與海神對話　環繞台灣海疆的海洋雷達網

近即時環台海流觀測成果示意圖。圖／TOROS 團隊提供。

人類離開了海洋幾千年之後，又回過頭來試圖了解海洋，於是海洋科學家在各個領域與海神對話，「海洋雷達就是我們與海神對話的其中一個工具。」計畫主持人、國研院海洋中心副研究員賴堅戊說。

國研院海洋科技研究中心歷時6年，環著台灣1200公里長的海岸線建造17座雷達測站（全部共20座，另外三座分別歸屬教育部與中科院），花費兩億，完成「環台岸基海洋雷達系統」（Taiwan Ocean Radar Observing System, TOROS），全天候偵測環台海域1至2公尺深的表層海流資訊，觀測距離達150~200公里，涵蓋的海域大小相當於5.4倍的台灣島面積。

今年1月甫建完新北市貢寮區馬崗測站，TOROS海洋雷達網終告完工！圖／TOROS團隊提供。

中國沿岸流、南海海流、黑潮流過台灣周圍海域，且夏冬兩季流況不同，這些海流深深影響著台灣的氣溫、濕度等氣候條件，也影響航海、漁場與海洋能源開發等經濟活動，若能長期監測海象環境，對研究與實際應用的助益都相當大。

海洋的「索倫之眼」

雷達是二戰產物，自1970至1980年代，科學家開始將雷達技術導入海洋環境監測，賴堅戊戲稱：「戰後科學家也要找出路，繼續申請研究經費補助。」從八零年代到現在，美國已建置了141座海洋雷達站，數量居世界之冠；韓國與日本分別建了24與21座；台灣的20座在數量上居世界第四，但建置密度最高，也是唯一雷達網環繞全部海岸線的國家。

雷達會發射電波訊號至觀測區域，以都卜勒效應的原理分析回波訊號，便能得到物體的大小、距離、方位、高度、速度等資訊，整合兩座雷達的觀測數據，就能取得海流速度與方向資訊。海洋中心沿著海岸線，每隔70至90公里建置一座雷達站，台灣東西岸的雷達測站採用頻率為5MHz，台灣島南北則因地形限制，無法如東西岸大規模「掃描」，遂改採用13MHz的頻率，提高資料解析度。

傳統多利用研究船、漂流浮標或錨碇浮標執行海象觀測任務，但單點量測的範圍侷限於觀測設備通過的路線上，傳統方式不僅成本較高，海象變幻不定也增添任務風險。TOROS則可大面積、近即時、全天候不間斷的「掃描」，偵測表層海流資料。

TOROS與研究船海觀測成果差異圖。藍色箭頭為TOROS觀測的海流資訊，紅色軌跡為研究船獲取的資訊。研究船主要提供航線上的流速觀測，需要長時間連續航行；TOROS則能在短時間內大範圍觀測。圖／賴堅戊提供。

「追逐潮流」的任務　就找TOROS支援前線

黑潮相關主題是台灣最活躍的海洋研究題材之一，建置TOROS系統的最初目的也是為了黑潮相關研究，後來延伸出許多應用。掌握海流的速度與方向可以做什麼呢？TOROS除了提供氣象、海洋研究、海洋工程所需的第一手觀測資料，對各機關監測海洋環境、海洋汙染擴散、海難搜救、海洋遊憩風險管理等領域也是一大助力。

中央氣象局海象測報中心主任滕春慈說，海流之於船舶猶如風之於飛機，精確的海流資訊能幫助船舶制定航線，更準確地安排停靠港口的時程，判斷要跟隨或避開主要海流；海流加上海溫對漁業是很重要的資訊，冷暖海流交會處是良好的漁場所在，知道海流流向也就知道魚群動態。滕春慈表示，目前氣象局的海流預報是整合潮汐、流體運動模式等等的模擬結果，若引進TOROS實際觀測的數據，會先用於驗證現行的模擬系統。

TOROS也是海上救援的得力助手！炎炎夏日，大家一窩蜂湧向陽光、沙灘、海浪，但意外時有所聞，根據海巡署統計，2008至2014年七年之間，執行救生救難案件達3301件。去年六月，TOROS團隊剛在墾丁建置三座雷達站，南灣發生遊客落水失蹤事件，海巡署向TOROS團隊尋求幫助，希望協助分析海流流向。團隊根據雷達觀測數據模擬物體漂流方向，推估失蹤者仍在南灣海域內，尚未被帶離海灣、隨黑潮被帶往東部，最後海巡署果真在推測地點附近尋獲失蹤者。未來若將TOROS的資訊導入海巡署的海難搜救系統，海難預防與搜救都會更有效率。

墾管處於「岸際海域活動管理作業要點」中制定戲水限制，當持續浪高一米，就會插紅旗、禁止遊客戲水。但戲水者會不會被海浪捲走，依據海流流向判斷會更準確，浪高也有可能流向往內。海洋中心已與墾管處合作，提供墾丁周遭海域的表層海流觀測資訊，協助墾管處管理遊憩風險，雙方去年就架設了資訊交換平台作為測試（此平台目前暫停中，今年夏天會再度開站）。不過，突發性的「瘋狗浪」就不在TOROS的「守備範圍」內了。

（左）海洋中心為墾管處架設的「遊憩風險管理資訊交換平台」 （右）2014年6月墾丁發生遊客落水失蹤事件時，海洋中心根據雷達觀測數據模擬漂流方向。圖／TOROS 團隊提供。

觀察海洋生物行蹤也是TOROS著力點，賴堅戊說，近期計畫是五月與墾管處及海洋生物學家合作，觀察墾丁海域的珊瑚產卵。日後雷達觀測如果在特定海域看到魚苗，也可以依據海流資訊反推魚兒的迴游路徑，協助海洋生態研究。

環島三圈尋測點　盡走有蛇出沒的偏僻海邊

TOROS團隊成員近十人，背景領域來自海洋工程、海洋科學、電子、電機，團隊環島三圈，走遍台灣1200公里的海岸線，尋覓建測站的適合地點。因為雷達易受地形影響，海岸線的突出處是設立測站的理想地點，這些地方多為風景區或軍事碉堡，大多為國家單位所有，土地取得過程相當複雜；因位處偏僻，建設水電與電信等基礎設施也相當麻煩，「而且草裡面都有蛇！我們要常常與蛇為伍，但位在保護區又不能除草！」賴堅戊笑說，他與另一個成員工作時兩度差點踩到蛇，「他都不想跟我一起工作了！」

當團隊找到合適地點，會先將雷達擺在那裡一星期，進行一連串測試，看看該地的訊號品質、是否太多干擾、與相鄰測站資料整合結果如何，若該地訊號品質不佳，就要換個地方。較另類的經驗是在貓鼻頭，成員發現訊號被另一股訊號覆蓋了，轉開收音機，調至儀器顯示的頻段，結果是從外國傳來的廣播節目，團隊只好寫信請廣播電台調整波段（NCC主管頻譜分配，於法有據）；後灣的測站還曾遭竊，蘋果電腦被偷，幸好資料數據都有備份保存。

海洋雷達的發射天線(左)與接收天線(右)。圖／取自海洋環境資料庫網站。

流場圖逐時更新　未來增加海嘯預報

團隊成員廖建明博士說，未來計畫在離島增建測站，多一個測站的資訊可讓數據更清晰精確，也可充作備援系統，萬一某測站故障「罷工」，仍有兩座雷達可以合成資訊。日本311的災難掀起許多地震與海嘯的討論，菲律賓西方南海的馬尼拉海溝被視為潛在風險，未來團隊也將開發海嘯波預警偵測功能，提供一兩百公里外海嘯波傳遞的觀測訊息，因應馬尼拉海溝發生地震時可能引發之海嘯。

TOROS觀測所得的資料「圖像」會登於「海洋環境資料庫」網站上，每小時更新一次周圍流場圖，但海流數據是軍事敏感資訊，若需要詳細的流速與流向數值，須向國研院申請。海洋中心另設有一個「海象模擬平台」，更新頻率與大氣預報同步，一天兩次（颱風天會增加預報頻率），亦有未來72小時的海象預測。TOROS的原始資料則依照「國家機密保護法」暫不開放，國防部與科技部尚在研擬資料釋出的方式。

泛科學總編輯鄭國威招牌課程再度開課，面對面傳授閱讀理解、科普寫作到內容行銷的心法，幫助你打造個人品牌。

慶祝泛科學院周年慶，快來領取專屬優惠，現在購買課程還有機會抽中 $1,111 折價券喔！課程傳送門請點我