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海洋變遷的守望者——遙測技術!

105/08/31 瀏覽次數 3951
 全球變遷是目前最熱門的話題之一,但它的範疇相當的廣,如何有系統的長期監測進而了解其變遷,是一重要課題。海洋佔了地球表面積的71%,由於海水的熱容量、密度、質量都比空氣大許多,因此,海洋在全球變遷所扮演的角色,絕不能忽略。但海洋因其廣闊,要有效地長期、定點取得觀測數據,並不容易。1978年美國發射了Nimbus-7、TIROS-N、Seasat三顆與海洋觀測相關的人造衛星,從此遙測成為海洋觀測的新利器,也為海洋變遷研究提供了全面性的資訊。因此聯合國海洋科學研究委員會將廿年後的1998年訂為「國際海洋年」,以彰顯衛星海洋遙測對海洋研究及社會的貢獻。
 
海洋顏色的差異是由於海洋中物質組成的不同而產生的(圖/pixabay)。海洋顏色的差異是由於海洋中物質組成的不同而產生的(圖/pixabay)。
 
海洋顏色的差異是由於海洋中物質組成的不同而產生的,若海洋中有較多葉綠素甲的浮游植物,則海洋的顏色會由藍色轉為綠色。衛星遙測即利用此水色的變化,經由不同波段的反射能量,推算海洋中葉綠素甲的濃度。圖一是1997-2010年海水葉綠素甲平均濃度分布,東南太平洋為全球葉綠素甲濃度最低的海域。
 
圖一、1997-2010年海水葉綠素甲濃度分布,圖中黑色表陸地或海冰,暖色系表濃度高、冷色系表濃度低。東南太平洋紫色處為全球葉綠素甲濃度最低的海域。(圖/撰稿團隊)圖一、1997-2010年海水葉綠素甲濃度分布,圖中黑色表陸地或海冰,暖色系表濃度高、冷色系表濃度低。東南太平洋紫色處為全球葉綠素甲濃度最低的海域。(圖/撰稿團隊)
 
溫度是衡量全球變遷的主要因子之一,海水表面溫度可應用輻射儀量測海洋表面熱紅外或微波的輻射能量,由於輻射強度與物體的溫度呈正相關性,因此可以藉由測量到的輻射能量,推算海洋表面的溫度。圖二是海洋表面溫度的分布,最高的區域是在西太平洋赤道周遭,一般稱為西太平洋暖池。
 
圖二、海洋表面溫度分布,圖中黑色表陸地或海冰,暖色系表溫度高、冷色系表溫度低。全球海面溫度最高的地點是在西太平洋赤道周遭(圖中深紅色處),稱為西太平洋暖池。(圖/撰稿團隊)圖二、海洋表面溫度分布,圖中黑色表陸地或海冰,暖色系表溫度高、冷色系表溫度低。全球海面溫度最高的地點是在西太平洋赤道周遭(圖中深紅色處),稱為西太平洋暖池。(圖/撰稿團隊)
 
海面水位的測量是藉由衛星發射雷達波,量測其碰到海水面回波的時間差,進而推算衛星到海面的距離,以得知海面水位的變化。海面水位的資料除可用來觀測海洋變遷造成的水位變化外,也可以用來計算全球海洋流場。圖三是衛星遙測全球平均海水面的變化趨勢。
 
圖三、衛星遙測全平均球海水面的變化趨勢(圖/撰稿團隊取自http://sealevel.colorado.edu/)。圖三、衛星遙測全平均球海水面的變化趨勢(圖/撰稿團隊取自http://sealevel.colorado.edu/)。
 
海面風場的變化與海面溫度有相當的關係,且其變化也會影響到海面流場的分布。海面風場是利用衛星上發射斜視觀測的雷達波,然後,接收其後向散射能量而求得海面的粗糙度,而海面粗糙度與海面風速有關。圖四是衛星遙測全球海面風速分布,南濱洋(Southern Ocean)為全球風速最強海域。
 
圖四、衛星遙測全球海面風速分布,暖色系表風速高、冷色系表風速低。圖中橘紅色處的南濱洋,為全球風速最強海域(圖/撰稿團隊取自Monahan, 2006, Journal of Climate)。圖四、衛星遙測全球海面風速分布,暖色系表風速高、冷色系表風速低。圖中橘紅色處的南濱洋,為全球風速最強海域(圖/撰稿團隊取自Monahan, 2006, Journal of Climate)。
 
圖五、北極、南極海域海冰覆蓋的最大及最小範圍變化趨勢(圖/撰稿團隊取自Teleti and Luis, 2013, International Journal of Geosciences)。圖五、北極、南極海域海冰覆蓋的最大及最小範圍變化趨勢(圖/撰稿團隊取自Teleti and Luis, 2013, International Journal of Geosciences)。
 
海冰在海洋變遷上也扮演著舉足輕重的角色。當天冷時,我們常會緊閉窗戶,避免室內的暖空氣到室外,也可阻止室外的冷空氣進入室內。海冰浮在海面上,就像窗戶一樣,阻隔者溫暖海水與冰冷空氣的熱交換。一旦海冰減少,就像打開窗戶,海洋中的熱會釋放到大氣,加速大氣的暖化,而溫暖的大氣也會使得海冰加速融化。此外,海冰也可反射太陽能量,降低地球表面吸收太陽輻射。應用微波遙測技術可測量海冰的範圍及厚度。圖五是南、北極海域海冰覆蓋範圍變化趨勢。
 
衛星遙測的最大優點是不受地理位置的限制,地球上許多地方如冰雪覆蓋的兩極地區,浩瀚的海洋,均可利用衛星進行觀測。衛星遙測,視野遼闊,能提供大範圍海洋的資訊,且重複性高,能週期性地提供海面動態變化數據。因此,利用衛星遙測可在短時間內涵蓋全球海洋的特性,其對海洋變遷的研究也越顯得重要。

資料來源
  • 原標題:從遙測技術認識海洋變遷
  • 科技部補助「新媒體科普傳播:小王子眼中21世紀的地球」計畫
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