台灣周圍海潮負載造成之GPS 高程與重力變化

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1 台灣周圍海潮負載造成之GPS 高程與重力變化
GPS Height and Gravity Variations Due to Ocean Tidal Loading Around Taiwan 指導教授：蕭宇伸 授課教授：謝平成 報告學生：向雲謙

2 大綱 一、研究目的及原理 二、使用儀器及測量 三、分潮與海潮模型 四、數據分析 五、結論及建議

3 一、研究目的及原理 OTL(Ocean Tidal Loading)模型： 常會結合使用全球與區域潮汐模型，其觀測結果
通常較單純使用全球潮汐模型來得好。 但擁有區域潮汐模型之全球潮汐模型無法絕對得 到吻合的觀測結果。 模型與觀測的海洋潮汐負載值有較大的差異，顯示 一些測站需要改進區域潮汐模型於所研究的區域。

4 一、研究目的及原理 因精度問題，常用千分之一伽爾 作為單位，即為毫伽(mGal)， 有時亦會使用微伽(µGal)描述

5 一、研究目的及原理 於西太平洋之M2潮汐振幅 、相位，五個GPS站及絕 對重力測站以紅點表示

6 一、研究目的及原理 OTL效應大致可分為2部分： 第1部分： 是測點受海水質量直接吸引，所產生的垂直引力影響，屬
直接效應，亦稱為「牛頓引力效應」（Newtonian effect） 第2部分： 是測點所在地表，受海水質量引力影響產生變形，間接造 成的效應，亦稱為「彈性效應」（elastic effect）。 OTL效應可由平衡位能的觀點，推導出格林函數（Green’s function）形式之全球積分關係式，用以計算地表某特定 位置之OTL改正量。

7 一、研究目的及原理 OTL效應大致可分為2部分： 第1部分： 是測點受海水質量直接吸引，所產生的垂直引力影響，屬
直接效應，亦稱為「牛頓引力效應」（Newtonian effect） 第2部分： 是測點所在地表，受海水質量引力影響產生變形，間接造 成的效應，亦稱為「彈性效應」（elastic effect）。 OTL效應可由平衡位能的觀點，推導出格林函數（Green’s function）形式之全球積分關係式，用以計算地表某特定 位置之OTL改正量。

8 二、使用儀器及測量 FG5 絕對重力儀 GPS 連續觀測站

9 二、使用儀器及測量 FG5 絕對重力儀 GPS 連續觀測站

10 二、使用儀器及測量 潮位儀 壓力和超聲波類型 以六分鐘為間距，一天讀取240次

11 二、使用儀器及測量 其資料之搜集從2004年11月1日至2005年2月25日， 不同測站所需觀察時間為3至7天(以求有效來源)。
重力站與GPS 連續觀測站位於同處，且離潮汐站數公里。 環境改正(OTL除外)：使用Micro-g software ”g” v4.0 氣壓改正、地球固體潮：使用ETGTAB模型 極移改正：使用IERS(國際地球自轉和參考系統服務)

12 三、分潮與海潮模型 M2的是主宰潮汐的最主要因素，潮汐的階段或相位，使用在滿潮之後幾小時來呈現是有用的概念。潮汐的階段也可以用角度來測量，一個循環是360度。潮汐相位相同階段的連線稱為等潮線，類似地形圖上的等高線。等潮線（也稱為潮汐相位）沿著同時發生高潮的海岸延伸至海洋中，並且等潮線會沿著海岸推進。

13 三、分潮與海潮模型

14 三、分潮與海潮模型 Principal Ocean Mode結果 基於流體動力方程式的解和一部分 區域
0.25度 區域 JAN2004 (Jan et al. 2004) 但其中有TOPEX/Poseidon同步測高資料 基於相同流體動力模型作為Schwiderski模型， 0.08度 NAO.99Jb (Matsumoto et al. 2000) 基於TPXO.5, 提高解析度至0.25度 全球 TPXO.6.2 (Egbert and Erofeeva 2002) 高資料計算 利用反演理論使用驗潮站和TOPEX/ Poseidon測 0.5 度 TPXO.5 (Egbert et al. 1994) 是利用TOPEX/Poseidon測高資料和不同的極地地區 因為使用ERS1/2的資料，FES94.1的長坡長校正 GOT00.2 (Ray 1999) 測高資料, 於陸地上的雜散網格已去除 FES94.1的長波長校正是利用TOPEX/Poseidon 0.5度 CSR4.0 (Eanes and Bettadpur 1996) 些海潮 基於FES95.2, 計算全球網格而不是分別計算一 FES98 (Lefevre et al. 2000b) 調整長波長 基於FES94.1, TOPEX/Poseidon 測高資料用於 FES95.2 (Le Provost et al. 1998) 基於Schwiderski, 計算海岸附近的有限元網格 FES94.1 (Le Provost et al. 1994) 基於Schwiderski的相同流體動力模型， NAO.99b (Matsumoto et al. 2000) 流體動力模型配合全球驗潮儀 1度 Schwiderski (Schwiderski 1980) 詳述 解析度 地區 模型 三、分潮與海潮模型

15 三、分潮與海潮模型 內部區域(區域模型) 外部區域(全球模型)

16 三、分潮與海潮模型-新組合 本研究結合現有模型以處理台灣四周的OTL問題
NCTU1組合：外部區域使用NAO.99b、內部區域使用NAO.99Jb NCTU2組合：外部區域使用NAO.99b、內部區域使用JAN2004

17 四、數據分析 粗線為FG5取得之重力數據，虛線為NCTU1取得之預估重力數據， 未改正海潮負載。
Julian day (JD)：不用年月的長期紀日法。 Modified Julian Date (MJD)：因JD數字位數太多而採用MJD。

18 四、數據分析

19 四、數據分析 粗線為GPS取得之座標變化，虛線為模型 取得之預估座標變化，未改正海潮負載

20 四、數據分析

21 四、數據分析-重力效應 NCTU1與GOTIC2所使用的內外圈模型相同， 其差別在於計算方式的不同。

22 四、數據分析-垂直位移

23 六、結論及建議 (1)總體而言，由NAO.99Jb模型（NCTU1組合）的內區產生的建模
的振幅和相位一致較JAN2004模型（NCTU2組合）稍好。 (2)在熱帶地區，如中國東南部和台灣之GPS得到的垂直位移引入 濕對流層效應的顯著不確定性(約2公分)。導致M2的海潮負載 之建模和觀測於垂直位移的比較尚無定論。 (3)即使使用了混合全球和區域海潮模型（NCTU1，NCTU2和GOTIC2 模型）的OTL模型，全球模型僅在一些地點較好，無法總是產生 OTL校正的最佳效果。

24 六、結論及建議 (1)本研究提出的理論和數值方法於台灣及附近造型海潮負荷(OTL)
。觀察和模擬OTL值五幾乎同一地點FG5 - GPS台站的比較表明 ，該模型生成的值與實測值在某些情況下很好地匹配，但在其 他不佳。 (2)一般情況下，使用結合全球和區域潮汐模型的OTL模型產生與觀 測，比只使用了全球潮汐模型的OTL模式更好的結果。 (3)目前OTL模式東南中國大陸和台灣(表4和表5)沿岸的準確性顯示 ，準確性和現有潮汐模型的空間分辨率有待提高。 (4)FG5和GPS觀測收集數據工作來驗證並改進模型的OTL在這個區域 非常有用。此外，觀察間隔7天或更長，以改進模型。

25 謝謝聆聽