(轉貼) 水色衛星遙測
二、水色衛星遙測﹕
水色量測係以自然的陽光照射來產生海洋水色圖，由於在電磁譜中，只有可見光及近紅外線之能量能透射水柱，所以測量水柱輻射率時，通常只能用可見光光譜帶及近紅外線光譜帶，來測量相關的水色資料。一般而言，在特定光譜帶中，光的散射及吸收是依照物質的形狀、大小及組成成分而定，光譜帶隨著物質及微粒不同的形態而有所變。水色的定性測量雖然已經可行，然而要獲得正確的定量資料則相當困難。這是因為海洋水色量測是在大氣層外觀測，因此其所蒐集到的訊號，實質上除了海洋水色之外，尚夾雜著大氣散射光、海面反射光，以及儀器雜訊等，也因此海洋水色
的訊號需要種種校正，例如增益截差校正與大氣校正等。
我國在 1999 年一月發射第一顆人造衛星，即中華衛星一號 (ROCSAT-1) ，這是我國第一枚低軌道的科學實驗衛星，主要的任務為科技研究。海洋水色的研究是此衛星三大任務之一。在中華衛星一號上裝有一具海洋水色照相儀 (Ocean Color Imager)，海洋水色照相儀為一推掃式成像光譜儀，共有六個波段，其波段與美國 SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor，海視廣角感測儀)
八個波段中的六個完全相同，其成像機能完全由線形感測器與衛星軌道運動所構成。中華衛星一號利用S-band通道傳回數據，由於受到數據傳輸速率的限制，光譜數據必須先存放於本身的記憶體上，因此海洋水色照相儀繞行軌道一圈，最多只能用其中 3% 的時間攝像。影像由六組不同光譜帶組成，範圍從 443 毫微米 到 865 毫微米，海洋水色可從這六光譜波帶的測量中得到。其中第一到第四頻帶從 443 毫微米到 565 毫微米，用來量測葉綠素 -A (Chlorophyll-A) 濃度，其實海洋水色作業中最主要的工作就是葉綠素 -A
濃度之量測，一般而言，可靠的量測操作必須要搭配現場實測的資料。
葉綠素 -A 濃度與海洋初級生產力有直接關聯，漁場通常就在富含葉綠素-A 的地點，因為富含葉綠素-A就表示藻類（或稱為浮游植物）聚集，於是浮游動物、小魚、小蝦也聚集於此，由於食物充足，各種迴游的經濟魚種便覓食聚集於此，而成為漁場，所以測量葉綠素-A分佈可以應用在漁業資源保育。另外測量葉綠素-A
也可以監測有害藻類的大量繁殖，雖然藻類大量繁殖時常吸引大量魚群，然而藻類的過度繁殖將使魚類及其他海洋生物因缺氧而窒息。另外有些藻類具有毒素，也會殺死魚類。在有些有害藻群（HAB）中，若干因呈微紅色而被稱為「赤潮」。赤潮對漁業曾造成嚴重損害，而且甚至致人傷亡。例如一九九八年四月的赤潮現象重挫了香港的漁業，導致一億多美元的損失。當年夏天，在菲律賓也有多人因吃到污染的甲殼類而死亡等等。使用海洋水色資料來監測藻類大量繁殖，可以適時地預防可能的赤潮災害。
整合海洋水色資料及合成孔徑雷達（SAR）影像乃是目前國際間最受矚目的新工具，SAR與海洋水色資料之組合可用來分析其他海洋過程。SAR影像能顯示既清晰又詳細的空間構造，而海洋水色影像則能提供生物資訊。例如在內波 (Internal wave) 的研究方面，SAR影像可呈現清晰的內波結構與位置之層面顯示，而位於同地之海洋水色影像則有助於瞭解其中所涉及的生物過程。
三、衛星測高遙測﹕
圖二 遙測衛星測高之原理
衛星測高指的是利用衛星來測量海水面的高度變化，測高衛星上裝有測高儀 (altimeter)，自天線沿天底方向發射脈衝到海面而折回，經由雷達往返海面之時間，而計算海水面與衛星之高度，再由衛星高度減去此一距離，得一相對於某參考橢球面之動力高度 (dynamic height)，原理如圖二，又因為水有良好的反射性質，這種方法特別適用於海洋。現階段最新的衛星為 Jason-1，Jason-1在 2001 年 12 月成功升空，而當今使用最多的則是 TOPEX/POSEIDON (T/P) 人造衛星，T/P 人造衛星離地球大約1300公里的高度上，自天線沿天底方向發射速度每秒
300,000公里的脈衝到海面而折回，是由美國航空與太空總署 (National Aeronautics and Space Administration，NASA) 與法國太空總署 (Center National d'Etudes Spatials，CNES) 共同合作於 1992年 8月 10 日發射，該衛星的主要任務有監測海流及海水位，它也可以用於全球海洋重力、地形等之計算。
圖三 地轉流 (摘自Stowe K.
"Exploring Ocean
Science")
海水表面的高度值在海洋研究的用處為何? 我們知道海水是由高處往低處流動，這樣的流動傾向隨兩處之間的海水高度差異而不同，當差異愈大，流動愈劇烈，其實這種流動傾向比較正確的說法是由兩處壓力梯度 (pressure gradient) 差異產生。在真實海洋環境中，海水不是簡單地由高處往低處直線流動，因為地球自轉所產生的柯氏力 (Coriolis force) 會改變海水的流向，海水其實會沿海水等高線方向流動，這就是所謂的地轉流
(圖三)。以衛星測高儀技術得到更精密和精確的海水位觀測量，再利用海水面高度的變化與柯氏力兩者的平衡關係，可以計算出大致上表面海水的運動狀況。也就是說，衛星測高可以用來研究全球海洋之海流流動資訊，而這些海流資訊對我們台灣也十分重要，它對於日漸增長的沿海觀光事業和未來可能發生的海難與污染事件，可以提供可靠的資料，各級政府或民間單位可參考這些海洋流場資訊，去規劃各種相關的國防、觀光、救援與污染防制等政策。
雖然目前國內於海洋科學的運用上，大約只侷限於表水海溫與水色的遙測兩方面，不過這樣幫助就很大了，利用大範圍 (整個西太平洋)
的海面溫度變化情況，可以探討海溫與氣候變遷的關係，不論對海氣交換作用、大氣環流、天氣預報、颱風預報、海洋熱動力學等方面，都可提供進一步的資訊，以便即時獲取相關的海洋、大氣變遷資訊，適時從事海洋之開發及預防災害性天候的準備。另外配合高解析度的NOAA海溫圖，也可提供漁業界遠洋水溫資訊。利用海洋水色衛星來量測水中葉綠素-A的含量，瞭解海洋基礎生產率，以應用在漁業資源保育，監測有害藻類的大量繁殖或追蹤污染物擴散的情況，以避免重大損失等。
對全球海水位的監測可以掌握聖嬰現象 (El Nino) 的發生情況，當太平洋東岸的海水位異常高時 (圖四之深紅色部分)，即代表暖水東移至此，會造成祕魯沿岸海溫上升，原先之湧升流及冷海流消失，漁產大減，甚至造成漁業與肥料業不景氣，對太平洋東西兩岸氣候也造成嚴重的影響，如祕魯常招洪澇，而印度與中南半島，則往往大旱等。
衛星遙測的潛力無窮，除了上述的應用外，也可以電磁波測量水面之高度變化，以推算海洋波浪、測量海表面粗糙度，以推算海表面風場等。而對於船跡的追蹤、淺水海域地形的量測等遙測技術，目前仍在發展中。可以預知的是其運用將愈來愈廣，也將成為新世紀的海洋量測主流。希望未來衛星對於海洋方面的遙測，能夠有更多的研究，更多的發現，讓我們可以更瞭解、清楚美麗海洋的一動一靜。
圖四 1997 年冬天 T/P 衛星海水位異常值之全球分布
(摘自 http://ibis.grdl.noaa.gov/SAT/ )
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