台灣於夏季屬熱帶氣旋活躍之地區，每年會有多個颱風入侵台灣，尤其在2009年莫拉克颱風為台灣創下重大的災害。鑒於颱風對台灣造成的災損如此嚴重，因此實有必要對颱風的特性作進一步的探討。本研究為了解颱風降雨時空分布之特性，採用具有處理訊號非線性、非穩態性及完全自適性的希爾伯特－黃轉換(HHT)過程中之經驗模態分解(EMD)方法，搭配在大氣科學上常用之經驗正交函數(EOF)分析方法，來處理降雨在時間及空間上的變異性，並以荖濃溪流域之颱風降雨為例，探討其時空分布特性。
本研究根據莫拉克等十個颱風在荖濃溪流域之降雨特性分析結果顯示，在時間變動所展現之特性方面，與EOF相應之伸展係數可充分反映颱風雨量之時間變化趨勢；而在空間模態所展現之特性方面，透過前三個正交之空間函數(即EOF)在空間上的變異性分布及趨勢，與土石流潛勢溪流及坡地崩塌潛勢圖之套疊結果，可鑑別及確認該次颱風降雨在哪些地方屬於高災害潛勢區域。此分析成果可以當作一種防災指標，據以作為擬定山崩、地滑與土石流等災害之防災策略的參考。

Taiwan is among the most active tropical cyclone regions in the world. There are several typhoons hit Taiwan every year. Especially in 2009, typhoon Morakot brought a significant disaster in Taiwan. Due to the serious damages caused by typhoons, it is necessary to explore the characteristics of typhoons. In order to understand the characteristics of rainfall of typhoon, the method of empirical mode decomposition (EMD) in Hilbert-Huang transform (HHT), able to consider the non-linear and non-stationary nature of signal, is adopted in this study. On the other hand, the method of empirical orthogonal function (EOF) analysis, usually used in atmospheric sciences, is also employed to analyze the spatiotemporal characteristics of typhoon rainfall. In addition, the data of Laonong River Basin is taken for example to investigate the temporal and spatial distribution of typhoon rainfall.
According to the analysis results of 10 typhoons in Laonong River Basin, it shows that the expansion coefficients associated with the EOF can reflect the variation of typhoon rainfall with time appropriately. In addition, the spatial distribution of rainfall can be depicted clearly by the first few spatial modes of EOF. By overlapping the map of EOF isopleth and the map of potential debris flow torrent, or the landslide potential map, we can easily identify where the high-risk hazard areas are. The results in this study can be used as an indicator for risk management and as a tool to develop practical strategies for disaster prevention, such as mitigation of landslides and debris flow.

目錄
目錄	i
表目錄	iii
圖目錄	iv
附圖目錄	i
第一章 緒論	1
1.1 研究動機與目的	1
1.2 研究架構與流程	2
第二章 文獻回顧	5
2.1 颱風降雨相關研究	5
2.2 空間雨量推估方法之相關研究	7
2.3 經驗正交函數(EOF)分析之相關研究	8
第三章 研究方法	11
3.1 經驗模態分解(EMD)	11
3.2 克利金法(Kriging method)	16
3.3 經驗正交函數(EOF)	20
第四章 案例探討	31
4.1 案例場址基本特性	31
4.2 分析流程及方法	45
4.3 經驗模態分解	47
4.4 經驗正交函數分析結果	50
4.4.1 時間伸展係數分析比較	52
4.4.2 空間模態分析比較	65
4.4.3 空間模態與颱風資料關聯性分析	73
4.5 災害潛勢之關聯分析	79
第五章 結論與建議	103
5.1 結論	103
5.2 建議	104
參考文獻	105
附錄A  颱風各測站EMD分解圖	111
附錄B  颱風空間模態比較圖	131
附錄C  颱風侵台路徑圖	157
表目錄
表4.1.1老濃溪流域測站基本資料	36
表4.1.2歷年最大累積降雨前20名颱風	39
表4.1.3歷年颱風資料表	40
表4.1.3歷年颱風資料表(續1)	41
表4.1.3歷年颱風資料表(續2)	42
表4.1.4颱風強度表	43
表4.4.1各颱風EOF分析前三個模態解釋變異量百分比(%)	51
表4.4.2颱風各測站空間第一模態EOF值(單位：mm)	74
表4.4.3颱風各測站空間第二模態EOF值(單位：mm)	74
表4.4.4颱風各測站空間第三模態EOF值(單位：mm)	75
圖目錄
圖1.2.1研究架構與流程圖	3
圖3.1.1各IMF分量及餘數	14
圖3.1.2經驗模態分解流程圖 (羅凱文，2013)	15
圖3.3.1經驗正交函數分析示意圖	20
圖4.1.1荖濃溪流域地形圖	33
圖4.1.2荖濃溪流域地質圖	34
圖4.1.3荖濃溪流域測站位置圖	37
圖4.1.4颱風警報時間	43
圖4.1.5測站平均總降雨量與平均降雨強度	43
圖4.1.6颱風侵台路徑	44
圖4.2.1研究分析流程圖	46
圖4.3.1莫拉克颱風排雲站EMD結果	47
圖4.3.2莫拉克颱風復興站EMD結果	47
圖4.3.3莫拉克颱風小關山站EMD結果	48
圖4.3.4莫拉克颱風新發站EMD結果	48
圖4.3.5莫拉克颱風溪南站EMD結果	48
圖4.3.6莫拉克颱風御油山站EMD結果	48
圖4.3.7莫拉克颱風吉東站EMD結果	49
圖4.3.8莫拉克颱風大津站EMD結果	49
圖4.4.1賀伯颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	55
圖4.4.2賀伯颱風前三個時間模態(去除趨勢)	55
圖4.4.3象神颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	56
圖4.4.4象神颱風前三個時間模態(去除趨勢)	56
圖4.4.5納莉颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	57
圖4.4.6納莉颱風前三個時間模態(去除趨勢)	57
圖4.4.7敏督利颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	58
圖4.4.8敏督利颱風前三個時間模態(去除趨勢)	58
圖4.4.9海棠颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	59
圖4.4.10海棠颱風前三個時間模態(去除趨勢)	59
圖4.4.11柯羅莎颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	60
圖4.4.12柯羅莎颱風前三個時間模態(去除趨勢)	60
圖4.4.13辛樂克颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	61
圖4.4.14辛樂克颱風前三個時間模態(去除趨勢)	61
圖4.4.15薔蜜颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	62
圖4.4.16薔蜜颱風前三個時間模態(去除趨勢)	62
圖4.4.17莫拉克颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	63
圖4.4.18莫拉克颱風前三個時間模態(去除趨勢)	63
圖4.4.19凡那比颱風前三個時間模態(未去除趨勢)	64
圖4.4.20凡那比颱風前三個時間模態(去除趨勢)	64
圖4.4.21莫拉克颱風空間第一模態相對變異性分布	67
圖4.4.22莫拉克颱風空間第二模態相對變異性分布	68
圖4.4.23莫拉克颱風空間第三模態相對變異性分布	69
圖4.4.24賀伯颱風空間第一模態相對變異性分布	70
圖4.4.25賀伯颱風空間第二模態相對變異性分布	71
圖4.4.26賀伯颱風空間第三模態相對變異性分布	72
圖4.4.27 EOF與累積降雨關係圖	76
圖4.4.28 EOF與有效降雨強度關係圖	77
圖4.4.29 EOF與測站高程關係圖	78
圖4.5.1賀伯颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	81
圖4.5.2象神颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	82
圖4.5.3納莉颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	83
圖4.5.4敏督利颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	84
圖4.5.5海棠颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	85
圖4.5.6柯羅莎颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	86
圖4.5.7辛樂克颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	87
圖4.5.8薔蜜颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	88
圖4.5.9莫拉克颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	89
圖4.5.10凡那比颱風前三個空間模態與土石流潛勢溪流及雨量等值線套疊比較圖	90
圖4.5.11賀伯颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	93
圖4.5.12象神颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	94
圖4.5.13納莉颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	95
圖4.5.14敏督利颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	96
圖4.5.15海棠颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	97
圖4.5.16柯羅莎颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	98
圖4.5.16辛樂克颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	99
圖4.5.18薔蜜颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	100
圖4.5.19莫拉克颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	101
圖4.5.20凡那比颱風前三個空間模態與坡地災害潛勢套疊比較圖	102
附圖目錄
附圖A.1賀伯颱風排雲站EMD結果	112
附圖A.2賀伯颱風復興站EMD結果	112
附圖A.3賀伯颱風小關山站EMD結果	112
附圖A.4賀伯颱風新發站EMD結果	112
附圖A.5賀伯颱風溪南站EMD結果	113
附圖A.6賀伯颱風御油山站EMD結果	113
附圖A.7賀伯颱風吉東站EMD結果	113
附圖A.8賀伯颱風大津站EMD結果	113
附圖A.9象神颱風排雲站EMD結果	114
附圖A.10象神颱風復興站EMD結果	114
附圖A.13象神颱風小關山站EMD結果	114
附圖A.12象神颱風新發站EMD結果	114
附圖A.13象神颱風溪南站EMD結果	115
附圖A.14象神颱風御油山站EMD結果	115
附圖A.15象神颱風吉東站EMD結果	115
附圖A.16象神颱風大津站EMD結果	115
附圖A.17納莉颱風排雲站EMD結果	116
附圖A.18納莉颱風復興站EMD結果	116
附圖A.19納莉颱風小關山站EMD結果	116
附圖A.20納莉颱風新發站EMD結果	116
附圖A.21納莉颱風溪南站EMD結果	117
附圖A.22納莉颱風御油山站EMD結果	117
附圖A.23納莉颱風吉東站EMD結果	117
附圖A.24納莉颱風大津站EMD結果	117
附圖A.25敏督利颱風排雲站EMD結果	118
附圖A.26敏督利颱風復興站EMD結果	118
附圖A.27敏督利颱風小關山站EMD結果	118
附圖A.28敏督利颱風新發站EMD結果	118
附圖A.29敏督利颱風溪南站EMD結果	119
附圖A.30敏督利颱風御油山站EMD結果	119
附圖A.31敏督利颱風吉東站EMD結果	119
附圖A.32敏督利颱風大津站EMD結果	119
附圖A.33海棠颱風排雲站EMD結果	120
附圖A.34海棠颱風復興站EMD結果	120
附圖A.35海棠颱風小關山站EMD結果	120
附圖A.36海棠颱風新發站EMD結果	120
附圖A.37海棠颱風溪南站EMD結果	121
附圖A.38海棠颱風御油山站EMD結果	121
附圖A.39海棠颱風吉東站EMD結果	121
附圖A.40海棠颱風大津站EMD結果	121
附圖A.41克羅莎颱風排雲站EMD結果	122
附圖A.42克羅莎颱風復興站EMD結果	122
附圖A.43克羅莎颱風小關山站EMD結果	122
附圖A.44克羅莎颱風新發站EMD結果	122
附圖A.45克羅莎颱風溪南站EMD結果	123
附圖A.46克羅莎颱風御油山站EMD結果	123
附圖A.47克羅莎颱風吉東站EMD結果	123
附圖A.48克羅莎颱風大津站EMD結果	123
附圖A.49辛樂克颱風排雲站EMD結果	124
附圖A.50辛樂克颱風復興站EMD結果	124
附圖A.51辛樂克颱風小關山站EMD結果	124
附圖A.52辛樂克颱風新發站EMD結果	124
附圖A.53辛樂克颱風溪南站EMD結果	125
附圖A.54辛樂克颱風御油山站EMD結果	125
附圖A.55辛樂克颱風吉東站EMD結果	125
附圖A.56辛樂克颱風大津站EMD結果	125
附圖A.57薔蜜颱風排雲站EMD結果	126
附圖A.58薔蜜颱風復興站EMD結果	126
附圖A.59薔蜜颱風小關山站EMD結果	126
附圖A.60薔蜜颱風新發站EMD結果	126
附圖A.61薔蜜颱風溪南站EMD結果	127
附圖A.62薔蜜颱風御油山站EMD結果	127
附圖A.63薔蜜颱風吉東站EMD結果	127
附圖A.64薔蜜颱風大津站EMD結果	127
附圖A.65凡那比颱風排雲站EMD結果	128
附圖A.66凡那比颱風復興站EMD結果	128
附圖A.67凡那比颱風小關山站EMD結果	128
附圖A.68凡那比颱風新發站EMD結果	128
附圖A.69凡那比颱風溪南站EMD結果	129
附圖A.70凡那比颱風御油山站EMD結果	129
附圖A.71凡那比颱風吉東站EMD結果	129
附圖A.72凡那比颱風大津站EMD結果	129
附圖B.1象神颱風空間第一模態相對變異性分布	132
附圖B.2象神颱風空間第二模態相對變異性分布	133
附圖B.3象神颱風空間第三模態相對變異性分布	134
附圖B.4納莉颱風空間第一模態相對變異性分布	135
附圖B.5納莉颱風空間第二模態相對變異性分布	136
附圖B.6納莉颱風空間第三模態相對變異性分布	137
附圖B.7敏督利風空間第一模態相對變異性分布	138
附圖B.8敏督利颱風空間第二模態相對變異性分布	139
附圖B.9敏督利颱風空間第三模態相對變異性分布	140
附圖B.10海棠颱風空間第一模態相對變異性分布	141
附圖B.11海棠颱風空間第二模態相對變異性分布	142
附圖B.12海棠颱風空間第三模態相對變異性分布	143
附圖B.13克羅莎颱風空間第一模態相對變異性分布	144
附圖B.14克羅莎颱風空間第二模態相對變異性分布	145
附圖B.15克羅莎颱風空間第三模態相對變異性分布	146
附圖B.16辛樂克颱風空間第一模態相對變異性分布	147
附圖B.17辛樂克颱風空間第二模態相對變異性分布	148
附圖B.18辛樂克颱風空間第三模態相對變異性分布	149
附圖B.19薔蜜颱風空間第一模態相對變異性分布	150
附圖B.20薔蜜颱風空間第二模態相對變異性分布	151
附圖B.21薔蜜颱風空間第三模態相對變異性分布	152
附圖B.22凡那比颱風空間第一模態相對變異性分布	153
附圖B.23凡那比颱風空間第二模態相對變異性分布	154
附圖B.24凡那比颱風空間第三模態相對變異性分布	155
附圖C.1賀伯颱風路徑圖	158
附圖C.2象神颱風路徑圖	158
附圖C.3納莉颱風路徑圖	159
附圖C.4敏督利颱風路徑圖	159
附圖C.5海棠颱風路徑圖	160
附圖C.6柯羅莎颱風路徑圖	160
附圖C.7辛樂克颱風路徑圖	161
附圖C.8薔蜜颱風路徑圖	161
附圖C.9莫拉克颱風路徑圖	162
附圖C.10凡那比颱風路徑圖	162

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