48 - 海洋漂流物軌跡追蹤模式研究

傾聽海洋9/22節目介紹:

一.《閱讀海洋科普書》單元:
主題:海洋漂流物軌跡追蹤模式研究

英國普利茅斯海洋生物協會（The Plymouth Laboratory of the Marine Biological Association）會長拜德（George Parker Bidder）為了觀察海流與經濟魚類的行為，曾於1904到1906年間在英國和挪威之間的北海投擲了一千多個裝有明信片的瓶（稱為海流瓶），瓶身並特別設計成可略高於海床漂浮。他還在瓶中放入卡片註明拋入海中的時間與地點，請拾獲的人也記錄時間與地點，這樣就可以知道從起點到終點所花費的時間與漂流的方向。

其中有一個瓶中信經過了108年4個月又18天，在德國北海岸的阿姆羅島（Amrum）被一對夫妻拾獲，這封信被金氏世界紀錄（Guinness World Records）認定是最古老的瓶中信。

 

透過實驗科學家發現，在英國和挪威之間布放的海流瓶，靠近海床的大多被沖到英國沿岸，浮動的則大都穿過北海朝向歐洲大陸。由此推斷，可能是因為河流出口導致海流瓶向鹽度密集處流動，這是最早的海流觀測實驗。

 

現行使用的衛星漂流浮標與瓶中信作用類似，主要是利用衛星短時報位確定漂流浮標的位置，就可得知其軌跡，再從移動軌跡推算出海流的速度與方向。或是在漂流浮標上裝載溫鹽感測儀器，可量測溫度與鹽度垂直分布的變化，以收集更多種的海洋物理參數。在海上布放衛星漂流浮標可用來觀測並推算當地海流的流速與方向，根據漂流浮標的設計與拖曳傘深度可觀測不同深度的海流，如全球漂流浮標計畫（Global Drifter Program）就保存了1979年以來全球海洋漂流浮標的資料。所獲得的寶貴數據除可重現海流走向外，也可應用於海洋數值模式或其他觀測系統的比對驗證，以改善海流推算資料的品質。

因此美國海岸防衛隊或台灣海巡署在搜救海難時，都會在事故發生地點布放自我定位的基準浮標。透過浮標取得當地即時的海流資訊，並配合歷史資料評估落水標的物可能漂流的路徑，藉以規劃較準確的搜索區域，希望能提升搜救的成功率。

 

海上搜尋的理論起源於第二次世界大戰，當時盟軍在大西洋的交通運輸受到德國潛艇嚴重的威脅，為了反潛戰的需要，盟軍成立了反潛戰研究組，蒐集當時所有的科學方法和技術來提高海上搜索的效率。

 

Koopman於1946年以數學方式發展出第一個搜索理論，運用空中巡邏機目視搜索敵軍水面船艦與浮航潛艦，假設目視者對目標一瞥的機率正比於目標的長方形尾跡相對於目視者的立體角（the solid angle of the wake）。美國海岸防衛隊在1950年代把它應用在一般的搜救任務中，這方法於1959年納入第一版的美國國家搜救手冊，很快地被其他國家海上搜救機構接受使用。

 

在海面上漂流的物體主要是順著海流移動，但也受到風和波浪引起的拖曳影響。一般而言，後者引起的漂流速度分量比海流的小，但也算是影響漂流路徑的關鍵因素。

 

軌跡推算的基本概念是目標物從最後已知位置會受到總水文量（包含風吹流、潮汐流及其他類型水流）影響而漂流移動。目標物因露出水面的部分會受到風力的影響而往下風處移動，並在移動過程中同時受到風力擾動可能產生的左右風壓差而造成偏移。最後，運用總水文向量與風壓差總和可以推估目標物於下一個時刻的位置，而隨著推算時間的增加，計算所產生的累計誤差就是可能的搜救範圍。

 

海上漂流物軌跡推算的基本概念。在計算各種因素的影響下，可以得到一個漂流物的可能範圍。

 

以人工計算來規劃搜尋範圍，事實上很難符合實際的搜救行動。因此自20世紀70年代起，隨著電腦的普及與計算能力的顯著提高，科學家也開始發展利用電腦運算規劃海上搜救的技術，如美國海岸防衛隊現行使用的搜救優選規劃系統（SAROPS）、美國ASA公司所研發的海上搜救軟體SARMAP，以及美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）發展的一套質點擴散追蹤模式（GNOME）。海上搜尋預測之外，因應不同的案件也可能需要回溯推算漂流物從哪裡漂來。在這種情況下，會利用漂流物的已知位置與時間，加上可能偏航因素，使用已知的海流與風力進行時間回溯的積分，就可獲得過往時間的漂流物位置，進而追蹤漂流物可能的來源。這類模擬計算大多使用在海灘上的漂流物被拾獲後的追蹤，如大量垃圾、不明物體、汙染物等。

 

基本上，由於拾獲時間的不精確、偏航所造成的漂流方向不確定等因素，推算出的漂流物起始位置會呈現散亂的分布。此外，海上漂流物的移動過程會受到海流與風力的影響，物品的形狀大小也會影響其受海流與風力的推移，因此漂流物移動速度與海流、風速之間應有某種關係。

 

若把流速、風速及漂流速度的關係利用單一係數來代表，由不同加成係數的模擬結果會發現漂流物位置集中的情況是不同的，而如何合理地追蹤漂流物的起始位置，就需要經過多種方案的測試了。

 

例如在某案例中，發現所有的物品都漂向台灣西南部海域，而不同加成係數所形成的漂流物起始位置的分布形狀都不同，因此在最佳方案選擇上，選擇了漂流物品數量較多（數量與全體數量比較大），且位置較集中（位置標準偏差較小）的方案做為漂流物可能的來源。

 

海上搜救是非常困難的，幾百公尺長的失事船隻在海上就如同臉盆裡的一粒沙，更遑論動輒方圓數十海里範圍（1海里約1.853公里）的搜救搜尋工作。緊急的海難救助搜尋工作，除了要投入大量的人物力與優秀的搜救技術外，更需事故地點的詳盡環境資訊，特別是海面風和海流的現況和預測資訊，藉以規劃符合現況的搜救計畫。

 

台灣位處西太平洋邊隅，除了波浪與潮汐外，附近還包括黑潮主流、中國沿岸流、南海海流等主要洋流。洋流的季節變化與強勁潮流的交互作用，導致了台灣海域海流流況多變。這些海洋特性影響台灣特別深，需仰賴長期且密集連續的觀測與模擬資料。

來賓:國家海洋研究院綜合規劃及人力培訓中心助理研究員- 陳思樺

 

二.《聽海洋說故事》單元:
主題:豪華郵輪胡佛總統輪

 

1937年12月二次大戰期間，美國胡佛總統號郵輪在綠島公館外海擱淺，船上780人在綠島居民協助下全數獲救，文化部文化資產局委託淡江大學海洋及水下科技研究中心設立國內首座水下遺址告示牌，推廣水下文化資產保護觀念。

1937年12月11日深夜，美國胡佛總統輪，因天候不佳，在綠島公館外海撞上礁石擱淺，當時巨大聲響及畫破夜空的照明彈，讓在睡夢中驚醒的綠島居民以為開戰了，紛紛逃到山上躲避，天亮後看見擱淺在岸邊的郵輪，才投入協助搶救。為了感謝綠島居民救難，美國紅十字會募款在綠島興建33公尺高的燈塔，持續守護當地航海員。

當時美日關係緊張，雙方都派軍艦監視保護，且傳說郵輪上有金庫和重要信件，最後美軍運走重要的物品和人員後，胡佛總統號郵輪交由日本拆除。

因郵輪擱淺的水域還有留下部分文物及殘骸，文資局列為重要水下文化資產保護場域，今年7月在水深25公尺的沉船遺址處設立國內第1座水下遺址告示牌。

來賓:淡江大學歷史系教授- 李其霖

三.《為海洋讀一首詩》單元:

 

〈淤沙——⻑濱和某些港⼝〉 譚洋 這裡不應該有沙 ⼈們不希望有。

淤沙就像是那些東⻄： ⼈們希望它堆在⾃⼰ 每天不會經過的那⼀側。

所有⼈的容忍 都在淤積。 無⽌盡的沙堡遊戲 ⼀個⼩女孩跑上丘頂 看著游泳的我

我伸腳往下探 ⽔底的沙沒有回答。

流⽔和巨岩溫柔地 看怪⼿們⼯作 鋼鐵的筋⾁酸痛 比如快轉的夾娃娃機

比如⾦⿂網盛起⼀灘汙泥 重量拗彎了⼿柄 沒有⼈逃得開這堆沙：

怪⼿司機 漁會代表 轉動船舵的船⻑ 觀測議題的師⽣ 在沙與港的⽣產線上

每個⼈都分到⼀個位⼦ 去看，⽽且做。 沙在某處剷除，在另外某處回填。

沙在某處養育獨⽊⾈玩家。 沙被渴望。 沙被拋棄。

沙變成渣滓，變成地基。 ⼀沙⼀世界，世界們彼此積壓。

沙是最鬆散也最堅實的箴⾔。

我們終於低頭看⾒ 我們立⾜在它之上 或者說 在它之中。

 

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