質。此三部份的相關文章內容如下所述:

一、我國海軍及國家實驗研究院臺灣海洋科技研究中心近年來分別各自引進岸基型測流雷達並安裝於本島各地,擬建立環島海流觀測網,即時監測近岸海域的海表面海流變化。「高頻雷達測流系統運作原理及建置實例」、「CODAR資料品質以及準確性之初步研究」兩篇文章即介紹了安裝此岸基型測流雷達的技術與經驗,以及其資料準確性之分析與探討。此外,「利用同調(Coherence)雷達從事海洋波流觀測」文章是介紹安裝於基隆海大的同調雷達的功能、運作現況以及資料分析結果。此三篇文章均顯示,我國已經從點的觀測進展到利用岸基型雷達即時遙測大範圍的海面海流與波浪訊息。

二、由於國外所引進的海洋觀測儀器均非常昂貴,且關鍵的維修技術也受限於國外原廠。於是,國內自行開發是條必須走的路。近年來,國家實驗研究院臺灣海洋科技研究中心、成功大學近海水文研究中心、聯合船舶設計中心等單位已有些成果,「小型浮標觀測技術之研發」、「海床應答器底碇系統設計與定位實驗」、「海氣象觀測系統之規劃與設計」、「無人水面載具在海洋觀測領域之應用—近岸-近海水文水質量測」、「海底地震儀 YardBird之研發報告」等文章即是介紹國內針對波浪浮標、水下應答器、海氣象觀測浮標、無人水面載具、海底地震儀等儀器之開發成果。

三、「側掃聲納輔助水下載具導航系統設計」、「時空合域影像於求取海面波流資訊之應用」兩篇文章則是針對現有的海洋觀測儀器系統,提出新的方法以取得較高精確度的水下定位值或是海面波流資訊。

 此外,3月11日於日本發生的宮城大地震及其所引發的大海嘯,震驚世人。「311日本大地震造成之海嘯」一文,分析了我國各地的水位觀測資料並敘述海嘯到達各地的時間與變化量,文中也談到我國對於海嘯觀的測與預警之不足處與建言。

 從上述的文章內容得知國內近年來在海洋觀測與監測技術的進步、成長與不足處。相信這些成果,在不久的將來將會大量運用於我國海域,提升我國對於海洋環境訊息的即時掌握,並能滿足我國之國防、海域救難、環境監測與保護、海洋綠色能源開發、科學研究等各方面之需求。


作者:高家俊/國研院台灣海洋科技研究中心 主任

   楊穎堅/海軍軍官學校海洋科學系副教授

   董東璟/國立臺灣海洋大學海洋環境資訊系助理教授   

高頻雷達測流系統運作原理及建置實例
(第二十一卷第一期- 海洋觀測及監測技術)
摘要

 本文介紹高頻雷達監測表面海流之原理,以及國研院海洋中心為台灣四周海域架構CODAR系統的狀況。截至2010年底,已完成十座高頻雷達站,並進行背景電磁環境的「天線場型測量」,提升接收天線判斷雷達波入射方向之準確度。為了解雷達遙測海洋表面流之準確性,曾於臺灣東部黑潮流域內投放三個GPS浮標,驗證CODAR測流的可信度。測流資料品質較差之雷達站,可進行電磁波環境之改善,確保遙測資料之品質。

關鍵字:高頻雷達、表面海流、天線場形、GPS浮標驗證。

作者:楊文昌/台灣海洋科技研究中心 副研究員

   梁恩昱/台灣海洋科技研究中心 研究助理

   王雅真/台灣海洋科技研究中心 研究助理

   陳少華/台灣海洋科技研究中心 研究助理

   胡健驊/國立台灣海洋大學海洋環境資訊系 教授

CODAR資料品質以及準確性之初步研究
(第二十一卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要

 為監測台灣東北部海域海流變化情形,海軍大氣海洋局委託台灣大學海洋研究所共同合作,在蘇澳北方澳以及宜蘭漢本附近架設長距型高頻雷達CODAR海洋遙測系統。本文統計分析蘇澳站建置後所收集約七個月的資料,探討該站資料品質之空間分佈與地區特性,可作為未來系統運作之參考。另方面為了驗證CODAR資料之準確性,我們以水下20公尺船測海流歷年平均流速資料與七個月平均之CODAR表面海流資料相互比對,統計結果顯示二者相關度甚高,線性迴歸之決定係數(Coefficient of Determination, R2)高達0.8。未來將提供海軍經校正比對後之近即時表面海流資料,並研建資料庫提供即時海流傳輸及系統展示等,作為日後發展表面海流現報之基礎。

 

關鍵字: 海洋遙測、高頻雷達、CODAR、資料準確性

作者:方盈智/國立台灣大學海洋研究所

   王 冑/國立台灣大學海洋研究所

   楊穎堅/海軍軍官學校海洋科學系

   黃明哲/海軍大氣海洋局

   唐存勇/國立台灣大學海洋研究所

利用同調(Coherence)雷達從事海洋波流觀測

(第二十一卷第一期-海洋觀測及監測技術)

摘要
 目前常用的X波段航海雷達海況觀測系統大都屬非同調(non-coherence)系統,它們所獲得的影像是因海表面粗糙度所散射返回的回波強度;而同調(coherence)雷達海洋觀測系統因掌握發射與接收電磁波之間的相位關係,由於都卜勒效應,直接測得海表面水粒子的速度變化,是近年來正開始研發的新型雷達海況監測系統。本文介紹德國的RDCP與美國的COHRad兩套同調雷達系統原理與作業方式,並報告在基隆海洋大學的測試,結果顯示同調雷達系統的解析格網精細(3m~7.5m),對於海面細微特徵均能有效測得,如海洋大學海堤下涵管排水所造成之離岸流現象。

關鍵字:同調雷達、海洋觀測系統

作者:董東璟/國立台灣海洋大學海洋環境資訊系助理教授

   吳立中/國立成功大學近海水文中心博士級助理研究員

  Dennis Trizna/Imaging Science Research, Inc., VA, USA

時空合域影像於求取海面波流資訊之應用
(第二十一卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要

  海面連續影像序列(時空合域影像)提供了時間域以及空間域的海表面特徵資訊,是極具後續發展潛力的海洋環境資料。本文討論利用X波段雷達所測得之海面影像序列作為解析海表面特徵之可行性。透過適合的影像分析技術解析出海面波浪於頻率域之能量分布特徵,進而求取出波浪以及海面流場等資訊。本文進一步藉由台灣西南海域兩座X波段岸基雷達站所測得海面遙測影像資料的分析結果,確認了X波段雷達觀測技術以及影像分析方法應用於海面波浪及海流資訊求取之可行性。

作者:吳立中/國立成功大學近海水文中心專案助理研究員

   莊士賢/國立成功大學海洋科技與事務研究所助理教授

    許朝敏/財團法人國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心助理研究員

   王仲豪/經濟部水利署副工程司

   高家俊/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心主任

小型浮標觀測技術之研發
(第二十一卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要

  本文介紹成功大學近海水文中心所自行研發直徑1.2m的小型資料浮標,作為近岸碎波帶內水深更淺之海域以及潟湖等區域的海象觀測設備。該設備之能源自給自足,並具有波浪、表面海流以及表層水溫等海象特徵的作業化觀測以及即時傳輸的能力。經由與2.5m資料浮標進行同步觀測試驗及觀測數據之比對,確認了兩組浮標測得之示性波高以及平均週期結果的一致性。此外,1.2m小型資料浮標對小週期波浪的隨波性將更為顯著,凸顯了風浪成長初期海域以及風域較小區域之波浪觀測的優勢。

作者:饒國清/國立成功大學近海水文中心系統組長

   林演斌/國立成功大學近海水文中心計畫經理

   陳聖學/國立成功大學近海水文中心研究人員

   施孟憲/國立成功大學近海水文中心研究人員

   黃清哲/國立成功大學水利及海洋工程學系教授及近海水文中心主任

海氣象觀測系統之規劃與設計
(第二十一卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要

 台灣海洋科技研究中心為有效且即時的監測海洋環境,目前已在台灣東南海域侵台颱風的主要路徑上建置三組海氣象觀測系統。海氣象觀測浮標之錨碇設計參考美國ATLAS (Autonomous Temperature Line Acquisition System)之錨碇設計,經由其上所安裝的各種海氣象量測儀器,透過衛星通訊將資料以近即時方式傳輸至地面接收站,進行海洋與大氣資訊的長期觀測。所收集之海氣象觀測資料除了能讓研究學者得到最新的量測數據供分析研究外,更能提供數值預報模式運算時所不可或缺的現場初始數據,將可有效提升模式預報的精確度。

 

作者:蕭毓宏/台灣海洋科技研究中心助理研究員

   邱朝聰/台灣海洋科技研究中心助理工程師

   胡智凱/台灣海洋科技研究中心助理工程師

   楊 益/台灣海洋科技研究中心副研究員

↑回目錄

 

無人水面載具在海洋觀測領域之應用—近岸/近海水文水質量測
(第二十卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要

  本計畫完成國內第一艘專為近岸/近海量測用之無人水面載具,船長5公尺,承載重量250公斤,船速可達10.6節,採用岸基遙控模式,最大遙控半徑5海里,可在海面上執行8小時低速巡航量測任務。目前已在淡水河口完成基本性能測試,待量測設備安裝後,即將開始於台灣近岸執行水文水質量測任務,也將我國海洋量測技術帶入新紀元。

關鍵字—無人水面載具、近岸水文水質量測、遙控

作者:楊文榮/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

   潘文華/財團法人聯合船舶設計發展中心

   周顯光/財團法人聯合船舶設計發展中心

   邱逢琛/財團法人聯合船舶設計發展中心

   高家俊/成功大學水利及海洋工程學系

海床應答器底碇系統設計與定位實驗
(第二十卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要
  台灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊交界處,板塊碰撞擠壓處多半位於海底,只憑陸地監測站所收集的資料來推斷海底板塊變動是件困難的事,配合監測海底板塊位移,才有助於瞭解板塊邊界地動特性。監測海底板塊方法之ㄧ是結合GPS定位和水下應答器定位,而台灣海峽附近的板塊年位移量約僅8公分,若應答器定位量測精度不足公分等級,將無法應用於海底板塊監測。本研究設計一海床應答器底碇系統,用以搭載三支應答器並由尺規量測應答器的相對距離,藉由比對應答器相對距離的真正值和定位實驗的估算值,來驗證應答器的相對定位精度。本文先介紹底碇系統的設計概念、掛載儀器、姿態感測器記錄系統以及重錘設計和演化,接著介紹底碇系統加工組裝後的浮力測試與配重調整,最後說明實海域定位實驗。本研究透過最佳化方法分析GPS和斜距資料來估算應答器位置,由定位實驗結果驗證了應答器的相對定位誤差在一公分以內。

作者:陳信宏/中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所

   張家溥/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

   吳書�琚�國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

   田蓉禮/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

海底地震儀(Yardbird)之研發報告
(第二十卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要
 國研院海洋中心災防組發展的重點之一是建置國內海底之地震偵測系統,近程策略是透過採購的商業產品培養地震儀系統的佈放、回收與資料前處理的經驗;中長程目標是與中研院地球所與中山大學海下所共同研發自製海底地震儀,作為將來海域地震監測網建置的準備。自主研發是永續發展的不二法門,不但節省成本,且大部分支出在培養國內人才與協力廠商上,兩年來的摸索與努力,研發團隊已建立了結合科學議題與工程技術的發展平台,為永續發展打下最重要的基礎。

 目前初步的建置概念已具雛型,本中心將進一步邀請更多地震科學研究與工程技術研發的學者參與合作,海底地震監測網的建置讓地震學家更瞭解台灣海域地層構造,為潛在的災害提出並發出警訊,保障民眾的生命財產。

作者:陳柏棋/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心 研究助理

   王兆璋/國立中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所 副教授

   林慶仁/中央研究院地球科學研究所研究助技師

   張旭光/中央研究院地球科學研究所研究助理

   張家溥/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心 研究助理

   余尚學/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心 研究助理

   田蓉禮/國家實驗研究院國家海洋科技研究中心災防組組長

   郭本垣/中央研究院地球科學研究所研究員

側掃聲納輔助水下載具導航系統設計
(第二十卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要
 水下無人載具(Unmanned Underwater Vehicle;UUV)對於精密水下探勘作業的執行以及從事大範圍深海科學研究來說是相當適當且為近年來廣為先進國家所使用的海洋探測設備,其於運動、航行、偵測及資料收集上的特殊性讓他非常適合用於執行長期性、例行性、或具危險性的任務;其中,精確的水下定位與導航能力是成就這一切優異表現的前提,而聲納系統則是目前普遍被使用的設備。一般的探測載台導航系統設計主要分為三大類:推估/慣性導航、聲學導航以及地球物理導航技術;其中本文所採用的輔助導航系統設計屬第三類,藉由目前UUV上常見之探測酬載-側掃聲納系統(Side Scan Sonar;SSS)海床掃描資訊來輔助及彌補一般推估/慣性導航方式的缺點,同時搭配自動目標比對技術來反推確認UUV自身所在的位置,以取得較高精確度的水下定位值來提供水下探測任務所需。

關鍵字:水下載具導航設計、側掃聲納輔助導航、地球物理導航技術、自動目標物辨識

作者:陳冠宇/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

   黃盛煒/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

   穆凌吉/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

   郭振華/國立台灣大學工程科學及海洋工程研究所

   楊文昌/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心

311日本地震造成之海嘯
(第二十卷第一期-海洋觀測及監測技術)
摘要
 本文分析環島潮位站的實測資料,討論311日本地震後台灣海域之海嘯波動特徵。民國九十五年恆春地震發生海嘯事件之後,氣象局及水利署在近海水文中心的建議下將潮位站觀測從六分鐘加密到每分鐘紀錄一筆,以精確掌握海嘯波動。這套系統甫於三年前換裝完成,此次311日本大地震正好派上用場。由實測資料分析顯示,這次海嘯由日本傳到臺灣約需四個小時,海嘯波最早到達的地點約在台東小港附近,時間是17:53,海嘯波高為15釐米,隨後海嘯波沿著海岸分別向南北前進,向北繞過東北角一直到桃園的竹圍、往南繞過巴士海峽一直到高雄永安。值得注意的是,發生海嘯波最大的地方並不在東部海岸,潮位站實測資料顯示,此次海嘯在烏石港測得35釐米為最大值,大鵬灣和高雄永安均測得20釐米的海嘯,比東部海岸都大;而臺灣海峽內如彰化、金門則沒有明顯的海嘯;海嘯波從花東傳到東北角約需30分鐘;繞過巴士海峽到達高雄永安約需50分鐘。臺灣海域的海嘯水位實測紀錄不多,透過此次海嘯實測資料的分析與討論,對於未來可能發生之海嘯的研判以及預警將具有一定程度之助益。

作者:吳立中/國立成功大學近海水文中心專案助理研究員

   薄祥裕/行政院國家科學委員會工程技術發展處副研究員

   高家俊/國家實驗研究院台灣海洋科技研究中心主任


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