東沙島位於東沙環礁西側礁盤，當颱風波浪由西向至南向入射時，島嶼無法受到環礁保護，直接面臨此強烈波浪作用並處於一個嚴重威脅的情況，而長週期亞重力波甚至會超過風湧浪之能量，為了規劃海岸保護與災害管理，本文利用完全非線性Boussinesq波浪模式FUNWAVE-TVD，模擬東沙島近岸於颱風情況下亞重力波之分布情形，以2012年泰利颱風與2006年珍珠颱風時期所發生之最大波浪為入射條件，分別以西、西南西、西南、南南西及南向等五種方向進行模擬，探討海水位增加時之示性波高場、波揚以及流場變化，並針對島之南岸做詳細的頻譜分析。模式結果顯示，南及南南西向之入射波浪因受環礁阻擋，風浪與湧浪進入環礁受限，而西、西南西及西南向之入射波浪因受環礁地貌影響減少，東沙島周遭波浪能量較為明顯。整體而言，示性波高會隨著海水位上升而增加，波揚之增加範圍以島之西側最為明顯，最強的亞重力波發生在礁緣處，島之西南及南側海岸也有明顯能量，主要是環礁南側之天然水道水深較深，致使較多波浪進入。

Dongsha Island locates on the western Dongsha Atoll in the South China Sea.Without the reef barrier to protect from western waves, the reef island would be attacked by extreme waves during typhoon events. To plan coastal engineering and disaster management, a fully nonlinear wave model FUNWAVE-TVD is applied to simulate infragravity waves induced by Talim Typhoon and Chanchu Typhoon around the island. Effects of wave direction and water level on spatial distribution of significant wave height, wave setup and infragravity waves are investigated. Model results reveal that significant wave height and infragravity energy increase with the increase of the water level. Energetic waves distribute at the south island due to a deeper natural channel at the southwestern atoll which allows more waves propagation into the coast. In addition, the result shows infragravity energy propagate into the island lagoon and the position of the maximum energy is dependent on the
water level.

目錄
中文摘要	i
Abstract	ii
目錄	iii
表目錄	vi
圖目錄	vii
第一章 緒論	1
1-1 前言	1
1-2 研究目的	3
1-3 文獻回顧	6
第二章 海氣象環境	7
2-1 海氣象資料	7
2-1-1海氣象資料來源	7
2-1-2 WAVEWATCH III模式之比對	8
2-2 風浪玫瑰圖	9
2-2-1 東沙島風玫瑰圖	9
2-2-2 東沙島波浪玫瑰圖	13
第三章 研究方法	18
3-1 模式簡介	18
3-2 理論基礎	19
3-2-1 模式理論	19
3-2-2 控制方程式	19
3-2-3 表面梯度項處理	21
3-2-4 直角座標系中守恆型式之完全非線性Boussinesq方程式	21
3-3 數值方法	21
3-3-1 控制方程式	21
3-4 波浪資料	23
3-4-1 颱風波浪(W、WSW、SW向)	23
3-4-2 颱風波浪(SSW、S向)	24
3-5 建置地形網格	27
3-6 模式參數率定	29
第四章 模式結果	33
4-1 波浪方向之影響	33
4-1-1 示性波高場	33
4-1-2 波揚	36
4-1-3 流場	39
4-1-4 亞重力波場	42
4-2 水位之影響	45
4-2-1 W向入射波浪	47
4-2-2 WSW向入射波浪	51
4-2-3 SW向入射波浪	55
4-2-4 SSW向入射波浪	59
4-2-5 S向入射波浪	63
4-3 近岸波浪之變化	67
4-3-1 W向入射波浪	68
4-3-2 WSW向入射波浪	70
4-3-3 SW向入射波浪	72
第五章 頻譜分析	74
5-1 島內潟湖區域之頻譜分析	74
5-1-1 W向入射波浪	75
5-1-2 WSW向入射波浪	78
5-1-3 SW向入射波浪	81
5-1-4 SSW向入射波浪	84
5-1-5 S向入射波浪	87
5-2 島嶼南堤區域之頻譜分析	90
5-2-1 W向入射波浪	91
5-2-2 WSW向入射波浪	94
5-2-3 SW向入射波浪	97
5-2-4 SSW向入射波浪	100
5-2-5 S向入射波浪	103
第六章 結論與建議	107
參考文獻	108

表目錄
表 1 波浪輸入條件	26
表 2 泰利颱風期間浮標量測之波浪資料	26
表 3 珍珠颱風期間WAVEWATCH III於東沙環礁之波浪資料	26

圖目錄
圖 1 1東沙環礁衛星影像(USGS影像)	2
圖 1 2東沙島衛星影像(GOOGLE EARTH)	2
圖 1 3東沙島突堤(現場照片由台灣世曦提供)	4
圖 1 4珍珠颱風移動路徑	4
圖 1 5東沙島南堤破壞情形(福衛二號攝於2006年5月25日)	5
圖 1 6東沙島南堤破堤前後衛星影像(USGS衛星影像)	5
圖 2 1東沙浮標位置	7
圖 2 2泰利颱風浮標與WAVEWATCH III資料時序列圖	9
圖 2 3 一月風玫瑰圖               圖 2 4 二月風玫瑰圖	10
圖 2 5 三月風玫瑰圖               圖 2 6 四月風玫瑰圖	10
圖 2 7 五月風玫瑰圖               圖 2 8六月風玫瑰圖	10
圖 2 9 七月風玫瑰圖               圖 2 10八月風玫瑰圖	11
圖 2 11 九月風玫瑰圖              圖 2 12 十月風玫瑰圖	11
圖 2 13 十一月風玫瑰圖            圖 2 14 十二月風玫瑰圖	11
圖 2 15 東沙島浮標夏季風玫瑰圖(2012年4月~8月)	12
圖 2 16 東沙島浮標冬季風玫瑰圖(2012年1月~3月,9月~12月)	12
圖 2 17 東沙島浮標全年風玫瑰圖(2012年)	13
圖 2 18 一月浪玫瑰圖               圖 2 19 二月浪玫瑰圖	14
圖 2 20 三月浪玫瑰圖               圖 2 21 四月浪玫瑰圖	14
圖 2 22 五月浪玫瑰圖               圖 2 23 六月浪玫瑰圖	14
圖 2 24 七月浪玫瑰圖               圖 2 25 八月浪玫瑰圖	15
圖 2 26 九月浪玫瑰圖               圖 2 27 十月浪玫瑰圖	15
圖 2 28 十一月浪玫瑰圖             圖 2 29 十二月浪玫瑰圖	15
圖 2 30東沙島浮標夏季波浪玫瑰圖(2012年4月~8月)	16
圖 2 31東沙島浮標冬季波浪玫瑰圖(2012年1月~3月,9月~12月)	16
圖 2 32東沙島浮標全年波浪玫瑰圖(2012年)	17
圖 3 1泰利颱風路徑圖	24
圖 3 2泰利颱風時序列圖	24
圖 3 3 WAVEWATCH III模式之珍珠颱風期間波浪時序列圖	25
圖 3 4 W、SW、WSW向入射波浪網格	27
圖 3 5 SSW向入射波浪網格	28
圖 3 6 S向入射波浪網格	28
圖 3 7三測站點之位置分布圖	29
圖 3 8凡那比颱風之實測波浪資料圖	30
圖 3 9凡那比颱風移動路徑圖	30
圖 3 10凡那比颱風時序列圖	31
圖 3 11 參數率定測站位置	32
圖 3 12 參數率定結果(上)地形剖面分布、(下)各參數之示性波高	32
圖 4 1 W向入射波浪示性波高場	34
圖 4 2 WSW向入射波浪示性波高場	34
圖 4 3 SW向入射波浪示性波高場	35
圖 4 4 SSW向入射波浪示性波高場	35
圖 4 5 S向入射波浪示性波高場	36
圖 4 6 W向入射波浪波揚	37
圖 4 7 WSW向入射波浪波揚	37
圖 4 8 SW向入射波浪波揚	38
圖 4 9 SSW向入射波浪波揚	38
圖 4 10 S向入射波浪波揚	39
圖 4 11 W向入射波浪流場圖	40
圖 4 12 WSW向入射波浪流場圖	40
圖 4 13 SW向入射波浪流場圖	41
圖 4 14 SSW向入射波浪流場圖	41
圖 4 15 S向入射波浪流場圖	42
圖 4 16 W向入射波浪之亞重力波場	43
圖 4 17 WSW向入射波浪之亞重力波場	43
圖 4 18 SW向入射波浪之亞重力波場	44
圖 4 19 SSW向入射波浪之亞重力波場	44
圖 4 20 S向入射波浪之亞重力波場	45
圖 4 21 2006珍珠颱風期間之波浪與潮汐時序列圖	46
圖 4 22 2012泰利颱風期間之波浪與潮汐時序列圖	46
圖 4 23 W向波浪四種水位時之示性波高場	47
圖 4 24 W向波浪四種水位時之波揚	48
圖 4 25 W向波浪四種水位時之流場	49
圖 4 26 W向波浪四種水位時之亞重力波場	50
圖 4 27 WSW向波浪四種水位時之示性波高場	51
圖 4 28 WSW向波浪四種水位時之波揚	52
圖 4 29 WSW向波浪四種水位時之流場	53
圖 4 30 WSW向波浪四種水位時之亞重力波場	54
圖 4 31 SW向波浪四種水位時之示性波高場	55
圖 4 32 SW向波浪四種水位時之波揚	56
圖 4 33 SW向波浪四種水位時之流場	57
圖 4 34 SW向波浪四種水位時之亞重力波場	58
圖 4 35 SSW向波浪四種水位時之示性波高場	59
圖 4 36 SSW向波浪四種水位時之波揚	60
圖 4 37 SSW向波浪四種水位時之流場	61
圖 4 38 SSW向波浪四種水位時之亞重力波場	62
圖 4 39 S向波浪四種水位時之示性波高場	63
圖 4 40 S向波浪四種水位時之波揚	64
圖 4 41 S向波浪四種水位時之流場	65
圖 4 42 S向波浪四種水位時之亞重力波場	66
圖 4 43沿岸測站點分布	67
圖 4 44沿岸測站點之地形水深分布	67
圖 4 45 W向入射波浪之島嶼南岸測站波浪變化	69
圖 4 46 W向入射波浪之島嶼南岸測站波浪變化	69
圖 4 47 WSW向入射波浪之島嶼南岸測站波浪變化	71
圖 4 48 WSW向入射波浪之島嶼南岸測站波浪變化	71
圖 4 49 SW向入射波浪之島嶼南岸測站波浪變化	73
圖 4 50 SW向入射波浪四種水位之島嶼南岸測站波浪變化	73
圖 5 1島嶼潟湖測站L1~L4位置分布	74
圖 5 2島嶼潟湖測站L1~L4地形水深剖面圖	75
圖 5 3 W向波浪最低水位時L1~L4之頻譜圖	76
圖 5 4 W向波浪水位增加0.5M時L1~L4之頻譜圖	76
圖 5 5 W向波浪水位增加1.0M時L1~L4之頻譜圖	77
圖 5 6 W向波浪水位增加1.5M時L1~L4之頻譜圖	77
圖 5 7 W向波浪測站點L1~L4之頻譜圖	78
圖 5 8 WSW向波浪最低水位時L1~L4之頻譜圖	79
圖 5 9 WSW向波浪水位增加0.5M時L1~L4之頻譜圖	79
圖 5 10 WSW向波浪水位增加1.0M時L1~L4之頻譜圖	80
圖 5 11 WSW向波浪水位增加1.5M時L1~L4之頻譜圖	80
圖 5 12 WSW向波浪測站點L1~L4之頻譜圖	81
圖 5 13 SW向波浪最低水位時L1~L4之頻譜圖	82
圖 5 14 SW向波浪水位增加0.5M時L1~L4之頻譜圖	82
圖 5 15 SW向波浪水位增加1.0M時L1~L4之頻譜圖	83
圖 5 16 SW向波浪水位增加1.5M時L1~L4之頻譜圖	83
圖 5 17 SW向波浪測站點L1~L4之頻譜圖	84
圖 5 18 SSW向波浪最低水位時L1~L4之頻譜圖	85
圖 5 19 SSW向波浪水位增加0.5M時L1~L4之頻譜圖	85
圖 5 20 SSW向波浪水位增加1.0M時L1~L4之頻譜圖	86
圖 5 21 SSW向波浪水位增加1.5M時L1~L4之頻譜圖	86
圖 5 22 SSW向波浪測站點L1~L4之頻譜圖	87
圖 5 23 S向波浪最低水位時L1~L4之頻譜圖	88
圖 5 24 S向波浪水位增加0.5M時L1~L4之頻譜圖	88
圖 5 25 S向波浪水位增加1.0M時L1~L4之頻譜圖	89
圖 5 26 S向波浪水位增加1.5M時L1~L4之頻譜圖	89
圖 5 27 S向波浪測站點L1~L4之頻譜圖	90
圖 5 28島嶼南堤之測站點S1~S4分布圖	90
圖 5 29島嶼南堤之測站點S1~S4地形水深剖面圖	91
圖 5 30 W向波浪最低水位時S1~S4之頻譜圖	92
圖 5 31 W向波浪水位增加0.5M時S1~S4之頻譜圖	92
圖 5 32 W向波浪水位增加1.0M時S1~S4之頻譜圖	93
圖 5 33 W向波浪水位增加1.5M時S1~S4之頻譜圖	93
圖 5 34 W向波浪測站點S1~S4之頻譜圖	94
圖 5 35 WSW向波浪最低水位時S1~S4之頻譜圖	95
圖 5 36 WSW向波浪水位增加0.5M時S1~S4之頻譜圖	95
圖 5 37 WSW向波浪水位增加1.0M時S1~S4之頻譜圖	96
圖 5 38 WSW向波浪水位增加1.5M時S1~S4之頻譜圖	96
圖 5 39 WSW向波浪測站點S1~S4之頻譜圖	97
圖 5 40 SW向波浪最低水位時S1~S4之頻譜圖	98
圖 5 41 SW向波浪水位增加0.5M時S1~S4之頻譜圖	98
圖 5 42 SW向波浪水位增加1.0M時S1~S4之頻譜圖	99
圖 5 43 SW向波浪水位增加1.5M時S1~S4之頻譜圖	99
圖 5 44 SW向波浪測站點S1~S4之頻譜圖	100
圖 5 45 SSW向波浪最低水位時S1~S4之頻譜圖	101
圖 5 46 SSW向波浪水位增加0.5M時S1~S4之頻譜圖	101
圖 5 47 SSW向波浪水位增加1.0M時S1~S4之頻譜圖	102
圖 5 48 SSW向波浪水位增加1.5M時S1~S4之頻譜圖	102
圖 5 49 SSW向波浪測站點S1~S4之頻譜圖	103
圖 5 50 S向波浪最低水位時S1~S4之頻譜圖	104
圖 5 51 S向波浪水位增加0.5M時S1~S4之頻譜圖	104
圖 5 52 S向波浪水位增加1.0M時S1~S4之頻譜圖	105
圖 5 53 S向波浪水位增加1.5M時S1~S4之頻譜圖	105
圖 5 54 S向波浪測站點S1~S4之頻譜圖	106

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