遠距離遙測技術籠罩全球

記者李宇政整理報導 |2007.12.14
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技術的應用廣及國土規畫、水資源應用、農林漁業、氣象、環保監測等,對國計民生影響深遠。
 
今年5月中央大學大氣科學研究團隊率先掌握南極平流層大氣溫度變化,這項領先全球的成就,一來是該校太空遙測技術超卓,二來是去年4月升空的福衛3號衛星,擁有6顆微衛星,平均分布在地球上空的軌道運轉,可全天候蒐集傳自高軌道GPS衛星的電磁波,資料相當完整。相較下,德國、英國等國發射的氣象衛星,通常只有一顆,無法完整蒐集資料,成效有限。

另外,台灣一遇颱風豪雨每每發生土石流等天然災害,造成重大傷亡。因此,對土地開發做有效的管制,發覺潛在土石流易發區域,乃當前亟待解決的課題。

遙測技術能提供迅速偵測大區域面積,並針對難以接近的目標進行遠距監測。除災害防治外,遙測技術的應用廣及國土規畫、水資源應用、農林漁業、氣象、環保監測等,對國計民生影響深遠的層面。

物體有電磁波 藉此遙測

遠距遙測技術是一種遙遠感知的技術,遙具有空間的概念,意思是不必接觸到物體即可感覺得到目標物;感知表示利用感覺或知覺的方式獲取目標物的有關資訊。

任何一種物體只要體溫超過絕對零度(絕對零度為負273度C時所有物體的分子即停止運動),它就會輻射電磁波,且溫度愈高,輻射能量愈大,電磁波的波長可以從零至無限大。例如0.4~0.5微米為藍色光,0.5~0.6微米為綠色光,0.6~0.7微米為紅色光,0.7~1.1微米為攝影紅外線,1.1~3微米為短紅外線,3~5微米為中紅外線,5~15微米為遠紅外線(3~15微米合稱為熱紅外線,可用來探測物體的溫度,如SARS發生期間,用熱紅外線輻射儀來探測路人的體溫),15~1000微米為超遠紅外線,超過1000微米(即1毫米)即為微波。

物體輻射出來的電磁波波長與其體溫有關,其最大波長(即輻射能量最高的對應波長)等於2898除以其絕對溫度,單位為微米。因此,太陽的外圍溫度為絕對溫度6000度,所以其最大波長為2898/6000=0.48微米,屬於藍色光;又地球的常溫約為300度K,所以最大波長為2898/3000=9.7微米,屬於熱紅外線,為肉眼所無法感知,需要依賴儀器(如夜視鏡)才能看到目標物的存在。

物體輻射電磁波的時間可以日夜進行,不受晝夜的影響,在白天的時候,物體接受太陽光的照射,我們之所以可以看到物體的存在,以及辨識它的顏色,主要是因為物體選擇性的反射太陽光中不同波長的電磁波所致。

白天時物體自身也會輻射電磁波,但其輻射波長較長,都在熱紅外線的範圍。物體在白天反射太陽光及自身的輻射電磁波,其波段交疊的部分大約介於3~5微米的地方。

不接觸物體進行分析

遠距遙測技術就是應用現代技術及先進的工具,以人造衛星或飛機為平台,不與物體接觸,而在遠距離蒐集地物的電磁波反射及輻射資訊,並且將這些資訊傳送到地面的接收站,進行儲存,處理,以至分析與判釋。

我國的福爾摩沙衛星2號,美國的LANDSAT,法國的SPOT,以及私人公司所發射的IKONOS,QUICKBIRD等等衛星,都是屬於此類技術。QUICKBIRD的地面解像力為61公分,是目前商用資源探測衛星中最精密的一顆衛星,其應用面非常廣泛,舉凡農林,地形,地質,自然災害,環境污染,工程,海岸或地形變遷,國土等等都可使用。

台北捷運的列車,其車箱間隔約為80公分,可以在此類衛星(包括IKONOS及 QUICKBIRD)的影像上解析開來,也就是說可以清楚的數出6節車箱。

舉例來說,在測量大氣的二氧化碳濃度時,一般都使用非分散式的紅外線分光光度計,二氧化碳在4.3微米處有一吸收谷(即二氧化碳會吸收波長為4.3微米的紅外線),根據其吸光度即可測得二氧化碳的濃度。

在全球性觀測方面,1978年美國發射的雲雨7號衛星,裝載了TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)及SBUV(Solar Backscatter Ultra-Violet)的紫外線分光光度計,每日繞地13.8圈,前者進行全球臭氧總量的分布之觀測;後者則觀測與衛星軌道垂直方向(稱為橫軌)的臭氧分布。

在地面上,如在北極,北半球中緯度,熱帶,南半球中緯度,及南極地區也可建立地面觀測網,利用雷達,微波輻射儀,紫外線,可見光,紅外線等不同波長的遙測儀器,同時進行大氣的全面監測;監測的項目可涵蓋臭氧總量,臭氧垂直分布,氣溫等等。(資料來源/國家實驗研究院儀器科技研究中心)

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