現代千里眼—氣象衛星 衛星資料之應用簡介 中央氣象局 氣象衛星中心 分析研判課 齊祿祥.

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1 現代千里眼—氣象衛星 衛星資料之應用簡介 中央氣象局 氣象衛星中心 分析研判課 齊祿祥

2 人造衛星種類與用途 通訊衛星 (Communications Satellites)：
用於地面通訊網之中繼站.如:大哥大、衛星直播電視轉播、衛星導航衛星定位衛星GPS系統。 軍事偵察(間諜)衛星 (Reconnaissance Satellites )： 用於軍事或情報上的戰略(地表)設施監控與情資通訊等。 地球環境資源衛星(Surveillance Satellites ) ： 用於非軍事上的國土規劃、環境監測等議題與地圖製作。 導航衛星 (Navigation Satellites)： 用於全球地理位置之定位， 如GPS。 科學研究衛星(Scientific Research Satellites)： 用於大氣物理、天文物理、地球物理等科學研究，如華衛1號、華衛2號、福爾摩沙3號衛星。 氣象衛星 (Meteorology Satellites)： 用於天氣系統監測與預測。

3 衛星搭載的各種觀測儀器

4 人造衛星之基本分類－軌道高度 低軌道衛星－太陽同步軌道衛星 飛行高度約在1000公里以下。
繞行地球一圈的時間約為80~110分鐘，一天可繞行地球 約14次。 衛星軌道面變化與地球公轉一樣快，則衛星軌道面與太陽 之夾角大致不變，這種衛星軌道稱作太陽同步軌道衛星。 為避免大氣的摩擦力，衛星高度都遠超過大氣層頂。 ۩ Animation

5 高軌道衛星－地球同步軌道衛星 飛行高度約為36000公里。
繞行地球一圈所需時間與地球自轉時間相同，因此位置都固定於赤道的某經度上空，所以又稱為地球同步衛星。 ۩ Animation

6 地球同步氣象衛星的掃描方式 MTSAT搭載的成像儀擁有1個可見光波段和4個紅外波段，依靠內部掃描鏡拍攝地球表面影像。掃描鏡收集到的電磁輻射經透鏡和濾光器分爲可見光和紅外共5個波段的光，再被轉換爲電信號傳回地球。掃描方式為由左而右， 由上而下之旋轉掃描觀測。

7 WMO全球天氣守視計畫 (World Weather Watch )
全球氣象衛星觀測網 FY2-D 86.5°E 發射 FY2-C 105.5°E 發射 MTSAT-1R(JAPAN) 140°E 發射 MTSAT-2 145°E 發射 預計2010年取代MTSAT-1R FY2-E 123 ° E 取代105.5E的FY2C WMO全球天氣守視計畫 (World Weather Watch )

8 氣象衛星觀測之優勢 不分日夜、地形及政治局勢影響，可24小時連續偵測地球大氣變化。
提供大範圍的氣象觀測資料，特別是在測站稀少、資料缺乏的地區，諸如沙漠、廣大熱帶洋面、高山地區。 氣象衛星有較高資料解析度，可觀測大至行星尺度(如洋流、副熱帶高壓)小至對流尺度天氣系統，對於辨認中尺度對流、颱風中心定位與結構分析以及寒流，扮演重要的角色。 氣象衛星亦可觀測大氣水汽、大氣、陸地及海面溫度、推算風場和垂直溫溼剖面資料，以提供數值天氣預報初始資料、氣候監測，並可提供氣象學術研究和教學之運用。

9 衛星觀測的種類- 主 動 遙 測 依感應器接收方式 定義 夜間利用閃光燈照相。 雷達觀測。
主 動 遙 測 定義 是指遙測儀器發射電磁波 ，然後接收目標物反射回 來的電磁波的方式。 夜間利用閃光燈照相。 雷達觀測。 衛星觀測（目前部分繞極軌道衛星亦搭載有主動式感應器，例如TRMM-PR、QuikSCAT）

10 被 動 遙 測 定義 人的眼睛。 日間照相。 衛星觀測。
被 動 遙 測 定義 是指遙測儀器本身不發射電磁 波只偵測由目標物反射或放射 的電磁波來決定目標物物理性 質的方式。 人的眼睛。 日間照相。 衛星觀測。 衛星影像為不與目標物直接接觸，只利用輻射儀偵測目標物反射或放射的電磁波輻射量，然後藉著普朗克函數(Planck’s Function)將所接收到的輻射量轉換為物體的亮度溫度。

11 衛星上配有不同波段頻道之輻射偵測儀 將接收到的不同性質表面的輻射量轉換為亮度溫度。 經由亮度溫度的差異構成有局部深淺變化的影像圖。
衛星雲圖是氣象衛星以固定頻道的--電磁波偵測所得的影像。

12 MTSAT-2 FY-2D、FY-2E TERRA AQUA NOAA 系列 衛星依其不同波長可分為數個觀測頻道

13 基本氣象衛星雲圖的種類 可見光雲圖 (Visible Imagery，VIS，0.4~07m)：
由地球表面如雲、雪、冰、陸地、海面等覆蓋物對太陽照射之反射率(全反射, albedo)以決定衛星雲 圖之灰度，雲層愈厚，反射率愈大，雲圖色調愈白。因受日照影響，僅白天可接收此種雲圖。 紅外線雲圖 (Infrared Imagery，IR，10~11~12m（IR1 & IR2）)： 由地球表面如雲、雪、冰、陸地、海面等覆蓋物之溫度分布決定衛星雲圖之灰度，雲頂愈高，溫度愈低，雲圖色調愈白。因不受日照影響，故每天24小時皆可接收，每小時一次。 水汽頻道影像 (Water Vapor Imagery，WV，6.7m（IR3）)： 由大氣中水汽含量多寡決定衛星雲圖之灰度。簡單地說，即大氣中水汽含量愈豐富，表示輻射被吸收的愈多，色調愈白；水汽含量愈少，表示輻射被吸收的愈少，色調愈黑；24小時皆可接收。 Near Infra-Red (3.7m， Channel 3 ) ： 地表或雲對太陽輻射的反射及放射。

14 IR1 日本MTSAT-1R同步氣象衛星 IR2 IR4 WV VIS 2005年7月17日16時MTSAT 同步氣象衛星雲圖
WV （ μm ）水氣頻道 VIS（ μm）可見光

15 色調強化雲圖 為了突顯並瞭解天氣系統的結構，我們常將不同高度的雲頂溫度值，給予不同的顏色，增進我們對天氣系統結構的判斷及解釋，這樣的雲圖稱之為色調強化雲圖。 下圖為經過MB Curve色調強化後之紅外線雲圖 上圖為經過CSU Curve色調強化後之紅外線雲圖 右圖為經過WVJ Curve色調強化後之水汽頻道雲圖

16 氣象衛星雲圖的種類 微波（MicroWave）觀測特性
微波遙感能穿透高層雲或降水等天候條件的干擾影響，偵測波長1公分至數十公分的微波輻射；通常雲雨對波長1~2cm的微波輻射，才會有顯著的衰減影響。 微波遙測可以解決可見光、紅外線頻道，無法進一步觀測大氣中、低層環境限制的優點；除此之外，經由微波Doppler效應、偏極化與逆向散射（back scattering）等頻率特性，可計算反演得到獨特的海面風場與波浪資訊，但其缺點是需要複雜的資料分析方法。

17 AMSR-E 各頻道之微波影像 6.9 H(C~5cm) V H (X~3cm) V H(Ku~1.6cm) V 23.8 H(K~1.3cm) V H(Ka~0.8cm) V H(~0.3cm) V 蔷蜜（0815_JANGMI） _0442UTC

18 衛星資料所能解析之大氣結構示意圖 - 微波資料可以顯示更為清楚的天氣系統內部結構 - 600 hPa ↑ 紅外線色調強化
3.9  m近紅外線影像 Surface 衛星資料所能解析之大氣結構示意圖 - 微波資料可以顯示更為清楚的天氣系統內部結構 - 600 hPa ↑ 水氣頻道影像 8~9 KM 微波影像（85~91Ghz） 微波影像（35~37Ghz） 3~4 KM （0812-NURI）

19 衛星微波影像與同步衛星紅外線影像 觀測差異 36.5 GHz 89 GHz
上圖為日本MTSAT衛星2009年5月3日1730 UTC 之紅外線與紅外線色調強化影像，下圖為AQUA地球資源衛星之AMSR-E的36.5 GHz 與 89 GHz 微波影像，由微波影像可更清楚的發現中低層之液態降水特徵分布(36.5 GHz )與中高層環境之固態降水(89 GHz )。

20 天氣系統發展與演化 因 果 Process 地面觀測資料/高空觀測資料 雷 達----回波 鋒面 衛 星----雲雨發展 颱風
高壓系統 低壓系統 風切線 槽線 ‧ 果 雷 達----回波 衛 星----雲雨發展 天氣圖--- 高低壓等天氣系統 的變化與移動 ‧ 動力條件 熱力條件 水平輻合 水汽供應 上升運動 溫度差異

21 那天氣系統到底會不會下雨? IF 100％ 濕暖空氣 空氣運動（風） 濕暖空氣（60％） 空氣運動（30％） 濕暖空氣（90％）
濕暖空氣（20％） 空氣運動（60％） 濕暖空氣（90％） 空氣運動（10％） 濕暖空氣（60％） 空氣運動（30％）

22 探空氣球觀測網

23 衛星觀測之高低壓系統

24 衛星觀測之高低壓系統

25 衛星資料之產品應用 海面溫度之遙測 大氣垂直溫濕剖面之遙測 雲參數之遙測 SSMI微波全球洋面水氣分佈風速及降水估計 全球輻射收支估算
颱風監控與預測 大氣水汽含量之遙測 降雨量之遙測 高空風之遙測 全球植被指數 (NDVI) 之遙測

26 同步衛星--風場 2009年6月29~30日衛星資料反演各層高空風場疊加水汽頻道影像。

27 同步衛星--霧區 左圖為日本MTSAT衛星2009年4月9日2330UTC紅外線色調強化與可見光合成影像，右圖為2009年4月9日2057 UTC 利用紅外線與3.9μm波段計算之夜間霧區產品(橘色與黃色部份為夜間霧所發生區域)。

28 日本MTSAT-1R地球同步衛星 反演之10日平均海面溫度
日平均之表面海溫分布情形，橘紅色色調溫約為23~28℃ 。

29 地球同步衛星反演之沙塵暴產品 - 提供沙塵暴影響範圍與移動過程 - 2010年11月10日~11日由日本MTSAT地球同步衛星所觀測之沙塵暴

30 QuikSCAT Sea Surface Wind
雲量 顏色 0 深藍 1 淺藍 2 深綠 3 淺綠 4 粉紅 5 黃 6 橘 7 紅 8 白 右圖為QuikSAT散射計 (Active Sensor) 所反演2009年5月26日1800 UTC之近海面風資料，圖中為5月26日2000 UTC ，最左圖為5月26日2200 UTC近海面風資料。 P.S. The antenna of QUIKSCAT stopped spinning on Nov. 23, 2009

31 （Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer ）
EOS-MODIS （Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer ） 衍生產品 Cloud Phase Cloud Fraction Cloud Mask 地表溫度 蒸發散量（ mm / day ） 土壤含水量（每立方公尺） EVI (葉片濃度) / (Enhanced Vegetation Index) NDVI (綠色植被指數—含土壤溼度) / (Normalized Difference Vegetation Index)

32 2005年7月24日地球觀測系統衛星Terra反演台灣附近海中葉綠素日平均分布圖
海洋應用 2005年7月24日地球觀測系統衛星Terra反演台灣附近海中葉綠素日平均分布圖 （強烈海棠颱風通過三、四天）

33 MODIS NDVI (綠色植被指數—含土壤溼度)
(Normalized Difference Vegetation Index) 圖中顯示 2009年5月20日與5月25日MODIS反演之NDVI 指數。 NDVI指數是利用兩個可見光之近紅外光波段與紅光波段影像對綠色植生具有明顯不同的反射特性；所以可利用兩者的差異與和比值可判斷植物生長狀態及植被分布密度。

34 MODIS --土壤含水量 上圖MODIS所反演之台灣地區土壤含水量，單位為每立方公尺土壤之含水量。

35 MODIS --蒸發散量 上圖為MODIS所反演之2009年7月4~12日台灣地區表面蒸發散量，單位為mm / day。

36 上圖為2009年7月4~12日MODIS 所反演之10日平均地表溫度。

37 MODIS 所反演懸浮微粒 (Aerosol)相關產品
Aerosol Type: 0 混合 1 灰塵 2 硫化物 3 煙塵 4 嚴重煙塵 左圖為MODIS反演2011年3月22日0517 UTC之懸浮微粒濃度，右圖為相同時間所反演之各種不同懸浮微粒型態。（光學厚度為1，光學厚度愈厚，懸浮微粒愈濃度愈高。0.1~0.2）

38 MODIS 之沙塵暴產品 上圖為2010年11月10~11日EOS地球資源衛星之MODIS所觀測沙塵暴產品。 （紅色區域代表沙塵分布範圍）

39 AMSR-E 降雨率衍生產品 - 提供更清晰的天氣系統之降水結構 - 單位： mm/hr
紅外線色調強化 可見光影像 紅外線影像 降雨率產品 自動雨量站_1hr 自動雨量站_1hr - 提供更清晰的天氣系統之降水結構 - 單位： mm/hr 圖中為日本MTSAT衛星2011年3月27日可見光、紅外線色調強化影像，配合相近時間Aqua衛星之AMSR-E所反演之降雨率 (mm/hr)產品。

40 熱帶氣旋熱潛勢 / TCHP 左上圖為2011年3月30日0000UTC日本MTSAT衛星可見光影像，右圖則為相同時間TMI/AMSR-E微波觀測儀器反演之TCHP態影像，TCHP能夠清楚地描述海洋的冷、暖特徵，如暖渦(warm core ring；WCR)發生的區域。

41 美國國防系列衛星微波頻道反演之客觀潛力指數（OPI）
2011年3月26~29日MTSAT衛星可見光影像與DMSP/SSMI之OPI DMSP-SSMI客觀潛力指數有助於早期研判梅雨季中尺度對流系統發生的潛在區域。 DMSP-SSMI/F14、F15

42 微波頻道之海面風與海溫衍生產品 AMSR-E
Descending Ascending Descending 0440 UTC 0600 UTC 1700 UTC 1820 UTC P.S. The antenna of QUIKSCAT stopped spinning on Nov. 23, 2009

43 微波頻道Rain Water Path衍生產品-雨水
微波頻道Cloud Water Path衍生產品-雲水

44 MODIS所觀測到之地面真實影像案例

45 EOS-Aqua衛星MODIS偵測器之真實衛星影像
311日本宮城地震 仙台市附近地震後引發大火的濃煙綿延數十公里!! EOS-Aqua衛星MODIS偵測器之真實衛星影像 2011年3月13日0349UTC

46 日本九州霧島山新燃岳火山噴發 311地震前日本九州之衛星影像 2011年2月4日日本九州新燃岳火山噴發情形
_0142 UTC / MODIS-Terra_Ture Color _0154 UTC / MODIS-Terra_Ture Color 櫻島 鶴見岳 九重山 阿蘇 雲仙•普賢岳 霧島山•新燃岳 311地震前日本九州之衛星影像 2011年2月4日日本九州新燃岳火山噴發情形 R- G - B

47 Thanks for your Attention!
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