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遙測解開雙颱效應之謎——中央大學劉說安跨領域研究

109/05/31 瀏覽次數 4957
兩種藤原效應。(左)一般情況下,兩個颱風距離小於1500公里,(右)兩個颱風距離大於1500公里,中間存在著熱帶低氣壓。(圖/沈佩泠繪,資料來源:左為Google Eearth,右為劉說安提供)兩種藤原效應。(左)一般情況下,兩個颱風距離小於1500公里,(右)兩個颱風距離大於1500公里,中間存在著熱帶低氣壓。(圖/沈佩泠繪,資料來源:左為Google Eearth,右為劉說安提供)
 
夏日一到,颱風季就來,氣象主播常說:「雙颱效應帶來更大的災害。」雙颱效應又稱為「藤原效應」,當兩個颱風距離在1,500公里內就會相互牽引,造成颱風滯留,帶來更大的降雨。
 
透過近10年的衛星圖像及颱風軌道數據,國立中央大學太空及遙測研究中心特聘教授劉說安發現,雙颱距離即使遙遠,但之間若有天氣系統(如熱帶低氣壓、東北季風、西南氣流等),藤原效應依然會發生,藉此推導「雙颱交互作用經驗公式」,增進颱風路徑受雙颱效應影響的了解。
 
陰錯陽差開始的颱風研究

「這是出其不意的發現!」劉說安笑說,過去大多從事地表過程(註1)、GPS氣象(掩星觀測)與冰凍圈相關的研究,2006年借調到清雲科大(現為健行科大)擔任電資學院院長時,擬訂發展方向之一為衛星科技,協助院內教授架設基地台接收「資源衛星」影像,卻陰錯陽差地設計成「氣象衛星」影像的基地台,「既然臺灣長年遭受劇烈天氣系統迫害,那就來看看颱風動態吧!」意外開啟颱風的遙測研究。

他表示,研究初期發現,雙颱明明距離很遙遠,卻仍有藤原效應,經分析衛星影像發現,雙颱中間存在著熱帶低氣壓時,兩個颱風可以透過各自與熱帶低氣壓牽制,而間接影響彼此動向,如同遊樂場中三個逆時針繞圈圈咖啡杯一樣,互相影響與箝制。
 
劉說安研究發現,2012年天秤與布拉萬颱風間夾著低氣壓,加強雙颱的交互作用。(圖/劉說安提供)劉說安研究發現,2012年天秤與布拉萬颱風間夾著低氣壓,加強雙颱的交互作用。(圖/劉說安提供)
 
藉由日本MTSAT 1R、MTSAT 2及其後續Himawari 8的太陽同步氣象衛星數據資料,萃取颱風關鍵數據資料,如三維資訊、軌道等,劉說安推出雙颱相互作用的公式(Liou-Liu經驗公式),利於未來藤原效應的研究。此外,他也分析西北太平洋強颱形成的有利因素,包括冬季東北季風與夏季西南氣流的影響。

接錯訊號後,劉說安一連發了4篇颱風論文至頂級國際期刊。他坦言,自己是個隨遇而安、熱愛研究的工作者,視任務或時機需要,碰到有意義的問題就用心投入研究,所以研究範疇多元化,涵蓋颱風、福爾摩沙三號掩星觀測、冰川融化及全球生態環境脆弱度觀測等,也反應了遙測技術應用多元化的本質。
 
探訪北極圈 親見融冰現象
 
劉說安特別關注全球暖化的議題,曾至格陵蘭西部考察冰川融化的情況。他表示,看到褐色的地表因雅各布港冰川融化而裸露,海岸旁漂著碎冰塊,那時的擔憂勝過一睹北極圈風采的興奮。透過歷年福爾摩沙衛星二號影像,他看到北冰洋冰層裂縫日益擴大,2010年發現雅各布港冰河縮減達13平方公里。
 
格陵蘭西部海岸邊布滿浮冰。(圖/劉說安提供)格陵蘭西部海岸邊布滿浮冰。(圖/劉說安提供)
格陵蘭冰川退縮,陸地裸露狀況。(圖/劉說安提供)格陵蘭冰川退縮,陸地裸露狀況。(圖/劉說安提供)
 
他呼籲,政府應採取積極行動,因為依照融冰的速度,北冰洋冰帽會持續變薄、面積變小。當北極海的白色冰蓋大幅萎縮,海水會吸收更多陽光,導致暖化加劇,全世界的生態系都會受到影響。
 
近年劉說安持續透過各種遙測方式、地理資訊系統、空間計算及視覺化分析等技術,進行全球生態環境脆弱度分析,包括:旱災、水災、颱風、冰川、都市熱島效應等研究,研究範圍遍及臺灣、中國與東南亞國家,乃至全球。
 
劉說安赴格陵蘭西部考察冰川融化的情況。(圖/劉說安提供)劉說安赴格陵蘭西部考察冰川融化的情況。(圖/劉說安提供)
 
跨領域學習 連結遙測和理論才能解決問題
 
遙測提供有別於地表觀測的視角與資訊,是相當好的研究利器,可應用於農漁業、水文、氣象、森林資源、都市規劃等研究。但劉說安表示,遙測僅是工具,除了懂得應用外,還需具備大氣科學、地球科學等跨領域知識,才能找到重要的研究議題,並針對問題找到關鍵的新發現,以及解決問題的方法。
 
為了豐富自己跨領域知識的缺口,劉說安在密西根大學攻讀電機工程碩博士時,就積極跨領域修課,除了精進電磁波與遙測技術外,還修習大氣、海洋與太空科學課程。他的指導教授是美國國家航空暨太空總署(NASA) 的太空人Anthony W. England,曾參與阿波羅13 號及16 號登月任務,更是遙測專家。

England教授雖是名師,但沒有架子,常鼓勵劉說安多提出自己看法,也影響他爾後的研究。1996年完成跨足衛星遙測技術與地表過程模式化的研究,提出精進地表過程與亮溫模式(LSP/R模型)(註2)的方法,取得密西根大學電機工程暨大氣、海洋與太空科學雙博士。

「博士訓練相當重要,它是人生中少數能全心全意做研究的時刻。」劉說安認為,單靠課程所學,並無法養成獨立研究的能力,因此建議學生務必要培養自學的能力。
 
劉說安建議同學不僅要跨領域修課,更要培養自學能力。(圖/劉說安提供)劉說安建議同學不僅要跨領域修課,更要培養自學能力。(圖/劉說安提供)
 
他以自己做博士論文研究為例,主要透過衛星接收地表微波輻射觀測資料,來演算地表溫度、土壤含水量等參數,並進一步推測地表為凍融過程或覆蓋植被的狀況。過程中,研究所需的地表過程知識,完全是自己找書自修而來,而非課堂上所學習。
 
儘管原理解釋容易,但模式建立相當費工,必須窩在圖書館補足相當多的土壤、植被與大氣間的交互作用、能量守恆定律等知識。當時他的筆記本上寫滿自己所推導的公式,「唯有蹲好馬步、下苦功,才能將知識融會貫通,往後的研究才能紮實。」劉說安考慮日後或許可將當時的筆記整理並出版,這也顯示筆記內容的廣度與深度。

近30年的研究生涯,劉說安在遙測資料應用、氣象預報精準度提升與GPS掩星觀測理論不斷精進,發表期刊及論文超過百篇,也積極促成國際學術交流與合作,因而榮獲俄羅斯聯邦工程科學院外籍院士、國際宇宙航行科學院院士、韓國遙測學會榮譽終身會員及越南國家科學院的水晶貢獻獎,並在去年獲頒108年科技部傑出研究獎。我們可以期待,劉說安未來還會有更多跨領域的研究成果與貢獻。
 
註1:地表過程:地表土壤、植被及大氣間能量交互作用的機制。
註2:亮溫:亮度溫度或亮溫度是一種衛星遙測術語,表達物體在特定頻率輻射強度的溫度。運用遙測技術時,可以透過亮溫來解釋被觀測物體的物理特徵。
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