#分享幫助衛星精準氣象預測的「掩星技術」 | 頭板

放不放颱風假就看它！——幫助衛星精準氣象預測的「掩星技術」作者：曾繁安科技大觀園特約編輯 110/11/09 新颱風生成後，大家最關心的就是颱風的路徑、帶來的風雨大不大，以及——到底放不放颱風假？要能預測和評估颱風的走向影響，可靠的氣象觀測資料是不可或缺的。這就不得不提，在我們頭頂上認真執行觀測任務的人造衛星，以及它們身懷測知氣象變化的絕技！ https://i.imgur.com/X1COi1Y.jpg (每次颱風來襲，大家都關心會不會放颱風假。圖／pixabay) 貢獻全球氣象資料，福爾摩沙衛星功不可沒過去福爾摩沙衛星三號（福三）執勤十年，為全世界多個氣象中心與研究單位提供無以計數的資料，可謂台灣在國際氣象上的外交大使，於減少天氣預報誤差的貢獻度上，更曾被評為全球前五。福三榮退後，接棒的福爾摩沙衛星七號（福七）也在今年二月完成任務軌道的全部部署。福三和福七都不只有一枚衛星，而是由各 6 枚衛星組成的衛星星系（constellation）。每一枚衛星就像在不同位置巡守、收集氣象情報並互相通報的將士，使得觀測範圍可以覆蓋地球各個區域，提供即時而完整的三維觀測數據。 https://i.imgur.com/4fyexAs.jpg (福衛七號結構示意圖。圖／國家太空中心) 但福七與行經南北極的「繞極衛星」福三不同的是，它在南北緯 50 度間軌道繞行，主攻台灣、赤道與中低緯度颱風盛行區的觀測。因此福七可以提供密集度更高、更多的溫度、壓力、水汽等氣象資料。國家太空中心推估，它可提升氣象預報準度 10% ——以颱風為例，等於將是原本三天後的預報，往前推進 7.2 小時的精準度，協助我們更早為氣象變化甚至災害做準備。每日可提供 4000 點大氣垂直剖線資料、大幅提升全球氣象預報準確度的福七，究竟是怎麽辦到的？答案就是掩星技術 (Radio Occultation)。掩星技術，讓衛星成為太空中最精準的溫度計！在天文學上，「掩星」指的是一個天體，在另一個天體與觀測者之間通過，產生的遮蔽現象。但英文中的「Occultation」，也可以指前景中的物體，阻擋遮蔽背景中任何物體的情形。而所謂的「掩星技術」，就是利用電磁波訊號在經過大氣層時，會因穿透不同溫度、壓力或濕度的空氣層，被「遮蔽」而產生轉向、變慢、減弱等的特性，來反演出地球上空之溫度、氣壓和濕度。衛星與衛星之間，本來因為地球的阻隔看不到彼此，但可以接受來自彼此的電磁波訊號。福七的主要酬載儀器——全球衛星導航系統無線電訊號接收儀」（TGRS），可以接受美國全球定位系統（GPS）和俄羅斯全球導航衛星系統（GLONASS）全球定位衛星通過大氣與電離層的折射訊號。接著，通過計算電波訊號的偏折程度，就可以反演出大氣與電離層中的溫度、水氣、壓力、電子密度等數據。掩星技術在 1995 年才開始投入應用，而從 2006 年的福三，到如今福七計劃中積累的研究經驗，使台灣成為這項新穎技術領域的佼佼者。掩星技術所得到的資料具備高準確度和解析度，也擁有不需要大量接收訊號的衛星，就可以得到大範圍數據、降低成本的優勢，不僅可以用作氣象預報，更能幫助我們監控和增進對氣候變遷的瞭解。衛星加上同位素的助攻，可以使天氣預報更精準另一方面，除了改善觀測一般氣象資料如溫度、濕度、大氣壓力等參數的準確度，在氣象觀測中新增測定不一樣的參數——如大氣水分子的同位素，也可以讓我們的天氣預報更精準！過去礙於資料的取得有限，同位素分析在氣象觀測與預報中常被忽略。但近年來人造衛星技術的發展，為氣象科學推開新的一扇窗。來自歐洲太空總署、搭載光譜分析儀的衛星 IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)，讓東京大學的研究團隊，可以利用其所搜集到的大氣水汽資訊，在氣象預報的模型中，第一次嘗試納入同位素資訊的考量來做分析。 https://i.imgur.com/9QOnFAU.jpg (上下標Meteor弄不出來所以我用成圖片) 研究團隊以 2013 年在日本發生的低壓事件作為參照，發現納入同位素的數據之後，氣象模型能更好地模擬這次事件的整體氣壓情形。而在全球的尺度，尤其是中緯度及北半球地區，融合同位素資訊後，氣象預報如氣溫及濕度預測的準確度，也都有所提高。雖然這只是初步的探究，但科學家期許，未來進一步完善氣象觀測衛星對同位素資料的收集，能使人類更往精準氣象預測的目標邁進。人造衛星就像是科學家的千里眼，能觀測千里之外的風雲變化。發展衛星技術，不僅能讓我們更精準預測氣象，在全球化的現代，也能在國際上發揮「Taiwan Can Help」及互助的精神；各國對航太技術的投入與數據資源共享，更是科研工作與人類社會的一大福音。 https://i.imgur.com/7rzifhY.jpg (福爾摩沙衛星拍攝的美麗福爾摩沙島。圖／國家太空中心) 資料來源：福衛七號星系佈署完成 https://www.nspo.narl.org.tw/news_view.php?c=210208001&ln=zh_TW Wikipedia-Radio occultation https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_occultation 掩星觀測簡述 https://tacc.cwb.gov.tw/v2/ro_demo.html 福衛七號／何謂掩星技術？這裡一次解答 https://www.rti.org.tw/news/view/id/2024543 台灣太空科技扎根30年未來1年1衛星發射 https://www.rti.org.tw/news/view/id/2024540 Better weather forecasting through satellite isotope data assimilation https://www.sciencedaily.com/releases/2021/09/210914184811.htm IASI data product profile https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Meteorological_missions/MetOp/About_IASI 延伸閱讀：衛星差點送不出國台灣團隊驚險解圍【福衛七號】_ EP02 https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000008/detail?ID=7dd5904e-c9d0-4559-94aa-f555b23a8e1e 「福衛七號」科學小百科 https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=74167a18-1538-4433-a2d6-ec1a0904c6b0 外太空的觀察家！福衛三號、七號即時觀測太空天氣 https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=b69eebc2-1110-4d63-afa8-d664cb254836 #同位素 #掩星技術 #福衛七號 #福衛三號 #福衛五號 #颱風出處：科技大觀園網址： https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=6b94d5f5-a96f-414a-bbec-7b9c4b7ee960 同位素判讀蠻酷的喔! 感謝福衛們的貢獻~~