美國太空總署 NASA 近期公布了兩項新型的太空相關研究,不是放眼未來的火星探測活動,也不是人們期盼已久的月球旅行,而是更貼近人們生活的氣候變遷監測計畫。而台灣的團隊也不遑多讓,在太空技術方面如火如荼的發展讓天氣預測有更進一步的進展。

利用衛星建立 3D 植被圖的系統

由 NASA 主導的全球生態系動態調查(Global Ecosystem Dynamics Investigation, GEDI)計畫,從 2014 年建立以來,持續以調查地球生態環境變遷為己任,蒐集各種不同的資料以作為環境影響分析。

近年來,為了研究環境中及植被中的碳含量, GEDI 利用 NASA 的衛星發展出了一套能建立 3D 植被圖的系統。利用衛星上搭載的雷達及反射器,便能蒐集樹叢、灌木叢等植物體的分布資料。這些資料不僅能使用於分析生態系統發展,也能貢獻於動物棲息地、氣候變遷等議題。

除了蒐集資料,根據資料進行的模型建立及模擬預測也相當重要。馬里蘭大學的杜巴雅(Ralph Dubayah)教授便提到, GEDI 並不是第一個嘗試建立 3D 植物分布圖的單位,但是 GEDI 知道如何分析自己的資料準確度以及建立有效模型,這是 GEDI 的主要優勢之一。

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尋找大地呼吸的頻率

除了蒐集植物的分佈情形, NASA 也發展出了一套能監測大地起伏的研究計畫。

美國加州的圖來里盆地(Tulare Basin) 是中央山谷的一部分,這個山谷雖然只佔了美國整體農地的 1% ,卻生產了美國全年 40% 的蔬菜水果及堅果,而能有如此成果都拜賜于廣泛的降雨及普遍的地下水抽水設施

然而近幾年,圖來里盆地的地下水位卻逐年下降,目前新挖的井需鑽到 1,000 公尺深的地下才能挖到足夠的水資源。而目前對當地政府來說最重要的問題是:地下水位的下降是臨時性還是常態性?

地下水的高低常因降雨、居民抽水等情形而有所增減,究竟與環境氣候變遷有無關係,是處理問題前必須了解的內容,而這正是 NASA 的衛星可以派上用場的部分。

利用長年蒐集的地層高低衛星資料,以及地下水位對於大地起伏的影響,研究人員便可繪製出地下水位的變化情形。同時將明確的降水事件排除(例如春天融雪造成之水位上漲、農耕時期的抽水造成水位下降),如此便能分析地下水位是否受到氣候變遷影響。

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被動接收資訊也能預測未來?

在利用衛星資訊這塊領域,台灣的研究團隊也不惶多讓。國家太空中心在 2019 成功發射了「福衛七號」衛星,更加推進了台灣的太空實力。

福衛七號是一顆設計來蒐集大氣資訊的衛星,他的運轉軌道高度並不算高,大約 700 至 800 公里,而這個高度正是蒐集資訊的好位置。福衛七號能接收更高軌道衛星發射的電波 (約 20000 公里) ,並根據此電波訊號在大氣中受到的折射影響,進而分析出大氣中的溫度、水氣、壓力等天氣相關資訊。

根據接收電波角度的不同,便能分析不同高度的大氣中的資料。中央大學大氣系的團隊即是利用衛星蒐集來的資料進行模型設計,這項研究讓颱風路徑預測進步了 5% 的準確度。

除了福衛七號,預計於今年發射的「獵風者衛星」同樣也搭載著監測天氣狀況的使命。預計的運轉軌道相較於福衛七號低了約 100 至 200 公里,獵風者衛星並非設計來接收來自高處其他衛星的電波,而是要接收從地面發射的電波

由於接收的大氣資訊更加靠近地面,也更靠近大氣中的對流層,加上獵風者衛星的幫助,台灣的天氣預測在未來絕對能有更進一步的發展。

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參考資料:TechCrunchNASANASA國家太空中心首圖來源:Flickr