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淘氣衛星你追我跑掌握旱澇預報

103/05/12 3011

李柏昱｜國立臺灣大學地理環境資源學系

台灣中南部每年春季，經常遭遇用水吃緊的困境。最近，日月潭水位新低已經威脅到水社碼頭的經營，然而一到夏天往往卻又暴雨成災。面對從乾旱到洪患的劇烈變化，美國NASA利用在天上追逐的兩顆雙子衛星，長時間的監測全球各地水資源的變化，有趣的觀測方式帶來至關重要的觀測結果。

在天上運行的「優雅」衛星

重力回復及氣候實驗（Gravity Recovery and Climate Experiment, GRACE），是NASA在2002年發射升空的一對雙子衛星，目前已經持續蒐集地球十多年來地表淡水的分布資料。

GRACE觀測地表水體的方式相當有趣，不禁佩服科學家的創意。GRACE藉由衡量地表重力對於其在軌道上運行速度的微小影響，從而推知地表水含量的多寡。利用「質量越大重力越大」此一定律，當地表上的冰被、河流、湖泊水量以及地下水含水量越多時，這個地區的地表總質量越多，代表有較大的重力；反之當地表乾涸時，質量較少使重力較小。

運用此一概念，科學家只要知道全球地表重力變化，就能推算出地表淡水資源的分布情形。但要怎麼量測呢？GRACE有前後兩顆雙子衛星，中間相隔約220公里。舉例來說，當跑在前頭的衛星接近地表重力較強的地區時，會受到較強的重力吸引而加速，拉開與後頭衛星之間的距離；而當前頭的衛星飛越重力較強的地區後，會逐漸減速，後頭的衛星則同樣受重力吸引而加速追上；最後當後頭的衛星也飛過重力較強的地區後，後頭的衛星減速，前頭的衛星速度則不再改變。

透過這種你追我跑的過程，科學家量測兩衛星間的距離變化，從而推算全球地表的重力場（gravity field)，並得到我們最關心的水資源分布資料。

從全球暖化到地區乾旱

實際上，GRACE的觀測資料用途廣泛，從全球尺度的暖化危機到地區性的旱澇趨勢都能掌握。

對於全球暖化是否加速冰層融化速率，GRACE提供了南極與格陵蘭的冰被資料，但分析結果卻指出在2003〜2012年為期十年的長時間尺度中，冰被融化的速度看不出明顯的加速，無法與冰被短期的變化區隔，未來仍需要更長時間的觀測資料。

此外，GRACE在2006年發現非洲的剛果河、尚比西河及尼日河流域有乾涸趨勢，而美國的密西西比河與科羅拉多和水量則增加。2013年的觀測則發現美國南部出現地下水逐漸枯竭的警訊。這些資料增加科學家對於地表水循環的了解，同時也用於改善天氣、河流、洪患、乾旱的預測模式，讓各地水域管理決策機構得以防患於未然。（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿／2014年/4月）

責任編輯：鄭國威│元智大學資訊社會研究所

衛星觀測(5) 重力場(2) 水(19)

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