東沙環礁海水交換模式研究
計畫期程：111.05.02～111.12.20
計畫主持人：國家海洋研究院 傅科憲 副研究員
協同主持人：國家海洋研究院 李孟學 副研究員
計畫說明：
本計畫為海洋國家公園管理處委託計畫，主要為建置東沙環礁海域 三維水動力數值模擬系統，並搭配環礁內現場水文觀測資料收集進行模式驗 證，希望進一步能探討東沙環礁內、外海水的交換率與滯留時間，以提供海洋 國家公園管理處在後續制定東沙環礁海洋保育政策及方向之參考。
計畫成果：
本研究已初步完成建置東沙環礁海域三維水動力數值模式，並現場觀測資 料結果與數值模式進行校驗。從數值模式與觀測在水位驗證結果顯示，內環礁水位兩者均方根誤差可在 6 公分以內，而外環礁測站 EO 誤差略大(9 公分)， 顯示現階段模式對於水位的模擬有相當不錯的準確度。模式模擬與現場量測海 流進行半日潮(M2、S2)與全日潮(O1、K1)之潮流橢圓分析比對驗證結果顯示，不論是全日潮流或半日潮流兩者不論是大小與相位皆相當吻合。從半日週期與全日週期潮流橢圓分析結果顯示，東沙內環礁以全日潮流為主，特別是在礁台 與南、北航道為較強的潮流區域，潮流在礁台上潮流主要是以垂直礁台方向進出。
東沙環礁內外水體交換從本研究區的東側礁台、南側礁台、北側礁台、北 航道及南航道等五個邊界而言，各邊界平均流量佔總交換流量之百分比分別為 南航道佔 37.47%、北航道佔 17.99%、北佔 13.77%、東佔 18.82%、南佔 11.94%。進一步估算 2021 年 9 月與 10 月的水體交換率(WER)平均時間分別需要約1.91天與1.43天。
現場溫度量測結果顯示，內、外環礁測站量測溫度變化大致上呈現年際變化，環礁外測站受到南海內波的影響有 4℃到 6℃的溫降。礁台區因水深較淺容 易受到太陽輻射加熱，溫度有明顯的日變化且最高可達36℃。現場海流量測結果顯示，在東沙內環礁東側與南側區域之海流相對微弱，接近外環礁北航道， 表層流速相較強勁可達每秒50公分。
雖目前模式水平網格設定為200公尺模擬結果可以看出東沙環礁內海流的三維時序變化，然而東沙環礁內有許多塊礁，且在礁台區地形亦相當複雜，建議後續在運算資源條件充足下可進行更小網格的數值模擬。本研究模式在水位、海流及潮流與現場觀測之驗證結果相當吻合，目前帶入 HYCOM 初始邊界 條件為國際上公認且有資料同化之模式，惟該模式尚未包含潮汐，因此無法包含內波產生之動力機制。後續如要將精進本模式模擬結果，在初始條件應考量 使用有包含潮汐引力之數值模式邊界條件。
圖1.環礁外溫度量測時間序列圖
圖2.環礁內溫度量測時間序列圖
圖3.模式估算2021年9月到10月南航道、北航道、北礁台、東礁台、及南 礁台通量比例
圖4.東沙環礁內海水交換時間之時序圖
圖5.東沙環礁周邊海流模擬時序圖
