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從太空看水色

今日科學家可以借助衛星遙測,監測水色變化並加以分析,了解水中物質的含量,並把這資訊應用於漁業資源、生物、環境、全球變遷、汙染等各項研究上。
 
 
 
自古以來,有經驗的航海家便懂得利用海洋水色的變化來導航、測深及尋找漁場,但直到三百多年前荷蘭的魯文霍克(Anton van Leeuwenhoek)開始用顯微鏡觀察水色顯著變化的湖水,才了解水色變化的主要原因是水中微小浮游生物的數目大量消長。他把一系列觀察結果寄送到倫敦皇家科學院,成為科學史上最早研究水色變化原因的論文。

時至今日,科學家已經可以借助衛星遙測長時間、大範圍和接近即時的特性,監測水色變化並加以分析。因此許多國家都發射海洋水色衛星,運用所觀測的海洋水色資料,了解水中物質的含量,並把這資訊應用於漁業資源、生物、環境、全球變遷、汙染等各項研究上。我國的第1顆人造衛星「中華衛星一號」(後更名為福爾摩沙衛星一號),其中便有一項任務是海洋水色照相。

現在服務於成功大學地球科學系的劉正千教授,當他還在臺灣大學應用力學研究所就讀時,便接觸到我國太空計畫的第1批種子學員,後來公費留學特別選擇進入英國帝國理工學院學習海洋水色遙測。回國服務後,劉教授先和研究團隊的學生一起開發可以準確分析水色資料,以推估水體光學性質與各種水質參數的演算法,之後更應用這項技術觀察高屏河口的懸浮物擴散現象。從這個位置的海洋水色資料,配合同時間的海風、海面溫度等資訊綜合來看,劉教授歸納出高屏河口的沿岸懸浮物擴散的幾種模式。

春季季風比較弱,擴散主要受到潮汐的影響。夏季東南季風強,河口物質受到季風影響而往北搬運,河口北方會有藻華現象。颱風時,由於雲層太厚而無法觀察,但從颱風後的影像可以發現整個河口都有藻華的現象,劉教授推測這是颱風經過時所產生的壓力差,使得湧升流把底部的營養鹽帶到海水上層所造成的。到冬季時,高屏流域降雨量少,但是沿岸有很強的東北季風,而北上的黑潮有時會入侵臺灣海峽,這兩股勢力會在高屏河口附近拮抗而產生渦漩。

同樣的技術也應用在監控曾文水庫內葉綠素a與懸浮固體物濃度的時空分布。傳統的水庫監測工作多仰賴監測站或人力現場採樣,這些都是單點資訊,在時間與空間上受到人力物力的限制,資料往往不具代表性,無法達成全面性、高頻率的監測工作。劉教授利用遙測技術便可分析水庫裡浮游植物在不同時間的濃度差異,進而達到全面監控水庫水質的目標。

深度閱讀
  1. Chih-Hua Chang, Cheng-Chien Liu, Ching-Gung Wen, I-Fan Cheng, Chi-Kin Tam, Ching-Shiang Huang (2009) Monitoring reservoir water quality with Formosat-2 high spatiotemporal imagery. Journal of Environmental Monitoring, 11, 1982-1992.
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