7-1 遙測技術

7-2 地面遙測

7-3 太空遙測

遙測技術

定義：不須和被觀測的目標物直接接觸，隔著很遠的距離便可進行觀測與測量。

方式：1. 主動遙測：人類主動發射電磁波來探測物體。 2. 被動遙測：以輻射計（多光譜感測器）被動的

接收來自物體發出的電磁波，因為自然界中的物體，只要表面溫度高於 0°K （－ 273℃ ），便可對外放出電磁波輻射。

遙測影像的解析度

近距離拍攝影像，可得較佳的解析度，但視野較小。

遠距離拍攝影像，可獲得較大的視野範圍，不過解析度卻變差。

主動遙測與被動遙測的示意圖

衛星甲和天線丙為被動遙測；衛星乙為主動遙測。

地球因表面溫度低（約 288 K ），不會放射出肉眼能感應的可見光，而是以紅外線為主。

不同輻射波段的特性與用途形式 輻射波段 波長範圍 特性與用途

被動遙測

可見光

藍光 0.485~0.505 μm水的穿透力強﹐可應用於海洋水色遙測﹐亦可用於分辨土壤和植物

綠光 0.505~0.550 μm健康的植物對綠色光的反射靈敏﹐可用於判別森林感染病蟲害的範圍

紅光 0.620~0.760 μm葉綠素主要吸收紅光﹐可用於區分植物種類與覆蓋地面的面積

紅外線

近紅外線 0.7~1.5 μm 區分植物類別與水體﹐亦可用於判斷病蟲害

中紅外線 1.5~3.0 μm反應土壤溼度﹑植物含水量﹐區分雲和雪波長較長的波段可辨別岩石與地質類別

熱紅外線 3.0~15 μm 監測和熱相關的業務﹐如海水表面溫度的遙測

微波 微波 多探測 300 mm 以上至 1 m 的波段

不受時間及天候影響﹐且不同之波長對物質有不同之穿透力可偵測地表物體微波輻射及反射﹑大氣之輻射﹑物體內部部分穿透能量﹐較其他波段複雜﹔但輻射能量較低﹑雜訊較多不同的波長可以看不同深度的大氣或地面﹐亦可用於大氣溫度﹑鋒面探測在海洋學上可用於研究海冰﹑海流﹑風﹔地質應用則為探測土壤溫度﹑溼度

主動遙測 微波 雷達 0.75~107 cm

地物目標辨識﹑環境監測﹑岩石與地質結構﹑地表變形研究﹑植物生長覆蓋狀況﹑衛星雷達影像進行水災﹑海洋油汙染監測﹑海洋特徵現象

多光譜感測器的應用（一）

利用可見光與近紅外線拍攝的影像。

近紅外線波段常用以遙測地表植被。

球場中的草皮並沒有變成紅色，是因球場草皮為人工地毯草皮，而非真正的植物。

多光譜感測器的應用（二）

利用紅外線波段與雷達波段拍攝到臺中港區的影像。

紅外線會受雲影響，但解析度較高。

雷達所使用的微波則可穿透雲層，但解析度較低。

可見光雲圖與紅外線雲圖的差異

原理 拍攝時間 配色差異

可見光

接收地球反射的太陽光

天黑後無法拍攝

白色為對陽光反射率較高的厚雲，如積雨雲。深色為對陽光反射率較低的薄雲，如卷雲 。缺點：沒有水覆蓋的土地、地面的薄霧、稀疏且薄的卷雲，都是以深色呈現；反之，若地面積雪或沙漠地區，地面對陽光都有較強的反射率，也會呈現白色。

紅外線

接收地球雲層放出的紅外線

不分晝夜持續拍攝

白色為溫度低，放出能量較少者。（雲頂高） 深色為溫度高，放出較多的輻射能量。（雲頂低）缺點：稀疏而薄的卷雲仍然無法辨識。

可見光與紅外線雲圖拍攝時間的差異

可見光衛星雲圖，圖的右半邊（即臺灣的東邊）已轉入夜半球，所以全是黑的，但紅外線衛星雲圖，卻仍然能夠拍到臺灣東邊的雲。

可見光與紅外線雲圖的應用

紅外線雲圖中 A、 B、 C 的顏色由白、灰轉黑，代表雲高由高轉低。

C 在紅外線雲圖中為黑色，看似無雲；但在可見光圖中，C處呈現灰色，可判斷為低雲。

A 在兩圖中都呈現白色可應為垂直發展旺盛的對流雲。

紅外線雲圖的缺點

卷雲是冰晶構成的薄雲，若過於稀疏，則卷雲下方的地面或較低雲層所放射出的能量，便會透過卷雲而傳到衛星的輻射計，如此一來，輻射計等於沒有拍到卷雲。也就是原先應為低溫而呈現白色的卷雲，反而呈現黑色或灰色。

人造衛星軌道的類型

同步氣象衛星 繞極軌道衛星飛行高度 36,000公里 850公里繞行速度與方向

位於赤道上空，與地球自轉方向、速度相同

繞地球南北兩極公轉，飛行周期為 90~120 分鐘

觀測方式同一區域連續時間的觀測，一顆衛星觀測範圍可涵蓋地球面積 1/3

每天每顆衛星只能觀測同一地區兩次，掃瞄寬度約三千公里

優點 易於分辨各別雲區或天氣系統的發展及移動情形

可觀測兩極附近天氣變化影像會有較好的解析力

缺點 解析度較差 無法充分掌握天氣的連續變化

繞極軌道與地球同步衛星繞行示意圖

人造衛星任務的類型

氣象衛星：大氣與海洋遙測。

資源衛星：地球表面及海面的遙測。

間諜衛星：有最低的軌道高度及最佳的影像解析度。

地表主動遙測

波源 偵測項目

雷達 微波觀測降雨的雨滴、或空氣中的懸浮微粒 軍事及交通運輸、資源探測及科學研究，如大氣物理、電離層結構、天體研究等領域。

光達

雷射（光束可發射極遠而依然集中，提昇了量測的精確度）

地形測量 潮間帶及較清澈淺海海域水深 大氣中的懸浮微粒、污染物、沙塵暴、臭氧、雲、溫度、風速等

聲達聲波（乾燥空氣聲波傳遞的能量較易衰減，觀測的距離降低）

低層大氣，風的垂直分布以及小型渦流擾動微波通訊品質的評估污染物濃度有關的大氣擴散能力

太空遙測：大氣遙測

使用波段：可見光與紅外線波

遙測項目：– 衛星雲圖 – 不同氣體在大氣層不同高度的含量以及在大氣中的

總量 – 風向、風速– 太陽輻射量– 微波遙測降雨強度– 大氣成分的改變 ：霾害、沙塵暴的長程輸送

南極臭氧洞

2006年 9月 24日，美國 Aura 衛星所測最大南極臭氧破洞，面積達 29百萬平方公里。

圖中可見南極地區的大氣中，臭氧總含量已降到 150道柏森單位（ DU ）以下。一般而言，正常的大氣臭氧總含量約為 300 DU 。

衛星遙測的東亞水氣分布圖

2007年 1月 13日臺灣時間上午 9 時，日本 MTSAT-1R 衛星遙測拍攝。

愈白處代表水氣含量愈多處，白色愈淡代表水氣含量愈少。

一氧化碳濃度監測

2006年 9月 21日～ 11月間，東南亞印尼群島多處出現森林大火，美國 Terra 衛星以 MOPITT儀器所遙測得的平均一氧化碳濃度分布。紅色地區為達 300 ppbv（ ppbv指 10億分之 1 ）的高濃度地區。

沙塵暴傳輸

2001年 4月 6日，中國大陸沙塵向朝鮮半島傳輸，日本 GMS-5 衛星的遙測影像；美國 SeaWiFS 衛星的遙測影像。

海洋遙測

監測波段：可見光、紅外線與微波。

監測項目：– 海水表面溫度– 海水水色– 海面水位– 海面波浪– 海面風速

海水表面溫度

美國氣象衛星上所酬載的 AVHRR儀器遙測赤道太平洋海水表面溫度（紅外線、微波）距平圖，比平均溫度高稱為「正距平」，標為紅色；低於平均溫度稱為「負距平」，標為藍色。1998年 2月聖嬰期間，紅色範圍大； 1999年 2月反聖嬰期，紅色範圍縮小，甚至出現藍色。

海水水色

SeaWiFS 衛星遙測赤道太平洋海水面葉綠素濃度圖（可見光波段）：上圖為 1998年 2月聖嬰期間；下圖為 1999年 2 月反聖嬰期間。

海面水位（聖嬰期）

衛星上酬載雷達，發出雷達波，進行主動遙測 。

法國太空總署 TOPEX/Poseidon 衛星遙測之水位圖，比平均海平面高，標為紅、白色；低於平均海平面，標為藍、紫色。

1998年 2月 15日聖嬰期間，赤道東太平洋呈正距平，以紅色區域為主；西太平洋呈負距平，以藍色區域為主

海面水位（反聖嬰期）

1999年 2月 15日反聖嬰期間，赤道東太平洋呈負距平，變成藍色區域擴大；西太平洋呈正距平，開始出現紅色區域。

海面風速 （聖嬰期）

利用風場散射計發出雷達微波進行主動遙測，藉由海水表面對微波的散射程度來推估風速 。

1998年 2月聖嬰現象期間，原應為東風風向的赤道西太平洋，東風變得微弱（代表風力較弱的藍色範圍較大）、不明顯，甚至出現西風 。

海面風速（反聖嬰期）

1999年 2月反聖嬰現象期間，赤道太平洋東風強勁（已有風力較強的綠色區域）。

地表遙測

地表被動遙測技術是接收來自目標物表層的熱輻射，進而估算其相當的「表面溫度」，再依其變化，進行研判。

監測項目：– 國土監測、勘災– 地表農作物種類鑑定與其生長面積、森林植被、林

木病蟲害判斷等土地資源業務– 斷層與褶皺的定位、河流水系與侵蝕型態、火山爆

發與火山灰的擴散等地質與環境監控

全球綠葉區監測

美國 MODIS 衛星遙測所得之 2003年 1月與 7月的全球綠葉區指數分布圖。綠葉區指數為每單位面積中，所呈現被綠葉覆蓋的最大面積。

海面紅潮的監測

紅潮為呈紅色的腰鞭毛蟲藻類生物大量繁殖的現象。

美國德州墨西哥灣海岸在 2000年 8月 26日～ 9月 23日間紅潮發展狀狀。圖中紅色區代表藻類濃度較藍色偏低，灰色的區域是被雲遮蔽，無法觀測的部分。