臺灣博碩士論文加值系統

臺灣位於亞熱帶氣候地區，每年防汛期(5月1日至11月30日)即遭逢颱風侵襲，其所帶來長延時、高強度之降雨，致使各地水患、坡地及土石流災情不斷。2009年莫拉克颱風帶來的降雨量更創下歷史新高，阿里山氣象觀測站最大24小時(1623.5mm)及48小時(2361mm)降雨更逼近世界紀錄(1825mm、2467mm)，重創中、南部山區及屏東水患，災害損失極為可觀。
降雨是氣象觀測站的基本觀測項目，臺灣山區氣象測站相較於平地少，僅能於特定位置取得資料，故常有樣本不足或是空間分布不均等情況發生。當災害地點無雨量站時，過去常以鄰近測站為參考依據求得雨量資料，但雨量會隨著時間及空間而有所變化。然而，空間點狀分布的氣象測站資料推估成面化(Surface)空間的氣候分布狀態，是水資源管理、氣候變遷等研究議題的基本需求，也是許多水文數值模型的必要參數。
本研究以臺灣中部地區南投縣陳有蘭溪流域為研究區域，並以2004年敏督利颱風、2008年辛樂克颱風及2009年莫拉克颱風為研究案例。利用克利金(Kriging)、距離反比權重法(IDW)、最小曲率法(Spline)及徐昇多邊形法(Thiessen)進行逐時雨量(1、6、12、18、24、48小時及總延時)之數值內插分析，以測站抽樣方式比較出誤差較小之方法。其研究結果顯示，最小曲率法(Spline)為最適合描述陳有蘭溪流域降雨空間分布特性之方法，且以6小時以上之累積雨量來進行推估為最佳。另將推估面繪製成等值線圖，與環境因子相互套疊分析，其結果發現累積雨量及降雨延時與地形有密切關係，並擬定阿里山、玉山及望鄉為本流域主要降雨中心。

Taiwan is located in subtropical regions. Flood protection period (May 1 to November 30) that is hit by typhoons in every year, which will caused by flood, slope and landslide disaster induced by long delay and high intensity rainfall. The rainfall brought more record high by Typhoon Morakot in 2009. Largest 24-hour (1623.5mm) and 48 hours (2361mm) is closer to a world record rainfall (1825mm, 2467mm) by Alishan weather stations to maul heavily the center and southern mountains and Pingtung flood, the losses is very considerable.
Rainfall is an observation item in weather observation station, Taiwan mountain weather station less than the flat, only to obtain data on some specific location, so often the sample is too small or uneven distribution occurs. When the disaster region no rainfall stations in the past often nearby reference station to obtain rainfall data, the rainfall over time and space to change. However, point distribution of the weather station data at space to estimate the space into the surface of the climatic distribution of the state, is the management of water resources, climate change, the basic needs of research topics is necessary in many hydrological numerical model parameters.
In this study, watershed of Chenyulan river in Nantou county in central Taiwan, which in Mindulle of 2004 year, and Sinlaku of 2008 year, and Morakot of 2009 year as a Typhoon case study. Used to Kriging, Inverse Distance Weighting method (IDW), the minimum curvature methods (Spline) and Thiessen polygon method (Thiessen) for hourly rainfall (1,6,12,18,24,48 hours and total delay) interpolation of the numerical analysis to compare the sampling station less error methods.
The results show that the minimum curvature method (Spline) as the most appropriate description of this case interpretation, methods of spatial rainfall distribution, and accumulation of 6 hours or more of rainfall to be the best estimate. The other side will be drawn into the estimated contour map, and overlay analysis between environmental factors. The results showed that the cumulative rainfall and rainfall duration is closely related with the terrain, development of Alishan, Yushan and Wang Xiang is watershed of Chenyulan river to rainfall center.

摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 4
1.3 研究方法 5
1.4 研究內容 6
1.5 研究工具 8
第二章 文獻回顧 9
2.1 臺灣降雨特性 9
2.2 區域降雨推估研究 11
2.3 降雨時空分布特性 13
第三章 理論分析 14
3.1 區域化變數理論 14
3.1.1 基本假設與正定條件 16
3.1.2 半變異元與理論半變異圖 19
3.1.3 等向性與非等向性變異 24
3.2克利金法 25
3.2.1 一般克利金 26
3.2.2 簡單克利金 28
3.2.3 通用克利金 29
3.3 距離反比權重法 31
3.4 徐昇多邊形網 32
3.5 趨勢面法 34
3.6 最小曲率法 35
第四章 研究區域資料建立 37
4.1 研究區域概述 37
4.1.1 地理位置與地形特色 37
4.1.2 高程與坡度 40
4.1.3 坡向 42
4.1.4 歷史災情 45
4.2 研究案例介紹 49
4.2.1 敏督利颱風 52
4.2.2 辛樂克颱風 55
4.2.3 莫拉克颱風 57
4.3 雨場分割及建立雨量資料 60
4.3.1 雨場分割 61
4.3.2 研究案例雨場設定 67
第五章 結果與討論 70
5.1 前置作業及設定 70
5.1.1 空間插值設定 72
5.1.2 變異元模式之驗證 75
5.2 最佳內插法分析 79
5.2.1 相關性分析 79
5.2.2 偏估分析 83
5.2.3 小結 90
5.3 降雨空間分布特性 91
5.4 降雨空間分布與環境因子之關係 97
5.4.1 地形與高程因子 97
5.4.2 崩塌地因子 102
第六章 結論與建議 110
6.1 結論 110
6.2 建議 112
參考文獻 113
附錄 123
附錄A 陳有蘭溪歷史災情 124
表目錄
表1-1 臺灣颱洪災害損失統計臺灣颱洪災害損失統計臺灣颱洪災害損失統計(921(921(921之前) ........................................... 2
表1-2 臺灣颱洪災害損失統計臺灣颱洪災害損失統計臺灣颱洪災害損失統計(921(921(921之後) ........................................... 3
表3-1 理論半變異圖模式表理論半變異圖模式表 ............................................................... 22
表3-2 本文選定之半變意圖模式本文選定之半變意圖模式本文選定之半變意圖模式 ....................................................... 23
表4-1 陳有蘭溪流域高程表陳有蘭溪流域高程表(林基源，林基源，2003)2003)2003)2003)2003) .................................... 42
表4-2 陳有蘭溪流域坡度表陳有蘭溪流域坡度表(林基源，林基源，2003)2003)2003)2003)2003) .................................... 42
表4-3 坡向分類表 ............................................................................... 43
表4-4 20024 20024 20024 20024 2002年至2009200920092009年颱風總表年颱風總表 ..................................................... 50
表4-5 臺灣與世界極端降雨紀錄臺灣與世界極端降雨紀錄臺灣與世界極端降雨紀錄 ....................................................... 52
表4-6 雨量站資料 ............................................................................... 60
表4-7 六種雨場分割方法六種雨場分割方法 ................................................................... 61
表4-8 六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之六種方法分割神木村雨量站於莫拉克颱風場所取得之資料 ........................................................................................... 65
表4-9 研究案例之雨研究案例之雨場起迄時間場起迄時間 ....................................................... 68
表4-10(a) 200410(a) 200410(a) 200410(a) 200410(a) 200410(a) 200410(a) 2004敏督利颱風雨量資料敏督利颱風雨量資料敏督利颱風雨量資料 ................................................ 68
表4-10(b) 200810(b) 200810(b) 200810(b) 200810(b) 200810(b) 200810(b) 200810(b) 200810(b) 2008辛樂克颱風雨量資料辛樂克颱風雨量資料 ................................................ 69
表4-10(c) 200910(c) 200910(c) 200910(c) 200910(c) 200910(c) 200910(c) 2009莫拉克颱風雨量資料莫拉克颱風雨量資料莫拉克颱風雨量資料 ................................................ 69
表5-1 克利金MSE檢定統計分析表檢定統計分析表 ................................................ 77
X
表5-2 克利金RMSSRMSSRMSS檢定統計分析表檢定統計分析表 .............................................. 77
表5-3 逐時偏估誤差統計表逐時偏估誤差統計表 ............................................................... 85
表5-4 望鄉雨量站與鄰近之差異望鄉雨量站與鄰近之差異望鄉雨量站與鄰近之差異望鄉雨量站與鄰近之差異望鄉雨量站與鄰近之差異 ................................... 96
表5-5 應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果應用方法五雨場分割各量站於颱風案例之統計結果 103103103
表5-6 莫拉克崩塌地莫拉克崩塌地R-T-I分類統計表分類統計表 .......................................... 106
XI
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 ................................................................................. 7
圖3-1 半變異元示意圖半變異元示意圖(雷祖強等，2007)2007)2007)2007)2007) ........................................ 16
圖3-2 半變異元示意圖半變異元示意圖(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007) ................................................. 19
圖3-3 試驗半變異圖之示意試驗半變異圖之示意試驗半變異圖之示意(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007) ..................................... 20
圖3-4 一般典型變異圖一般典型變異圖(林裕彬等人，林裕彬等人，2006)2006)2006)2006)2006) .................................... 21
圖3-5 等向性與非變異示意圖等向性與非變異示意圖等向性與非變異示意圖等向性與非變異示意圖(林裕彬等人，林裕彬等人，2006)2006)2006)2006)2006) ............ 25
圖3-6 IDW6 IDW6 IDW插值後剖面示意圖插值後剖面示意圖(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007)(ESRI, 2007) ..................................... 32
圖3-7 徐昇多邊形網繪製示意圖徐昇多邊形網繪製示意圖徐昇多邊形網繪製示意圖(田璦菁，田璦菁，2003)2003)2003)2003)2003) ............................ 33
圖4-1 陳有蘭溪流域位置及土石潛勢分布圖陳有蘭溪流域位置及土石潛勢分布圖陳有蘭溪流域位置及土石潛勢分布圖陳有蘭溪流域位置及土石潛勢分布圖陳有蘭溪流域位置及土石潛勢分布圖陳有蘭溪流域位置及土石潛勢分布圖....................... 38
圖4-2 臺灣河川與世界之比較臺灣河川與世界之比較臺灣河川與世界之比較(王永珍，王永珍，2005)2005)2005)2005)2005) ........................ 39
圖4-3 陳有蘭溪流域高程分布圖陳有蘭溪流域高程分布圖陳有蘭溪流域高程分布圖 ....................................................... 41
圖4-4 坡向示意圖 ............................................................................... 43
圖4-5 陳有蘭溪流域坡向分布圖陳有蘭溪流域坡向分布圖陳有蘭溪流域坡向分布圖 ....................................................... 44
圖4-6 陳有蘭溪流域各坡向比率陳有蘭溪流域各坡向比率陳有蘭溪流域各坡向比率 ....................................................... 45
圖4-7 19537 19537 19537 19537 1953至2009200920092009年侵台颱風於玉山、阿里及全測站發生最年侵台颱風於玉山、阿里及全測站發生最年侵台颱風於玉山、阿里及全測站發生最年侵台颱風於玉山、阿里及全測站發生最年侵台颱風於玉山、阿里及全測站發生最年侵台颱風於玉山、阿里及全測站發生最年侵台颱風於玉山、阿里及全測站發生最大累積雨量之次數大累積雨量之次數大累積雨量之次數 .................................................................. 48
圖4-8 19968 19968 19968 19968 1996年至2009200920092009年陳有蘭溪流域歷土石發生次數年陳有蘭溪流域歷土石發生次數年陳有蘭溪流域歷土石發生次數年陳有蘭溪流域歷土石發生次數年陳有蘭溪流域歷土石發生次數年陳有蘭溪流域歷土石發生次數 ........ 48
圖4-9 臺灣颱風降雨與世界最高紀錄臺灣颱風降雨與世界最高紀錄臺灣颱風降雨與世界最高紀錄臺灣颱風降雨與世界最高紀錄臺灣颱風降雨與世界最高紀錄 ....................................... 52
XII
圖4-10 敏督利颱風路徑圖敏督利颱風路徑圖敏督利颱風路徑圖(中央氣象局中央氣象局) .......................................... 53
圖4-11 11 11 敏督利颱風引入西南氣敏督利颱風引入西南氣敏督利颱風引入西南氣流構成之雲雨帶流構成之雲雨帶流構成之雲雨帶(中央氣象局中央氣象局中央氣象局) ...... 54
圖4-12 辛樂克颱風路徑圖辛樂克颱風路徑圖辛樂克颱風路徑圖(中央氣象局中央氣象局) .......................................... 56
圖4-13 莫拉克颱風路徑圖莫拉克颱風路徑圖莫拉克颱風路徑圖(中央氣象局中央氣象局) .......................................... 57
圖4-14 莫拉克颱風與西南氣流共伴效應莫拉克颱風與西南氣流共伴效應莫拉克颱風與西南氣流共伴效應莫拉克颱風與西南氣流共伴效應莫拉克颱風與西南氣流共伴效應莫拉克颱風與西南氣流共伴效應(中央氣象局中央氣象局) .................. 58
圖4-15(a) 15(a) 15(a) 15(a) 方法一雨場分割示意圖方法一雨場分割示意圖方法一雨場分割示意圖 .................................................... 61
圖4-15(b) 15(b) 15(b) 15(b) 15(b) 方法二雨場分割示意圖方法二雨場分割示意圖方法二雨場分割示意圖 .................................................... 62
圖4-15(c) 15(c) 15(c) 15(c) 方法三雨場分割示意圖方法三雨場分割示意圖方法三雨場分割示意圖 .................................................... 62
圖4-15(d) 15(d) 15(d) 15(d) 15(d) 方法四雨場分割示意圖方法四雨場分割示意圖方法四雨場分割示意圖 .................................................... 63
圖4-15(e) 15(e) 15(e) 15(e) 方法五雨場分割示意圖方法五雨場分割示意圖方法五雨場分割示意圖 .................................................... 63
圖4-15(f) 15(f) 15(f) 15(f) 方法六雨場分割示意圖方法六雨場分割示意圖方法六雨場分割示意圖 ..................................................... 64
圖5-1 陳有蘭溪流域徐昇多邊形切割網陳有蘭溪流域徐昇多邊形切割網陳有蘭溪流域徐昇多邊形切割網陳有蘭溪流域徐昇多邊形切割網陳有蘭溪流域徐昇多邊形切割網 ........................................... 71
圖5-2 趨勢分析法示意圖趨勢分析法示意圖 ................................................................... 74
圖5-3 克利金MSE盒形圖................................................................. 78
圖5-4 克利金RMSSRMSSRMSS盒形圖 .............................................................. 78
圖5-5 OKE5 OKE5 OKE5 OKE降雨推估散佈圖 .............................................................. 80
圖5-6 IDW6 IDW6 IDW降雨推估散佈圖 ............................................................... 80
圖5-7 Spline7 Spline7 Spline7 Spline7 Spline7 Spline降雨推估散佈圖降雨推估散佈圖 ............................................................ 81
圖5-8 Thiessen8 Thiessen8 Thiessen8 Thiessen8 Thiessen8 Thiessen8 Thiessen8 Thiessen8 Thiessen降雨推估散佈圖降雨推估散佈圖 ......................................................... 81
XIII
圖5-9 各推估法逐時偏趨勢圖各推估法逐時偏趨勢圖各推估法逐時偏趨勢圖 ....................................................... 84
圖5-10 110 110 110 1小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖 ................................................... 86
圖5-11 611 611 6小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖 ................................................... 86
圖5-12 1212 1212 1212 1212 12小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖 ................................................. 87
圖5-13 1813 1813 1813 1813 18小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖 ................................................. 87
圖5-14 2414 2414 2414 2414 24小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖 ................................................. 88
圖5-15 4815 4815 4815 4815 48小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖小時至總延誤差長條圖 ................................................. 88
圖5-16 總延時誤差長條圖總延時誤差長條圖總延時誤差長條圖 ................................................................. 89
圖5-17 敏督利颱風降雨空間分布圖敏督利颱風降雨空間分布圖敏督利颱風降雨空間分布圖敏督利颱風降雨空間分布圖(a) 6(a) 6(a) 6小時、(b) 12(b) 12(b) 12(b) 12小時、小時、(c) 18(c) 18(c) 18小時、(d) 24(d) 24(d) 24(d) 24小時、(e) 48(e) 48小時、(f)(f)總延時總延時 ....................... 93
圖5-18 辛樂克颱風降雨空間分布圖辛樂克颱風降雨空間分布圖辛樂克颱風降雨空間分布圖辛樂克颱風降雨空間分布圖(a) 6(a) 6(a) 6小時、(b) 12(b) 12(b) 12(b) 12小時、小時、(c) 18(c) 18(c) 18小時、(d) 24(d) 24(d) 24(d) 24小時、(e) 48(e) 48小時、(f)(f)總延時總延時 ....................... 94
圖5-19 莫拉克颱風降雨空間分布圖莫拉克颱風降雨空間分布圖莫拉克颱風降雨空間分布圖莫拉克颱風降雨空間分布圖(a) 6(a) 6(a) 6小時、(b) 12(b) 12(b) 12(b) 12小時、小時、(c) 18(c) 18(c) 18小時、(d) 24(d) 24(d) 24(d) 24小時、(e) 48(e) 48小時、(f)(f)總延時總延時 ....................... 95
圖5-20 陳有蘭溪流域降雨中心發展位置陳有蘭溪流域降雨中心發展位置陳有蘭溪流域降雨中心發展位置陳有蘭溪流域降雨中心發展位置陳有蘭溪流域降雨中心發展位置陳有蘭溪流域降雨中心發展位置(a)(a)敏督利颱風、敏督利颱風、(b)(b)(b)辛樂克颱風、(c)莫拉克颱風莫拉克颱風莫拉克颱風 ............................................................ 96
圖5-21 剖面線路徑及位置圖剖面線路徑及位置圖剖面線路徑及位置圖 ............................................................. 98
圖5-22 敏督利颱風總累積雨量與地形高程斷面圖敏督利颱風總累積雨量與地形高程斷面圖敏督利颱風總累積雨量與地形高程斷面圖敏督利颱風總累積雨量與地形高程斷面圖敏督利颱風總累積雨量與地形高程斷面圖敏督利颱風總累積雨量與地形高程斷面圖敏督利颱風總累積雨量與地形高程斷面圖 ......................... 99
圖5-23 辛樂克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖辛樂克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖辛樂克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖辛樂克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖辛樂克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖辛樂克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖辛樂克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖 ....................... 100
圖5-24 莫拉克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖莫拉克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖莫拉克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖莫拉克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖莫拉克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖莫拉克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖莫拉克颱風總累積雨量與地形高程斷面圖 ....................... 101
圖5-25 崩塌地形心位置示意圖崩塌地形心位置示意圖崩塌地形心位置示意圖崩塌地形心位置示意圖 ....................................................... 102
圖5-26 應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間布-總累積雨量 ................................................................................... 104
圖5-27應用方法五雨場分割各量站於應用方法五雨場分割各量站於應用方法五雨場分割各量站於應用方法五雨場分割各量站於應用方法五雨場分割各量站於應用方法五雨場分割各量站於颱風案例空間分布颱風案例空間分布颱風案例空間分布颱風案例空間分布-延時 ............................................................................................... 105
圖5-28 莫拉克颱風引致陳有蘭溪崩塌地分布圖莫拉克颱風引致陳有蘭溪崩塌地分布圖莫拉克颱風引致陳有蘭溪崩塌地分布圖莫拉克颱風引致陳有蘭溪崩塌地分布圖莫拉克颱風引致陳有蘭溪崩塌地分布圖莫拉克颱風引致陳有蘭溪崩塌地分布圖 ........................... 107
圖5-29 崩塌災點之有效降雨強度分布圖崩塌災點之有效降雨強度分布圖崩塌災點之有效降雨強度分布圖崩塌災點之有效降雨強度分布圖崩塌災點之有效降雨強度分布圖崩塌災點之有效降雨強度分布圖 ....................................... 108

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