目錄 6-1 遙感探測 何謂遙測？ 遙測的發展 6-2 太空遙測的應用 大地遙測 海洋遙測 衛星大地測量 位於德國的世界最大衛星接收站。

Presentation on theme: "目錄 6-1 遙感探測 何謂遙測？ 遙測的發展 6-2 太空遙測的應用 大地遙測 海洋遙測 衛星大地測量 位於德國的世界最大衛星接收站。"— Presentation transcript:

0 地球環境的現代觀測 4-1 遙感探測 4-2 太空遙測的應用 第六章 地球環境的現代觀測 6-1 遙感探測 6-2 太空遙測的應用

1 目錄 6-1 遙感探測 何謂遙測？ 遙測的發展 6-2 太空遙測的應用 大地遙測 海洋遙測 衛星大地測量 位於德國的世界最大衛星接收站。

2 4-1 遙感探測 第六章 地球環境的現代觀測 6-1 遙感探測 6-2 太空遙測的應用

3 6-1 遙感探測 1858 年，法國攝影師搭乘熱氣球拍攝巴黎，可說是航空照相的鼻祖。但是，最有趣的航空照相莫過於鴿子攝影師。利用信鴿背負微型攝影機拍攝始於 1907 年，德國藥劑師 Julius Neubronner 突發奇想的將他的兩項嗜好結合在一起。 圖片來源：

4 鴿子攝影師與牠的作品 鴿子的翅膀 左上圖是德國的 Schlosshotel Kronberg，左下圖與中圖是德國的法蘭克福，右圖是背著相機的鴿子。 圖片來源：

5 何謂遙測？ 利用感測器以間接、未接觸的方式，觀察遠處目標物的特性，量測媒介可以是電磁波、聲納、重力、磁力等。 眼睛與耳朵是人類最早使用的遙測感測器。 廣義的「遙測方法」 使用各種媒介進行測量，觀測站可以在地面、地下、海面、海下、天空等。 狹義的「遙測方法」 觀測工具是天上的飛行器，例如飛機、人造衛星，利用電磁波來觀測地球，並將觀測結果傳回或帶回地面。

6 遙測系統 感測器 針對預定的目標物做各種電磁輻射測量，並記錄其結果，送回資料處理器。 載具 例如飛機或人造衛星等，攜帶感測器至預定地點。
操作人員 人或自動控制系統，使載臺和感測器依照計畫執行任務。 資料處理 針對感測器的探測結果做一系列的處理，把各種輔助資料附加在感測器的測量結果上，以便於進一步解釋。 解譯人員 利用處理過的資料把各研究對象的位置、性質、數量和新發現，做進一步的整理、解釋和分析。

7 不同遙測工具及其施測距離

8 遙測儀器只須被動偵測來自受測目標的電磁波。
遙測的形式（一）被動式 太陽 光源是陽光。 遙測儀器只須被動偵測來自受測目標的電磁波。 可見光、近紅外線

9 遙測的形式（二）被動式 光源是地球。 遙測儀器只須被動偵測來自受測目標的電磁波。 紅外線

10 遙感探測器朝向受測目標主動發出電磁波，然後觀察受測目標的反應結果。
遙測的形式（三）主動式 遙感探測器朝向受測目標主動發出電磁波，然後觀察受測目標的反應結果。 微波 百寶箱 6-1 人造衛星的種類 腦力激盪 6-1

11 感測器在空間移動方式的分類 地面遙測 遙測感測器設置於地面，經常性的朝向遠方進行觀測，例如：地面氣象雷達站定點觀察周邊的降水分布。 機載遙測
將遙測感測器設置於飛機，飛行於大氣層內進行觀測，例如：駕駛飛機對地面進行空中照相。 太空遙測 將儀器組裝在衛星內，被動接收或主動發射電磁波經地表或大氣回波進行觀測。 可採用不同波段的電磁波，獲得多層次目標物不同的特性和解析度。例如：氣象衛星拍攝衛星雲圖。

12 不同的電磁波感測技術 對地表的觀測結果

13 太陽光照射在地表時，在介質或物體表面不同的穿透、散射或反射等物理特性，可以分析地面物質的分布或變化。
遙測技術所使用的電磁波 最常使用的電磁波就是太陽光。 太陽光照射在地表時，在介質或物體表面不同的穿透、散射或反射等物理特性，可以分析地面物質的分布或變化。 太陽光包括許多不同波段的電磁波，根據受測目標物對於電磁波的反應不同，設計各種類型的感測器。 對遙測技術而言，每個波段都各有其用途。 百寶箱 6-2　遙測運用的電磁波波段

14 遙測能夠取得人類不容易到達的地區的觀測資料。 能大面積的進行觀測，可以節省大量的時間和人力。 衛星資料可以同時提供給不同的領域使用
遙感觀測的優點 遙測能夠取得人類不容易到達的地區的觀測資料。 能大面積的進行觀測，可以節省大量的時間和人力。 衛星資料可以同時提供給不同的領域使用 相同的觀測資料經過不同的處理方式，經常可以運用在不同的研究領域。 已經廣泛的應用在通訊導航、 氣象報告、地質探勘、天文觀 測、工程設計以及環境監測。 地球同步衛星拍攝的衛星雲圖。

15 從太空觀察 (a) 1979 年和 (b) 2007 年九月份北極冰帽的消退情況。
北極冰帽的變化 從太空觀察 (a) 1979 年和 (b) 2007 年九月份北極冰帽的消退情況。 按此觀看動畫 北極冰帽變化

16 1957 年，蘇聯的史潑尼克一號（Sputnik 1）升空。
第一個人造衛星 1957 年，蘇聯的史潑尼克一號（Sputnik 1）升空。 任務在研究高空大氣密度，並位於電離層做無線電波傳播，提供原始資料。 史普尼克 1 號毫無先兆而成功的發射，導致美國的極大恐慌，激起美 蘇兩國之後持續 20 多年的太空競賽，成為冷戰的一個兩強主要競爭點。 圖片來源： 按此觀看影片 製造衛星 按此觀看影片 衛星工作者

17 第一張人造衛星影像 1959 年 8 月 14 日，Explorer 6 由太空傳回第一張人造衛星影像，正式開啟了遙感探測的新頁。
Explorer 6 傳回這張影像時，軌道高度約 27,000 km，正經過墨西哥，拍攝的是中太平洋地區與其上覆蓋的雲。 圖片來源：

18 第一顆專為遙測目的設計的資源衛星 ERTS-1（後來更名為 Landsat-1），在 1972 年升空。
第一個資源衛星 第一顆專為遙測目的設計的資源衛星 ERTS-1（後來更名為 Landsat-1），在 1972 年升空。 提供農業、地圖製作、地質、森林、國土規劃、監測等用途（現已發射到 Landsat-7）。 Landsat 衛星多光譜掃描儀 （Multi Spectral Scanner， MSS） 觀測美國 華盛頓州 聖海倫火山， 三張照片分別於 1973、1983、 1988 所拍攝。 聖海倫火山最著名的一次爆發，發生在 1980 年 5 月 18 日的 08：32（太平洋標準時間）。這是美國歷史上死傷人數最多和對經濟破壞最嚴重的一次火山爆發。 圖片來源：

19 提供海面溫度、海面高度、風場、波浪、海冰、海底地形等資料。
第一個海洋衛星 1978 年發射第一顆海洋衛星 Seasat-A。 提供海面溫度、海面高度、風場、波浪、海冰、海底地形等資料。 Seasat 衛星提供第一幅全球海面高度分布圖。 圖片來源： 圖片來源：

20 感測器技術的進步 電荷耦合裝置（CCD） 將影像轉換為數位資料的裝置。 傅氏轉換 成像技術，用在資料處理上，大幅提升了解析度。
圖片來源：

21 臺灣地區的 SPOT 衛星影像 著名的法國的 SPOT 系列衛星為太陽同步衛星，平均航高 832 公里，大約每天上午 10 點 45 分通過臺灣上空。 圖片來源：

22 利用 SPOT 衛星影像製作的 臺北地區立體模型

23 我國自主衛星（一） 福爾摩沙一號（原名：中華衛星一號） 1999 年 6 月順利發射升空，2004 年 6 月除役。
軌道高度 600 公里。 主要酬載海洋水色照相儀。 提供海洋等相關領域的實驗資料，作為環境、漁業、工商業以及學術界應用和理論研究。 圖片來源： 23

24 福衛一號的觀測資料

25 福爾摩沙二號 我國自主衛星（二） 2004 年升空。 以遙測照相為主要任務。 蒐集臺灣陸地和附近海域即時的衛星影像資料。
作為土地利用、農林規劃、環境監控、災害評估、科學研究、科學教育等相關的民生與科學用途。

26 福衛二號拍攝北極圈的冰原變化 國立中央大學 極區研究團隊以及太空和遙測研究中心，利用福衛二號衛星觀測到加拿大 北極區的城市 ALERT 附近的冰原寬度，24 日約 600 公尺到 800 公尺，26 日擴大到 1,000 公尺到 1,100 公尺，為全球暖化提供科學資料。 圖片來源：

27 福衛二號拍攝 南極威爾金冰棚的崩解情形（一）
圖片來源：

28 福衛二號拍攝 南極威爾金冰棚的崩解情形（二）
圖片來源：

29 我國自主衛星（三） 福爾摩沙三號 2006 年 4 月升空。 臺灣和美國合作，由六顆微衛星組成的低地軌道衛星系列。
2006 年 4 月升空。 臺灣和美國合作，由六顆微衛星組成的低地軌道衛星系列。 軌道高度 700～800 公里。

30 福爾摩沙三號 觀測範圍涵蓋全球大氣層和電離層。 資料分布於全球上空。
約每 3 個小時可完成全球氣象資料的蒐集與分析，每 90 分鐘更新一次。 能增進氣象和太空天氣預報的準確率，亦可用於長期氣候變遷和大地測量的研究。 福衛三號是軌道較低、6 個微衛星組成的衛星組。軌道較高的是 24 個 GPS 衛星。 圖片來源：

31 福爾摩沙三號的觀測原理 全球定位衛星的無線電訊號傳送路徑經過大氣層，由於大氣層的折射會產生彎曲，這就是無線電掩星原理。
福衛三號的系統是利用該原理來推演出大氣和電離層的密度、溫度以及其他的參數。 資料、圖片來源：

32 福爾摩沙三號的觀測分布點 福爾摩沙三號六顆微衛星星系，每天可監測全球 2,500 點的氣象資料之分布圖（綠色部分），紅色部分為地面觀測的分布點。 資料、圖片來源：

33 4-2 太空遙測的應用 第六章 地球環境的現代觀測 6-1 遙感探測 6-2 太空遙測的應用

34 6-2 太空遙測的應用 太空衛星遙測具有 觀測範圍大 迅速連續 可重複 解析度高 可以觀測人類難以到達的地區 資料可以累積使用
利用以上的特性，衛星觀測是觀測、監視地球環境變遷的重要利器！ 綠線所標示的範圍為某高爾夫球場在開發前申請並核定的範圍，黃線所顯示的則是衛星影像上觀測到的實際開發範圍；兩者之間存在著明顯的差異，顯示球場有違法開發的情形。

35 由歷年的衛星影像，顯示了臺中港的建設過程。
國土監測 Landsat SPOT SPOT SPOT 由歷年的衛星影像，顯示了臺中港的建設過程。 按此觀看影片 衛星影像

36 對於交通受阻、山區或大範圍的天然災害，現場勘災經常會受限於地形和地物的阻隔，以致難以順利進行。
衛星影像具有高空俯視的能力，且具廣域和快速的非接觸探測特性，提供了極佳的大範圍勘災能力。 中國 四川 汶川大地震前（2006 年 5 月 14 日）、後（2008 年 5 月 13 日），福衛二號拍攝的北川縣城。（圖：成功大學提供）//中央社

37 比較地震前、後的衛星影像，可 集集地震前、後的衛星影像 快速進行崩塌地的調查與統計。 及時提供災區影像，協助救災。 集集地震發生前。
集集地震發生後。 比較地震前、後的衛星影像，可 快速進行崩塌地的調查與統計。 及時提供災區影像，協助救災。

38 甲仙鎮小林村崩塌前、後的衛星影像 腦力激盪 6-2

39 地表變形影像 地表變形測量主要是經由比對兩張不同時期擷取的雷達影像，計算不同時間內地表與衛星之間距離變化所引起的雷達波相位差，計算相位差後，即可得到地表的變化量。 集集地震前、後所拍攝的臺中地區雷達影像干涉結果。

40 雷達波測量地表變形的原理 在火山剛噴發後，人造衛星擷取了一張火山的雷達影像。大約過了一年，人造衛星又在同一地點，以相同的角度擷取了另一張雷達影像。 把兩張影像套合後進行差分干涉，可以計算出每一個像素在兩張影像中的雷達波相位差。 圖中每增加一圈的干涉環，就代表雷達波來回的距離增加了一個雷達波長，假定衛星拍攝影像時的高度是不變的，那麼地表必須位移半個雷達波長的距離，才能在干涉圖中製造一個完整的干涉環。對於 ERS 系列衛星而言，其所酬載的合成孔徑雷達屬於 C 頻，波長 5.6 公分，因此每一圈的干涉環代表 2.8 公分的地表變形。 資料、圖片來源：科學發展 2005 年 6 月，390 期，p.22

41 一般傳統經建地形圖的更新速度甚慢，往往是空間資訊基礎建設最感不足的地方，使用衛星影像進行製圖，則可以有效提升製圖的效率。
影像製圖 一般傳統經建地形圖的更新速度甚慢，往往是空間資訊基礎建設最感不足的地方，使用衛星影像進行製圖，則可以有效提升製圖的效率。 以目前 SPOT 衛星影像 5～10 公尺的解析力為例，已能進行五萬分之一至二萬五千分之一比例尺地圖的測繪。 福衛二號的解析力可達 2 公尺。 未來隨著衛星解析力的提高，製圖的比例尺將可再提升。 百寶箱 6-3　地形圖與數位地形

42 解析度比較 數位照片由方格點組成，衛星照片的解析度指每個方格點邊長代表實際長度。上圖由左到右分別是解析度 10 公尺、3 公尺、1 公尺的照片。 圖片來源：

43 地形資訊萃取 針對同一地區，取兩張自不同角度拍攝的影像，可構成一個立體像對。 利用立體觀測的概念，可以計算出地表的相對高度。
(a) 圖為 IKONOS 衛星在兩個不同位置和角度拍攝的影像所構成的 立體像對，可用紅綠眼鏡觀察其立體狀態；(b) 圖則是利用影像處 理技術所產生的數值地形模型，其中較暖色處表示較高的地區。

44 原理：海面溫度遙測是量測海面紅外線或微波的輻射強度，再換算成海面溫度。 紅外線輻射強度與溫度的四次方成正比。
美國 國家海洋暨大氣總署（NOAA）系列衛星 超高解析度輻射儀（Advanced Very High Resolution Radiometer，AVHRR）：它有 6 個波段，分別偵測雲、雪、海面溫度等。 可以遙測大尺度海洋環流的型態，辨認湧升流、暖流和冷流，並偵測海洋異常現象，為探討聖嬰現象的重要依據。 腦力激盪 6-3

45 海面溫度遙測 (a)「聖嬰」時期，東太平洋海面溫度升高。 (b) 正常的「非聖嬰」時期，東太平洋海面溫度低。

46 海洋水色照相 原理：海水中的懸浮物質會吸收和散射不同波長的光波，使海面呈現不同的顏色。 開闊海域比較乾淨，浮懸物質較少，較易散射藍光，故為深藍色。 當海域中浮游植物的濃度較高時，因含葉綠素，使海水顏色從藍色轉為綠色。 浮游植物是海洋食物鏈的底層，海面愈綠代表浮游植物愈多，漁產也愈豐富。 美國 Orbview-2 衛星酬載有海洋廣角觀測水色儀（SeaWiFS），可探測全球海洋葉綠素濃度的分布，作為漁場的指標。

47 水色儀 分析全球海洋葉綠素的濃度分布

48 SeaWiFS 觀測聖嬰現象與反聖嬰現象期間赤道地區葉綠素 a 的濃度
（聖嬰現象） （反聖嬰現象） SeaWiFS 觀測聖嬰現象與反聖嬰現象期間赤道地區葉綠素 a 濃度的變化。 圖片來源：

49 海面水位測量 原理：海面水位遙測屬於主動式遙測的一種，由衛星發射雷達波，量測到海面來回時間，換算出距離，即可得到海面水位。 目前最常用美 法合作 TOPEX/Poseidon 衛星的高度計。 用途： 因為洋流會造成海面傾斜，從區域海面高度梯度分布，可以計算海流的流速與流向。 長期全球海面高度測量，可用於監測海水面升降的情形，掌握海洋環境的變異

50 最近十年 全球平均海平面的高度變化 腦力激盪 6-4

51 聖嬰現象期間海平面的高度變化 左圖是 1997 年 3 月至 6 月，聖嬰現象發生期間海平面高度的變化。白色地區代表海面高度比正常期間高出約 14～32 公分；紅色地區比平常高出約 10 公分；綠色代表正常高度，紫色則是比平常低 18 公分。 由圖可發現這段期間，赤道地區海面異常高區逐漸向東移動。 圖片來源：

52 聖嬰與反聖嬰現象的 海平面變化比較 TOPEX/Poseidon 衛星觀測聖嬰現象期間（1997 年 11 月）與反聖嬰現象期間（1999 年 2 月）海平面高度變化。由圖可發現聖嬰現象期間，東太平洋海平面高度明顯升高，西太平洋則明顯下降；反之，反聖嬰現象期間，東太平洋赤道地區海面高度較平常低。 圖片來源： （聖嬰現象期間） （反聖嬰現象期間）

53 海面波浪與風場 原理： 由人造衛星散射儀發出多束低角度入射海面的雷達微波（斜視觀測），經與海面波浪作用，產生後向散射。
量其後向散射能量而求得海面的粗糙度。 此海面粗糙度與海面波浪的大小和方向有關。 加上波浪與風場之間的定量關係， 能估算出風速與風向。 目前最常用的衛星散射儀資料來自美 法的 TOPEX 衛星、歐洲的 ERS 衛星以及加拿大的 RADARSAT 衛星，可同時得到全球海面的風場與浪高。

54 TOPEX/Poseidon 衛星 所拍攝的波浪高度圖
一般而言，波浪愈高，代表海水運動愈旺盛，也因此把許多海底的營養鹽帶到海水表層，吸引海洋生物聚集。

55 QuikScat 衛星觀測海面風場 QuikScat 衛星觀察 2008 年 2 月 13 日東太平洋低緯度地區海面風向與風速。
圖片來源：

56 全球衛星定位系統緣起 全球衛星定位系統，Global Positioning System，簡稱 GPS。 1970 年代，由美國國防部研發，供軍事定時和定位導航。 1994 年建置完成，分為民用和軍用兩類信號，民用信號加入誤差值減低定位精確度，以免為敵國所用。 2000 年以後，美國政府決定取消對民用訊號的干擾，使得民用 GPS 也可以達到數公尺左右的定位精度，後來，許多觀測技術和理論軟體的開發，使得民用的準確度可以到達公分級。

57 GPS 定位衛星 24 顆衛星分六個軌道面運行。 距離地球地表上空 20,200 公里，以每 12 小時繞行地球一周的速度運行。 涵蓋 98％ 的地球面積。 使用者在任何位置與時間都可以同時接收到至少 4 顆衛星訊號，以為定位之用。

58 GPS 原理 空間上的兩個球面 相交於一個圓。 加入第三個球面，三個球面交於二個點，其中位於地表的點即待求點。 業餘人造衛星 按此觀看影片
腦力激盪 6-5

59 GPS 衛星裝置有銣原子鐘及銫原子鐘，準確度可達10-14秒，能提供精密的時間標準。
24 個定位衛星每隔 1 秒發出信號，送出該衛星的位置和出發時間的資料碼。 利用 GPS 衛星跟地面上使用者之間訊號傳遞的時間差，即可以算出兩者之間的距離。 將上述計算過程以方程式表示，共有四項未知數（即（ｘ，ｙ，ｚ）坐標與時間），故須同時接收到 4 個以上的衛星訊號，才能精確定位。 定位精度可優於 1 公分，而且可以連續不斷的觀測。 百寶箱 6-4

60 GPS 定位系統 應用於地殼變形的測量 地殼變形是指地表的形狀發生改變。 有的地表變形快速，例如：山崩、地震引發瞬間地表移動。
有的地表的變形卻是緩慢的，例如：地層下陷、造山運動。 一般的土地丈量所需的時間太長，很難在短時間內做到重複觀測，地表的變形方式和速率則無從掌握。 GPS 定位可以連續不斷的觀測，得到每一觀測點位置隨時間的變動，從而得到地殼變形的情形。 固定式的 GPS 連續觀測站。

61 GPS 測量大地變形 臺灣地區的地表變形速度場。 圖中箭頭表示各測站相對於澎湖的位移速度，顏色則表示速度場，顏色愈紅，速度愈快。
從這張圖中，我們可以看到臺灣東部和南部有較快的位移速度，表示此處板塊擠壓所造成的水平方向變形相當劇烈，最快的位移發生在蘭嶼，每年相對於澎湖的縮短量大於 8 公分。 （圖片提供 ：國立成功大學地球科學系饒瑞鈞教授） 按此觀看影片 衛星之眼 百寶箱 6-5　臺灣的地殼變形

62 The End

63 延伸閱讀 雷射光雷達（光達）

64 光達（LiDAR）觀測基本原理 雷射光雷達（光達）是以雷射為訊號載體的一種主動式雷達，通常酬載在小型飛機上（右圖），可以拍攝到精細的地表地形。 雷射的特性是光束發射到極遠的地方，光束依然集中，不會擴散開來，因此可以集中觀測特定目標，獲得很高的解析度。 光達屬於主動式觀測。 觀測波段範圍為紫外線、可見光、紅外線。

65 空載光達測量地形 空載光達（Light Detection And Ranging，LiDAR）可快速獲取高精度且密集的地表地形。 主要使用多重雷射光，經過分辨不同反射訊號後，可以獲得高解析度的數值地表模型，甚至經由資料處理可去除地表建物和樹木等，求得高解析度數值地形模型（Digital Terrain Model，DTM）。 無論是人口密集的都會區，或是叢林茂密的深山，都可以找出許多被掩蓋，或是現行解析度 40 公尺所無法分辨的細微地形變化，這些微變化可以提供更多的科學證據，進一步了解地殼變形（圖 6-25）。

66 淺海海底地形觀測 雷達波的不同顏色光譜對水的穿透力不同，可以進行不同水深的測量，例如： 綠光波段光達技術可穿透水底約達 50 公尺，因此可以成為濱海地區海底地形測繪，有助於了解濱海地區因沖積、海流，甚或地殼變形所造成的海底地形變化。

67 光達觀測網進行全球性大氣氣體或浮懸物觀測，包括： 浮懸微粒、汙染物、沙暴、臭氧，甚至雲、溫度、風速等。例如：
觀測大氣氣體或浮懸物 光達觀測網進行全球性大氣氣體或浮懸物觀測，包括： 浮懸微粒、汙染物、沙暴、臭氧，甚至雲、溫度、風速等。例如： 差分光達可以發出兩道光，波長不同（約數百奈米） ，利用探測對象（例如：臭氧）對不同波長雷射光吸 收的強度不同，可以分析出濃度。

68 圖6-25 同一地區的 (a) 五千分之一比例尺的航照相片基本圖。 (b) 四十公尺精度的數值化高程模型（解析度不佳）。
(c) 一公尺精度的 LiDAR 數值化地表模型（DSM）。 (d) 一公尺精度的 LiDAR 數值化地形模型（DTM）。

69 百寶箱 6-1 人造衛星的種類 依應用目的區分： 通訊衛星 氣象衛星 定位與導航衛星 科學衛星 遙測衛星 依軌道特性區分：
百寶箱 6-1　人造衛星的種類 依應用目的區分： 通訊衛星 氣象衛星 定位與導航衛星 科學衛星 遙測衛星 依軌道特性區分： 地球同步衛星（高度約 35,800 km） 太陽同步衛星（或繞極衛星，高度 500～1,000　 km） 按此觀看影片 何謂衛星

70 通訊衛星 為通訊高空轉接站，可以提供電話、電視、數據傳輸的轉接。 一般採用地球同步軌道，即在赤道面上且高度約 36,000 公里，與地球自轉同步。 由於停留在離地甚遠的高空，電波傳遞時，受到地形阻隔的影響很小，可充分發揮通訊的功能。

71 用以觀測大氣層中的氣象參數，如溫度、水氣含量、氣體成分等，氣象報告中的衛星雲圖，就是由氣象衛星提供。
地球同步氣象衛星 日本的 MTSAT、美國的 GOES-11 繞極衛星 美國的 DMSP 氣象衛星能提供大範圍且密集的資料，是氣象預報的重要基礎。 按此觀看影片 衛星雷達

72 定位與導航衛星 提供地面點或航行器的瞬間位置，以美國的全球定位系統（GPS）為主。 該系統有二十餘顆衛星，以約二萬公里高度均勻分布在地球上空，在地面或航行器上使用接收器，接收它持續提供的定位訊號，計算出正確位置。 大量使用於航空、航海和車輛導航；地面定位，也使用於地形變化觀測。

73 科學衛星 主要用在地球環境、太空環境監測、行星探測和天文探測。 已發射的人造衛星中，屬科學衛星的數量最多，各國發展太空科技計畫大多由此著手。 我國的「福爾摩沙衛星」系列即屬這一類。

74 遙測衛星 探測地形、地面物、天災、汙染、森林植被、生態環境、聚落變化以及各種礦產和海洋資源，亦稱作資源衛星。 資源衛星的軌道高度一般約在 500～1,000 公里之間，屬「太陽同步軌道」，軌道面與太陽維持固定的角度，每次通過同一地理緯度上空的「地方時」保持不變。 這類衛星的壽命約為 5 年，主要有美國的 Landsat、法國的 SPOT、歐洲太空總署的 ERS 以及印度的 IRS 等衛星系列。

75 百寶箱 6-2 遙測運用的電磁波波段 遙測運用的電磁波有各種波長，因應不同觀測目標的需求，採用不同的波段。 被動式遙測運用的波段主要分成可見光、紅外線和微波等三類。 可見光類分為： 藍光波段（0.485～0.505μm）：可穿透表層海水，用於海洋水色遙測； 綠光波段（0.505～0.550μm）：偵測健康的綠色植物； 紅光波段（0.620～0.760μm）：因葉綠素吸收紅光，可區別植被和裸露地面。

76 紅外線類分為： 近紅外線段（0.7～1.5μm）：區別植物和水體； 中紅外線段（1.5～3.0μm）：可偵測土壤溼度和植物含水量，亦可區別雲或雪以及岩石種類； 熱紅外線段（3.0～15μm）：可偵測海水表面溫度。

77 微波類用微波段（1mm～1m），不同波長可穿透不同深度，用於
大氣的溫度、氣團移動、風速風向等； 海洋的海流、海冰等； 地表土壤的溫度、溼度等。

78 主動式遙測主要是雷達波段（0.75cm～107cm） 用於地面物辨識、環境汙染監測、地形變化、植被生長等。 一般雷達的波段從 0.27 cm的 W 波段，到 100 m 的 HF 波段，中間分為 14 段。 遙測常用的有 K（約 1cm），X（3cm）、C（6cm）、S（10cm）、L（20cm) 等波段。

79 百寶箱 6-3 地形圖與數位地形 地形圖是在地形測量的基礎上製作的地圖，圖上標明大量地形和地物的資料，並以等高線來表現地形。 早期的地形圖使用傳統的大地測量來製作，現代則採用航空照相或太空遙測來測量。 地形圖集是國家進行國土建設的基礎。 臺灣的地形圖由內政部 地政司管理，已出版五萬分之一（經建版）、二萬五千分之一（經建版）、十萬分之一、五千分之一等比例尺的圖幅。

80 百寶箱 6-3 地形圖與數位地形（續） 數位地形分為 DEM（Digital Elevation Model） 和 DSM（Digital Surface Model）。 DEM 是不含地表植被以及人造物時地球表面自然地貌起伏的數值模型。 DSM 是含地表最上層覆蓋物（含人造物和植被）的表面模型。 DEM 與舊稱 DTM（Digital Terrain Model）是相同的。

81 百寶箱 6-3 地形圖與數位地形（續） 臺灣地區舊有 40 × 40 公尺網格的 DEM 資料，為行政院 農業委員會 林務局 農林航空測量所，採用解析航測法在航照立體數化高程，平面坐標為二度分帶橫麥卡脫投影。 新測 5 × 5 公尺網格數值地形模型依照內政部「高精度及高解析度數值地型模型測製規範」辦理，對於製程有明確的規範。 利用 DEM 資料可以製作出多種精細的地形圖。

82 百寶箱 6-3 地形圖與數位地形（續）

83 百寶箱 6-4 GPS 如何定位？ 人造衛星在不同的軌道上運行並持續發出帶有時間碼的訊號，地面的 GPS 接收器藉由計算訊號傳輸的時間，測量出它與衛星間的距離。 由於人造衛星的軌道位置是已知的（由 5 個地面監視站來追蹤並定位），將接收裝置所測得的距離以人造衛星為圓心，畫一個球，我們的位置就在這個球面上。如果同時收到三顆人造衛星所發出來的訊號，這三個球交叉形成的點就是我們所在位置的坐標（X,Y,Z）。

84 百寶箱 6-4 GPS 如何定位？（續） 因為接受器的時鐘有誤差（ΔT），因此至少需要四顆衛星的資料才能求解（X,Y,Z,ΔT）。
事實上，由於距離也有誤差，三顆球很難交叉成一點，因此收到衛星信號愈多顆，讓更多的球來交叉，計算結果會愈準確。 另外，因為信號只能從一半的地球上空收到，另一半被地球本身擋住了，所以定位出來的高度（Z）的誤差較大。 GPS 定位與地震定位原理相同： 接收器位置好比是震源， 衛星位置則是地震儀所在， 不過，地震儀只能放置地表，不像衛星可以散布在三度空間的太空中，所以地震定位的深度誤差甚大。

85 百寶箱 6-5 臺灣的地殼變形 臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的碰撞處，使得臺灣發生顯著的縮短變形。 臺灣 GPS 大地測量顯示，臺灣島大部分地區受到大小不等的擠壓作用。

86 百寶箱 6-5 臺灣的地殼變形（續） 若以澎湖的白沙站為不動的參考站，位於菲律賓海板塊上的蘭嶼和綠島以每年 8.2 公分的速率朝西北方靠近。 在花東縱谷、新竹以南的西南部平原和麓山帶的測站速度都很顯著，大多向西北或西移動。

87 百寶箱 6-5 臺灣的地殼變形（續） 在高屏地區出現向西南西方向移動，主要受到北港基盤高區阻擋的影響。

88 百寶箱 6-5 臺灣的地殼變形（續） 臺灣北部和宜蘭平原因為受到沖繩海槽的弧後張裂作用，這些地區的測站速度較不明顯。 在宜蘭平原呈現往東南方向移動，與臺灣中、南部地區正受到菲律賓海板塊碰撞作用所受大地應力的情形不同。

89 百寶箱 6-5 臺灣的地殼變形（續） 以花東縱谷兩側的測站相對於澎湖 白沙站而言，在縱谷斷層東側的測站每年向西北移動約 6～7 公分。 鄰近縱谷斷層西側的測站則每年向西北移動 3～4　 公分，因此跨過花東縱谷斷層每年約有 2～3 公分的地殼變形縮短量，板塊間的擠壓導致山脈增高。

90 腦力激盪 6-1 為什麼地球同步衛星軌道的高度約在 36,000 公里？太陽同步衛星繞地球一圈約 100 分鐘，其高度約多少公里？（利用衛星繞地球旋轉的離心力 ＝ 萬有引力： V2 / r ＝ GM / r2 ，地球半徑約 6,370 km，地表重力加速度約 9.8 m/sec2） 因 V = 2πr / T， 而 GM / r2 = ( GM / R2) (R / r)2 = g0 ( R / r )2， 所以( r / R )3 = T2 g0 / (4π2 R ) 其中 r：衛星旋轉半徑，R：地球半徑， T：衛星旋轉週期，g0 = 9.8 m / sec2。

91 腦力激盪 6-1 （續） 同步衛星週期 T ＝ 24 小時： ( r / R )3 ＝ T2 g0 / (4π2 R ) ＝ (24 × 60 × 60)2 × 9.8 / ( 4 × × 6,370 × 103 ) ＝ 291.2 所以 r / R ＝ (291.2)1/3 ＝ 6.628 高度 ＝ r – R ＝ × R ＝ × 6,370 km ＝ 35,850 km ≒ 36,000 km 繞極衛星週期 T ＝ 100 分鐘： ( r / R )3 ＝ T2 g0 / (4π2 R ) ＝ (100 × 60)2 × 9.8 / ( 4 × × 6,370 × 103 ) ＝ 所以 r / R ＝ (1.4029)1/3 ＝ 1.12 高度 ＝ r – R ＝ 0.12 × R ＝ 0.12 × 6,370 km ≒ 760 km

92 腦力激盪 6-2 比較圖 6-14 的前後兩張衛星影像，推測八八水災時，小林村發生災難的原因。

93 腦力激盪 6-2 （續） 比較水災發生前後的遙測影像和該地地質構造，可以推論小林村災難可能的原因： (1)崩塌地為小林向斜的一翼，有順向坡山崩的 問題。 (2)颱風帶來超過 2,000 毫米的雨量，使山體承 受過大的水壓。 (3)上游堰塞湖突然潰堤，大水渲洩而下，迅速 沖刷河岸，將小林村岸邊的坡腳侵蝕掉，使 得順向坡失去支撐而引發大規模山崩。

94 腦力激盪 6-3 海洋遙測功能很大，好像是無遠弗屆，但是，想一想，它會有怎麼樣的限制呢？ 海洋遙測有一些限制： 只能觀測到海洋表面，深度穿透有限。 衛星太高，對海面影像解析度受限。 有些遙測須利用觀測到的參數，去推論其他的參數值，推論過程難免有誤差。 容易受到天氣狀況，如雲量多寡的影響。 受海水表面鹽度或汙染物的影響。

95 圖片來源： http://sealevel.colorado.edu/current/sl_noib.jpg
腦力激盪 6-4 IPCC 於 2007 年的報告指出，近十年來全球海平面平均上升 3.1 公釐 / 年，由圖 6-19 可看出上升幅度最大的地方在哪裡？可能的原因為何？ 圖片來源：

96 腦力激盪 6-4 （續） 根據研究資料顯示，近百年來全球平均海平面每年上升 1.4 公釐，且近十年的上升幅度更比過去的一百年高出二倍，達每年 3.1 公釐，上升幅度以東亞、南洋群島以及紐 澳地區最大（圖6-19），可能原因： 受到信風終年吹拂影響，西太平洋表層的海水不斷的被東風吹向西太平洋。 大地水準面（Geoid）在南太平洋有最高的重力高區，驅使海水向西南太平洋集中。 海底地形影響，有海底山脈的地區，海面就比其他海域高一些。 南極洲冰原溶解，陸地淡水加入。

97 腦力激盪 6-5 比較 GPS 定位與地震定位的異同？ GPS 定位與地震定位的原理相同，所用的最小二乘方逆推法的數學公式也一樣。
接收器位置好比是震源，是待決定的對象（X,Y,Z）；地震發生時間未知，就好像接收器時間有誤差一樣（ΔT），因此，時間項（ΔT）須加入，作為逆推的一部分。 衛星位置是相對於地震儀所在，這些位置能完全先知，其信號發出或到達時間也都知道，就可拿來逆推震源（或 GPS 接收器）的位置以及信號到達的時間了。

98 腦力激盪 6-5 （續） 但是，二者還是有些不同： (1) GPS 衛星大致均勻散布在空中，而地震站受限於地
形（例如：海岸線以外的海底），無法均勻分布， 造成地震定位誤差較大。 (2) 地震儀只能放置地表，不像衛星可以散布在三度空 間的太空中，所以地震定位的深度誤差甚大。