東沙環礁處於颱風通過較為頻繁之區域，經常受到劇烈波浪影響，然而環礁內潟湖水域受到環礁遮蔽致使波浪不易直接入侵，但根據現場觀測顯示潟湖之波浪在強風作用產生之能量仍不容忽視。因此，本研究主要在探討東沙環礁潟湖之波浪與水流受風作用力之特性。本研究利用NearCoM波流耦合模式進行模擬計算，並以外海浮標與環礁內現場觀測資料，率定出珊瑚礁環境之碎波參數和底床摩擦係數，進而比較各方向之波向與風向作用下，有風與無風時波浪與水流於環礁潟湖內之發展，由模擬結果發現，在風的作用下波浪發展會非常顯著，隨著風域越長則波浪發展越高。風作用力會增強水流流速並在潟湖內形成渦流，此外，水流會經由南北水道流出潟湖與外海的水體交換。

Dongsha Atoll is located in the northern of the South China Sea. Because of its location at paths of typhoons, effects of violent waves on the reef are significant. Waves inside the atoll lagoon are not energetic because offshore waves are sheltered by the atoll reef. However, field observations have indicated that wave energy in the lagoon is considerable. The aim of this study is to understand wave characteristics in the atoll lagoon with wind forcing. A wave-current coupling model, NearCoM, is used to simulate waves and currents on the atoll. Two important physical parameters for wave breaking and bottom friction are calibrated by available field observations. With calibration, wave and current fields are studied by the model experiments with and without wind forcing. Characteristics of waves and currents in different wind directions are studied as well. Model results show that the generation of lagoon waves is depend on the length of fetch inside the lagoon. Developing waves are significant in the atoll lagoon. Additionally, wind forcing increases the speed of currents and generates circulations. Lagoon water exchange with sea through the two reef channels. Wind forcing could increase the water exchange processes.

目錄
Abstract	III
目錄	V
表目錄	VIII
圖目錄	VIII
第一章	緒論	1
1.1前言	1
1.2海氣象資料蒐集與分析	3
1.2.1風	4
1.2.2波浪	10
1.3研究緣起及目的	15
第二章	文獻回顧	16
第三章	研究方法及模式介紹	17
3.1研究方法	17
3.2模式介紹	18
3.2.1 SWAN 方程式	18
3.2.2模式底床摩擦係數	19
3.2.3 SHORECIRC方程式	21
第四章 模式設定與流程	26
4.1模式計算流程	26
4.1.1 建置地形網格	27
4.1.2邊界條件的決定	28
第五章 波浪流場數值模擬與分析	31
5.1模式驗證	31
5.1.1 模式參數率定	33
5.2颱風波浪場模擬結果	36
5.2.1最大外海波浪(西南向)波浪場模擬結果	36
5.2.2 西向外海波浪波浪場模擬結果	40
5.2.3西北向外海波浪波浪場模擬結果	42
5.2.4北向外海波浪波浪場模擬結果	44
5.2.5東北向外海波浪波浪場模擬結果	47
5.2.6東向外海波浪波浪場模擬結果	50
5.2.7東南向外海波浪波浪場模擬結果	52
5.2.8南向外海波浪波浪場模擬結果	55
5.2.9東沙環礁波浪場之結論	58
5.3颱風波浪之模擬流場	58
5.3.1最大外海波浪(西南向)之流場	58
5.3.2西向波浪之流場	60
5.3.3西北向波浪之流場	61
5.3.4北向波浪之流場	63
5.3.5東北向波浪之流場	64
5.3.6東向波浪之流場	66
5.3.7東南向波浪之流場模擬結果	67
5.3.8南向波浪之流場模擬結果	69
第六章 結論與建議	71
參考文獻	72
 
表目錄
表5.1.1 碎波參數γs與模擬外海以及環礁內之波高對照表(kN=0.05)	34
表5.1.2底床摩擦係數kN與模擬外海以及環礁內之波高對照表(γs=1.0)	35
表5.2.1凡那比颱風期間之海氣象資料	37

圖目錄
圖1.1.1東沙環礁衛星圖	2
圖1.2.1東沙島浮標與東沙環礁位置示意圖	3
圖1.2.2東沙島2012年各月風玫瑰圖	6
圖1.2.3 2012年東沙島浮標冬季風玫瑰圖	7
圖1.2.4 2012年東沙島浮標春季風玫瑰圖	7
圖1.2.5 2012年東沙島浮標夏季風玫瑰圖	8
圖1.2.6 2012年東沙島浮標秋季風玫瑰圖	8
圖1.2.7 2012年東沙島浮標全年風玫瑰圖	9
圖1.2.8東沙島2012年各月波浪玫瑰圖	12
圖1.2.9 2012年東沙島浮標冬季波浪玫瑰圖	13
圖1.2.10 2012年東沙島浮標春季波浪玫瑰圖	13
圖1.2.11 2012年東沙島浮標夏季波浪玫瑰圖	14
圖1.2.12 2012年東沙島浮標秋季波浪玫瑰圖	14
圖1.2.13東沙島浮標2012年全年波浪玫瑰圖	15
圖4.1.1模式模擬計算流程圖	26
圖4.1.2東沙環礁水深地形網格(700×700)等值圖	27
圖4.1.3 WaveWatchIII模擬資料與浮標資料時序列圖	29
圖4.1.4凡那比颱風路徑與東沙環礁位置關係圖	29
圖4.1.5凡那比颱風期間浮標之海氣象觀測資料時序列圖	30
圖5.2.1西南向波浪無風條件下模擬計算之東沙環礁波浪場圖	38
圖5.2.2西南向波浪有風條件下模擬計算之東沙環礁波浪場圖	38
圖5.2.3西南向波浪波高之網格點位置示意圖	39
圖5.2.4西南向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖	39
圖5.2.5西向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	40
圖5.2.6西向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	41
圖5.2.7西向波浪波高之網格點位置示意圖	41
圖5.2.8西向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖	42
圖5.2.9西北向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	43
圖5.2.10西北向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	43
圖5.2.11西北向波浪波高之網格點位置示意圖	44
圖5.2.12西北向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖	44
圖5.2.13北向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	45
圖5.2.14北向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	46
圖5.2.15北向波浪波高之網格點位置示意圖	46
圖5.2.16北向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖	47
圖5.2.17東北向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	48
圖5.2.18東北向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場	48
圖5.2.19東北向波浪波高之網格點位置示意圖	49
圖5.2.20東北向波浪在有無風的影響下在環礁發展之波高圖	49
圖5.2.21東向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	50
圖5.2.22東向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	51
圖5.2.23東向波浪波高之網格點位置示意圖	51
圖5.2.24東向波浪在有無風的影響下在環礁發展波高圖	52
圖5.2.25東南向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	53
圖5.2.26東南向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	53
圖5.2.27東南向波浪波高之網格點位置示意圖	54
圖5.2.28東南向波浪在有無風的影響下在環礁發展波高圖	54
圖5.2.29南向波浪無風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	56
圖5.2.30南向波浪有風條件下之模擬計算之東沙環礁波浪場圖	56
圖5.2.31南向波浪波高之網格點位置示意圖	57
圖5.2.32南向波浪在有無風的影響下在環礁發展波高圖	57
圖5.3.1西南向最大外海波浪無風狀態下之流場	59
圖5.3.2西南向最大外海波浪有風狀態下之流場	59
圖5.3.3西向最大外海波浪無風狀態下之流場	60
圖5.3.4西向最大外海波浪有風狀態下之流場	61
圖5.3.5西北向波浪無風條件下之流場	62
圖5.3.6西北向波浪有風條件下之流場	62
圖5.3.7北向波浪無風條件下之流場	63
圖5.3.8北向波浪有風條件下之流場	64
圖5.3.9東北向波浪無風條件下之流場	65
圖5.3.10東北向波浪有風條件下之流場	65
圖5.3.11東向波浪無風條件下之流場	66
圖5.3.12東向波浪有風條件下之流場模擬圖	67
圖5.3.13東南向波浪無風條件下之流場模擬圖	68
圖5.3.14東南向波浪有風條件下之流場模擬圖	68
圖5.3.15南向波浪無風條件下之流場模擬圖	69
圖5.3.16南向波浪有風條件下之流場模擬圖	70

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