第二章 觀測地球環境 《時間分配》 本章共分四小節 《教學建議》 請參考各節建議

第二章 觀測地球環境 2-1 現代遙測 2-2 觀測陸地 2-3 觀測海洋 2-4 觀測大氣 載具與軌道 電磁波 全球定位系統(GPS) 2-1 現代遙測 載具與軌道 電磁波 2-2 觀測陸地 全球定位系統(GPS) 空載光達 2-3 觀測海洋 海面溫度與高度遙測 水色遙測 海面風場與浪高遙測 2-4 觀測大氣 地面遙測 太空遙測 《時間分配》 本章共分四小節 《教學建議》 請參考各節建議

2-1 現代遙測 遙測 (Remote Sensing) 遙遠 利用儀器於遠方來觀測物體的特性。 感知 一、『遙』： 二、『測』： 2-1　現代遙測 遙測 (Remote Sensing) 　一、『遙』： 　二、『測』： 利用儀器於遠方來觀測物體的特性。 遙遠 感知 遙測(Remote Sensing)是指用間接的手段來獲取目標狀態信息的方法。但一般多指從人造衞星或飛機對地面觀測，通過電磁波(包括光波)的傳播與接收，感知目標的某些特性並加以進行分析的技術。 遙測的最大優點是能於短時間內取得大範圍的數據，訊息可以圖像與非圖像方式表現出來，以及代替人類前往難以抵達或危險的地方觀測。遙測技術主要用於航海、農業、氣象、資源、環境、行星科學等等各領域。 《資料來源》維基百科

壹、遙測載具 氣球、飛機 人造衛星 我國 1、＿＿＿＿＿＿是中華民國製造的通信衛星。 2、＿＿＿＿＿＿是中華民國的一顆遙測衛星，同時也是中華民國自主擁有的第一顆人造衛星。 3 、＿＿＿＿＿＿是中華民國的一顆氣象衛星。 福衛一號 福衛二號 福爾摩沙衛星一號： 簡稱福衛一號。其原名為中華衛星一號，簡稱華衛一號，是中華民國製造的通信衛星。福衛一號是距離地球表面600公里的低軌道衛星． 福爾摩沙衛星一號進行三項科學實驗 1.在電離層特性研究方面，了解台灣地區周圍上空的電離層結構，以提供影響無線電通訊的重要訊息 2.在海洋水色研究方面，提供海洋相關領域之實驗資料，作為環境、漁業、工商業及學術界實用及理論研究的根據 3.在 Ka 頻段通訊實驗方面，進行台灣Ka 頻段低速率、高速率及雨衰減通訊實驗，並且將進一步做安全通訊實驗，以增強臺灣的通訊系統能力。 福爾摩沙衛星二號： 簡稱福衛二號，原稱華衛二號。是中華民國的一顆遙測衛星，同時也是中華民國自主擁有的第一顆人造衛星。 主要任務 對中華民國及全球陸地及海域進行近實時之遙測作業，它在白晝地區拍攝的影像資料可應用於國土規劃、資源探勘、環境保護、防災救災…等。當衛星運行到黑夜地區(eclipse)時，進行對高層大氣向上閃電之自然現象科學觀測，觀測結果提供做為科學實驗研究以及救災用途。 福爾摩沙衛星三號： 簡稱福衛三號，是中華民國的一顆氣象衛星，同時也是中華民國國家太空中心「第一期國家太空科技計畫」的第三個衛星。「福爾摩沙衛星三號計畫」是一大型台美雙邊國際合作計畫，由雙方政府授權執行，我方為國家太空中心與美方的美國大學大氣研究聯盟(UCAR)共同合作執行。其主要任務是進行全球氣象預報、氣象變遷研究、及電離層動態監測。福衛三號並一次發射六顆微衛星，以建立全球大氣即時觀測網。 主要任務 觀測範圍涵蓋全球大氣層及電離層，每天提供全球平均 2500 點的輸入資料值。這些資料均勻分佈於全球上空，且約每三小時可完成全球氣象資料蒐集及計算分析，約每 90 分鐘更新一次。提高氣象預報更新的頻率，使氣象報告具有實際的效益外，本系統亦可用於長時間之氣候變遷現象之研究、對電離層進行動態監測、進行全球天氣之預報、和提供地球重力研究等相關科學研究。 《資料來源》維基百科 福衛三號

遙測載具 1、美國太空總署(NASA) 1972年發射最早的資源衛星 2、＿＿＿＿＿ 美國 法國：＿＿＿＿＿＿ 捷鳥衛星 SPOT衛星 QuickBird捷鳥衛星從450公里外的太空拍攝地球表面上之地物、地貌等空間資訊，其影像解析度高達61公分，為全球首顆提供1米公尺以下解析度之商用光學衛星。且QuickBird衛星為太陽同步衛星，平均4至6天即可拍攝同一地點的影像。因此，QuickBird衛星可提供快速且品質清晰之衛星影像，使人們可更迅速掌握所處之環境訊息。 QuickBird捷鳥衛星所提供之衛星影像，可分為三大類：一為全色態影像（Panchromatic；即黑白影像），其影像解析度為61~72公分；一為多光譜影像（Multi-Spectral；即彩色影像），其收集了藍色可見光、綠色可見光、紅色可見光及近紅外光等四個波段之影像，影像解析度為2.44~2.88公尺；另一為彩色合成影像（Pan-sharpened），其影像解析度為70公分。

人造衛星依用途可區分為下列幾種主要類型衛星 廣播衛星：專為衛星電視設計及製造的人造衛星。 通訊衛星：通訊衛星是目前與大家生活關係最密切的人造衛星。舉凡電視的轉播、個人的行動電話、與高速網路等和通訊有關的服務，都和通訊衛星脫離不了關係。 氣象衛星：氣象衛星從遙遠的太空中觀測地球，不但能觀測大區域天氣的變化，針對小區域的天氣變化做觀察也一樣是他的例行任務。他還能對所謂的太空天氣做監測工作。如太陽表面的風暴便屬此類。氣象衛星還有其他功能。它能為諸如洪澇、森林大火等天然災害提供監測情報，同時也能對諸如漁場資源、或土地資源提供一定的情報。如此可使各種天然資源開發與天災救助達到事半功倍的效果。 地球觀測衛星：這些衛星允許科學家聚集有價值的關於地球的生態系統的數據。 導航衛星：導航衛星一開始都是為了軍事用途而設計的，而後由於民間的需求殷切，所以軍方才將此技術解密釋出。其中最著名、應用也最廣的，便是原屬於美國軍方使用的全球衛星定位系統，其簡稱為GPS。全球衛星系統的使用，使得人類的交通更加安全、也更加有效率。 《資料來源》維基百科

貳、人造衛星 依繞地球方式以及軌道高度 一、地球同步衛星 (1)軌道高度約＿＿＿＿公里 36000 若衛星軌道傾角為0°，赤道平面與軌道平面重合，則衛星在赤道上空，衛星軌道周期等於地球自轉周期，其旋轉方向相同，這樣的軌道稱做地球同步衛星軌道。 從地面上看，這種軌道上的衛星相對地球赤道上某一點不動，故又稱靜止衛星軌道。實現地球同步軌道，必須滿足以下條件：衛星運行方向與地球自轉方向相同；軌道傾角為0°；軌道偏心率為0，即軌道是圓形的；軌道周期為23小時56分04秒。靜止衛星的高度為35860 公里。 《資料來源》維基百科

人造衛星 (2)與地球＿＿＿＿＿ (繞行速度與地球自轉速度相同) 同步繞行 (2)與地球＿＿＿＿＿ (繞行速度與地球自轉速度相同) (3)觀測用途：地區性、時間短且變化快速 的天氣現象，例如：颱風。 同步繞行 若衛星軌道傾角為0°，赤道平面與軌道平面重合，則衛星在赤道上空，衛星軌道周期等於地球自轉周期，其旋轉方向相同，這樣的軌道稱做地球同步衛星軌道。 從地面上看，這種軌道上的衛星相對地球赤道上某一點不動，故又稱靜止衛星軌道。實現地球同步軌道，必須滿足以下條件：衛星運行方向與地球自轉方向相同；軌道傾角為0°；軌道偏心率為0，即軌道是圓形的；軌道周期為23小時56分04秒。靜止衛星的高度為35860 公里。 《資料來源》維基百科

目前，共有10顆地球同步氣象衛星同時觀測，除了南極、北極之外，可以涵蓋全球的範圍

人造衛星 (1)以『＿＿＿＿＿＿＿』 最為常見，多屬資源衛星。 繞極軌道衛星 (2)軌道高度約＿＿＿公里。 800 二、非地球同步衛星 (1)以『＿＿＿＿＿＿＿』 最為常見，多屬資源衛星。 (2)軌道高度約＿＿＿公里。 繞極軌道衛星 800 繞極軌道氣象衛星沿著地球的北極和南極不停地繞，所以稱它為「繞極」軌道衛星，繞一圈地球約需102分鐘。 它的路徑和太陽一直保持固定的角度，所以又稱為「太陽同步衛星」。每次拍攝的雲圖都是地球上不同地區的雲圖。

人造衛星 (3)繞行週期為每90至120分鐘。 (4)軌道繞行＿＿＿＿＿＿＿＿ 。 (太陽同步衛星) 地球南、北兩極 高 西 (4)軌道繞行＿＿＿＿＿＿＿＿ 。 (太陽同步衛星) (5)因高度較低所以解析度也較 ，隨著地球由西向東自轉，其所掃瞄到的地區也逐漸 移。 地球南、北兩極 高 西 繞極軌道氣象衛星沿著地球的北極和南極不停地繞，所以稱它為「繞極」軌道衛星，繞一圈地球約需102分鐘。 它的路徑和太陽一直保持固定的角度，所以又稱為「太陽同步衛星」。每次拍攝的雲圖都是地球上不同地區的雲圖。

繞極軌道衛星家族的衛星通常高度比較低，主要分佈在1000公里以下，而大部份又分佈在800多公里高左右。如果我們肉眼看得到繞極衛星，我們會在白天看到繞極衛道由北方地平線升起而由南方地平線落下，不同於月球的東升西落。此類衛星繞地球一圈的時間約為100分鐘左右，因此每天約可繞地球南北向轉個14圈左右，一般的資源衛星大都屬於這種型式，主要是因為繞極衛星的軌道設計可讓它繞到某個地方的時間都一樣，比較適合觀測地表變化的比較。舉例而言，美國的大地衛星（Landsat）每次經過台灣的上空的時間都是早上九點半左右(晚上也有經過，但通常晚上可見光都不拍攝影像，因為黑漆漆看不到)，因此繞極衛星也叫做太陽同步衛星。一般而言，繞極人造衛星只有800公里左右的高度，相對於同步衛星的36000公里高，繞極衛星比較靠近地球，可以對地球表面看得更仔細，所以像資源衛星與軍事間諜大都是採繞極軌道飛行。另外也有採用繞極軌道的氣象衛星，其目的之一也是為了能夠拍攝到更細的資料，另外一個優點是也能看到高緯度地區，同步衛星因是掛在赤道上空，因此它所看到的高緯度地區會產生一些變形，而繞極衛星它就沒有這個問題。 

福爾摩沙衛星二號在2008年10月5日拍攝到的臺東 太麻里溪及其三角洲的影像（藍線為原來水道之位置）。 莫拉克颱風後（2009年8月12日拍攝）隱約可見河道變寬、氾濫，橋梁被沖毀（紅色箭頭所指處）。 國立中央大學太空及遙測研究中心於發布之莫拉克颱風風災衛星影像分析

五顆星 同步衛星與非同步衛星的比較 特色 應用 地球 同步衛星 非地球 同步衛星 觀測地區性、 短時間且變化快速 1.繞地球自轉軸運轉 的現象 1.繞地球自轉軸運轉 2.軌道距離地表約 36000公里 1.繞地球南北極運轉 監測大範圍、長時 間的環境變化 2.軌道距離地表約 800公里

由美國戰略司令部（USSTRATCOM）追蹤多達13000多個運行在地球軌道上的人造衛星即時位置圖。 資料來源:http://adn.agi.com/SatelliteDatabase/SatelliteDatabase.kmz

叄、電磁波 觀測方式 (1)『＿＿＿＿＿＿＿』： 物體反光或本身發光；為眼睛或感測儀器所感測。 被動式遙測 例如：一般遙感衛星 遙測可以分為主動遙測和被動遙測。假如遙測儀器能發射電磁波，然後接收目標物反射的回波，則稱為主動遙測。因此，利用各種雷達系統來偵測大氣或地表現象都屬於主動遙測。假如遙測儀器並不發射電磁波，則稱為被動遙測。在這情況下，遙測儀器接收到的能量來自目標物本身放出的電磁波或目標物對其他能量來源的反射。在黑夜裏使用閃光燈拍照時，照像機可說是主動遙測儀器；在陽光照射下不用閃光燈，則又變為被動遙測儀器。 《資料來源》維基百科

電磁波 (2)『＿＿＿＿＿＿＿』： 物體不發光；需要人『主動』對觀測物 體發出光線或電磁波，反射光線才能被眼睛或感 測儀器所感測到。 物體不發光；需要人『主動』對觀測物 體發出光線或電磁波，反射光線才能被眼睛或感 測儀器所感測到。 例如：雷達、聲納 主動式遙測 遙測可以分為主動遙測和被動遙測。假如遙測儀器能發射電磁波，然後接收目標物反射的回波，則稱為主動遙測。因此，利用各種雷達系統來偵測大氣或地表現象都屬於主動遙測。假如遙測儀器並不發射電磁波，則稱為被動遙測。在這情況下，遙測儀器接收到的能量來自目標物本身放出的電磁波或目標物對其他能量來源的反射。在黑夜裏使用閃光燈拍照時，照像機可說是主動遙測儀器；在陽光照射下不用閃光燈，則又變為被動遙測儀器。 《資料來源》維基百科

中央大學移動式氣象雷達車便是主動式探測器 圖片來源：陳錦鴻 22

電磁波 電磁波的種類 (1)依據：＿＿＿＿＿＿ (2)由短而長 電磁波長短 ˇ ˇ ˇ ˇ 地表 可觀測 波段 大氣會吸收部份陽光的波段，僅可見光、無線電波及部分紅外線可達地表，稱為大氣窗。 地表 可觀測 波段 ˇ ˇ ˇ ˇ