潮位及風力觀測分析
賴志峰 ,
lcfung@mail.thl.ncku.edu.tw ,
(06)2371938 #726
調查儀器
本所目前潮位測量所使用之儀器
為感應水壓力式的潮位計，外觀如下照片，壓力式水位計其感應器置放於量測水域之最低潮位下，因為要換算水壓成測定之水位，故需先做率定轉換動作，而感應器訊號一般區分為數位與類比(電流或電壓)值，經電纜傳送水壓訊號。
風力量測儀器
採用旋葉式(下左照片)或超音波式(下右照片)風速風向計，旋葉式量測原理風向是依據力矩大小來決定轉動的方向，在箭頭部分比較輕而且尖細，尾端較重且寬，如此風一來箭頭就會自然迎向風的來向。風速原理是螺旋槳旋轉速度和風速成正比。音波式量測原理為都卜勒效應，用超音波偵測氣流移動速率來計算風速。由於沒有機械轉動部件，不存在機械磨損問題，可捕捉瞬時的風速變化，不僅可測出常規風速(平均風速)，亦可測出風速中的高頻脈動成分。
監測方法
潮位量測採用即時系統
整套系統包括一水壓感應器定置於海中(通常是固定於碼頭岸壁之靜水管內部)，並由電纜將訊號傳到岸上的數位記錄器，而後每數分鐘經由無線通訊系統將即時資料回傳至所內伺服器。潮位計所記錄的資料為水面變化引起之水中壓力變化，假設潮汐變動引起之水中壓力呈靜水壓分布，則可計算得到壓力計至水面之水體高度，即相對的潮汐水位高程，之後再經過已知的潮位計所在高程之校正，則可得到潮汐變動的水位絕對高程。實體照片如下。 風力量測同樣採用即時系統，硬體設備由風力計、資料記錄器、儀器箱、供電系統與傳輸設備構成，除感應器與潮位不同外，其餘一致。
資料分析
以下展示為「110年潮位、風力觀測系統維護與觀測資料品管」部分成果
潮位統計分析
在進行統計分析前，須對資料進行品管避免錯誤資料影響統計之代表性。品管係根據合理性、連續性與關聯性三個原則。下圖為通過前兩者檢定後進行關聯性檢定，其原理為測站間資料如有高度相關性，可作為修正短期海象變化而未通過連續性品管之資料改列有效數據。步驟首先為進行待品管測站資料與所有潮位站同時期資料之迴歸分析，由最高相關係數且呈高度正相關(相關係數大於0.7)者才進行關聯性檢定，由線性迴歸所得曲線並計算其信賴區間，這邊假定於95%信賴區間者代表兩站同時測得有高度可靠性，因此可將上述未通過連續性品管之資料改列有效數據。至於超過95%信賴區間代表皆未通過上述兩個檢定，以NaN取代原數據。
資料通過品管後
經由三程序補遺後結果，自動化程式中首先就同港測站進行迴歸補遺，其次搜尋短期缺漏資料處並以內插補遺，最後留下的長期缺漏資料則以調和分析進行補遺。
|
測站 |
時間 (年月) |
最高 潮位(m) |
大潮平均 高潮位(m) |
平均 高潮位(m) |
平均 潮位(m) |
平均 低潮位(m) |
大潮平均 低潮位(m) |
最低 潮位(m) |
最大 潮差(m) |
大潮平均 潮差(m) |
平均 潮差(m) |
最高潮位 |
最低潮位 |
|
APA |
202101 |
0.865 |
0.759 |
0.486 |
0.172 |
-0.123 |
-0.438 |
-0.588 |
1.453 |
1.197 |
0.609 |
132030 |
120218 |
|
APA |
202102 |
0.832 |
0.734 |
0.473 |
0.155 |
-0.170 |
-0.450 |
-0.589 |
1.421 |
1.184 |
0.643 |
101900 |
120306 |
|
APA |
202103 |
0.818 |
0.693 |
0.550 |
0.239 |
-0.083 |
-0.235 |
-0.431 |
1.249 |
0.928 |
0.633 |
282030 |
082342 |
|
APA |
202104 |
1.018 |
0.774 |
0.676 |
0.363 |
0.049 |
-0.129 |
-0.331 |
1.349 |
0.903 |
0.627 |
301000 |
032012 |
|
APA |
202105 |
1.072 |
0.915 |
0.720 |
0.392 |
0.087 |
-0.209 |
-0.416 |
1.488 |
1.124 |
0.633 |
291018 |
281654 |
|
APA |
202106 |
1.111 |
0.980 |
0.714 |
0.395 |
0.083 |
-0.266 |
-0.386 |
1.497 |
1.245 |
0.632 |
250824 |
251536 |
|
APA |
202107 |
1.254 |
1.040 |
0.780 |
0.471 |
0.168 |
-0.147 |
-0.228 |
1.482 |
1.187 |
0.612 |
240830 |
241554 |
|
APA |
202108 |
1.108 |
1.006 |
0.760 |
0.457 |
0.139 |
-0.107 |
-0.234 |
1.342 |
1.112 |
0.621 |
070712 |
081530 |
|
APA |
202109 |
1.033 |
0.887 |
0.740 |
0.434 |
0.132 |
-0.012 |
-0.264 |
1.297 |
0.898 |
0.608 |
070818 |
151012 |
|
APA |
202110 |
1.179 |
0.822 |
0.717 |
0.415 |
0.109 |
-0.042 |
-0.203 |
1.382 |
0.865 |
0.608 |
120048 |
290924 |
|
APA |
202111 |
0.974 |
0.791 |
0.603 |
0.297 |
0.001 |
-0.221 |
-0.446 |
1.420 |
1.011 |
0.602 |
062100 |
090630 |
風力統計分析
右圖為資料通過品管(同潮位)後經兩程序補遺之結果，自動化程式中首先搜尋短期缺漏資料並以內插補遺，長期缺漏資料則以與他站建立相關性進行迴歸補遺。
|
測站代號 |
年月 |
觀測 數量
|
平均 |
淨 |
最大 |
輕風 |
和風 |
強風 |
疾風 |
風向 |
風向 |
風向 |
風向 |
主要風向 |
|
風速 |
風速/風向 |
風速/風向 |
<3.3 |
~7.9 |
~13.8 |
>13.8 |
N~E |
E~S |
S~W |
W~N |
方向/百分比 |
|||
|
(m/s) |
(m/s)/(來向) |
(m/s)/(來向) |
(%) |
(%) |
(%) |
(%) |
(%) |
(%) |
(%) |
(%) |
|
|||
|
基隆港_1 |
202108 |
2718(60.9%) |
2.6 |
1.0/SE |
9.3/SE |
75.1 |
24.3 |
0.6 |
0 |
17.1 |
35.2 |
33 |
14.7 |
SE/14.5% |
|
基隆港_1 |
202109 |
4006(92.7%) |
3.4 |
1.7/ESE |
15.8/NNW |
54.2 |
44.1 |
1.4 |
0.3 |
28.5 |
46.8 |
17.5 |
7.2 |
SE/18.5% |
|
基隆港_1 |
202110 |
3975(89.0%) |
4.6 |
2.9/ENE |
16.3/NNE |
30.3 |
62 |
6.7 |
1.1 |
42.8 |
48 |
5.9 |
3.3 |
SE/18.3% |
|
基隆港_1 |
202111 |
3919(90.7%) |
4 |
2.5/NE |
15.1/N |
46.7 |
46 |
7.1 |
0.2 |
53.4 |
25.1 |
12.4 |
9.2 |
NNE/21.6% |
+886-6-2371938(週一~五 8:00-17:00)
+886-6-3840206
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