衛星觀測簡介

不知道大家有沒有想過,我們常常看到的全球觀測資料,到底是怎麼來的呢?

觀測有很多種,最廣為人知的就是地面觀測坪,利用地面觀測坪,我們可以量測到氣溫、濕度、風向風速……等的數值資料;除此之外,每天釋放兩次的探空氣球,也幫助我們了解垂直剖面上的資料,這些觀測主要都是在陸地上的,然而,地球上站有廣大面積的並不是陸地,而是海洋,如果我們想要得到全球的觀測資料,海面上的資料是不可或缺的。

為了擁有海面上的觀測資料,各種海面觀測技術如雨後春筍般冒出:像是海上浮標、船舶與飛機觀測等等,但是,受限於各種因素,這些觀測資料只能涵蓋小範圍的海洋,我們仍然缺乏涵蓋全球的觀測資料。

隨著衛星技術的發展,衛星逐漸被應用在觀測上,而它能夠觀測到的範圍也比過去觀測的方法大得多。那麼,衛星觀測的原理又是什麼,為什麼我們可以利用衛星進行觀測?

衛星觀測是遙測的一種。遙測指的是,觀測儀器和所要觀測的目標有一段距離,就像是我們用眼睛看到其他人、看到花花草草一樣,眼睛就是觀測儀器,而其他人、花花草草就是觀測的目標,我們不需要讓眼睛直接碰觸到其他人,才能感受到其他人的存在,因為其他人會反射光線,被眼睛接收到,光訊號再被大腦處理,大腦就告訴我們:「你看到了其他人。」

衛星遙測的原理就跟眼睛觀測很像。光源打到目標物上,反射到衛星的接收器,再將接收到的光線資料傳送到電腦,利用各種參數的演算法,解析接收到的光線,就可以繁衍出海面上的顏色、溫度、風向風速……等資訊。

衛星遙測過程 [3]

既然跟光很相關,那我們就要先來看看光譜圖吧!

上圖的光譜中,左方的光頻率高、能量高,右方則頻率低、能量低。衛星可以觀測各種波段的光,像是觀測太陽時使用紫外光,甚至更高能量的X-ray、Gamma-ray,而在觀測地球時,則經常使用紅外線與微波波段的光。

如果衛星遙測的目標物,反射的光能量越高,得到的資料解析度越高,但是容易受到天氣的影響,像是被水氣吸收掉等狀況;相對的,反射的光能量越低,則不容易受天氣影響,但資料的解析度就較低。舉例來說,如果我想觀測地面或海面的情形,如果利用可見光波段觀測,會得到比較高解析度的資料,但如果有當地有雲層覆蓋,可見光無法穿透,只好改用微波觀測,雖然避免了雲的干擾,但是卻只能達到解析度比較差的資料。

那衛星的分類有那些呢?

衛星的分類有很多種,在這裡,我先跟大家說明其中一種分類方式:地球同步衛星和繞極衛星。地球同步衛星的軌道大約在距地表36000公里處,它們永遠盯著地球的同一塊區域進行觀測,也就是說,它們的繞行周期和地球自轉週期相同;目前發射上去的地球同步衛星,在赤道附近的上空中形成一個盤面。繞極衛星則是在距地表約1000 公里的位置,繞行著南北極區附近,觀測範圍涵蓋整個地球。

另外要提到的是「太陽同步衛星」,太陽同步衛星每次繞行到同一個位置時,都是相同的當地時間,這樣在資料處理上比較方便。大部分繞極衛星是太陽同步衛星,而太陽同步衛星一定是繞極衛星。

圖片來源:

[0] https://ourplnt.com/nasa-missions-save-lives-earth/

[1] http://www.ecmwf.int/en/forecasts/charts/monitoring/dcover

[2] http://www.ecmwf.int/en/forecasts/charts/monitoring/dcover

[3] https://www.learnpick.in/prime/documents/ppts/details/257/application-of-remote-sensing-and-gis-in-groundwater-exploration

[4] http://www.pion.cz/en/article/electromagnetic-spectrum

[5] https://kknews.cc/science/b5maz9o.html