- 老天啊～我真是搞不懂你！ (三) 氣象觀測（Meteorological Observation） 2010/12/22
老天啊～我真是搞不懂你！ (三) 氣象觀測（Meteorological Observation）
國立台灣師範大學科學教育研究所李亭誼研究生/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
（三）雷達觀測
若想對颱風、鋒面等天氣系統的即時降水強度或降水區域的變化有所了解，就必須仰賴氣象雷達對天氣系統內部降水強度及結構進行觀測，以利進行氣象預報。氣象雷達本身含有電波發射器與接收器，偵測天氣系統內部的降雨強度是利用天線發射高能電磁脈波至欲觀測的系統中，當這些電磁脈波碰到系統中的水滴時，降水會造成電磁脈波反射及散射，再由雷達的天線接收這些回波，即是降水回波強度。再利用反射原裡依據微弱電磁回波以及電磁脈波間頻率變化，計算出降水在雷達發射波束方向上的移動速率，即為降水徑向速度。- 老天啊～我真是搞不懂你！ (二) 氣象觀測（Meteorological Observation） 2010/12/22
老天啊～我真是搞不懂你！ (二) 氣象觀測（Meteorological Observation）
國立台灣師範大學科學教育研究所李亭誼研究生/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
(二）高空觀測
地面觀測只能獲得近地表的氣象資訊，然而由地面垂直往上各高度的氣象資料會影響地表附近的氣象變化，若能瞭解大氣垂直的狀態，可掌握大氣垂直穩定度變化以及天氣系統之內在結構，能讓我們對於天氣系統之發展與變化的預測提高，進而提升預報的準確度。另外，這些高空觀測資料亦可提供民航局做為飛航安全評估之用，或是提供環保署對空氣汙染物擴散狀態與變化的參考，以做為空氣品質預警的依據。- 老天啊～我真是搞不懂你！ (一) 氣象觀測（Meteorological Observation） 2010/12/22
老天啊～我真是搞不懂你！ (一) 氣象觀測（Meteorological Observation）
國立台灣師範大學科學教育研究所李亭誼研究生/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
雖說「天有不測風雲，人有旦夕禍福。」，但是從古至今關於氣象的觀測，人們仍不斷地致力研究與突破。影響氣象預報的準確性，最重要的一個環節就是氣象觀測資料的收集。氣象觀測資料的密集程度與準確度，都會大大地影響數值預報的結果。所以為了提高氣象預報的準確性，就必須對大氣的觀測與測量有所瞭解。 Continue reading →- 中尺度影像光譜儀(MODIS) 2010/12/22
中尺度影像光譜儀(MODIS)
國立苗栗高級中學地球科學科劉承玨老師/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
大氣的觀測大致分為地面、高空以及衛星遙測數種，衛星遙測隨著科技日興月異，常有新的發展，也是我們較不熟悉的項目。因此，將簡單介紹在大氣觀測上極為重要的衛星遙測感應器-中尺度影像光譜儀(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS)，主要用來研究與預測全球尺度下自然及人為所造成的變化，此遙測系統具有相當高的空間跟時間解析度，其龐大的資料量可提供大氣或環境相關研究相當有用的資料來源。 Continue reading →- 光達 2010/12/22
光達 (Light Detective Raging, LIDAR)
國立苗栗高級中學地球科學科劉承玨老師/國立臺灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯氣象觀測根據觀測方式分成地面觀測、高空觀測以及遙測。遙測中最常被使用且為人所知的是衛星雲圖，而光達是另一種遙測，顧名思義，光達 (Light Detective Raging, LIDAR)和光有關係，故又被稱作雷射雷達，為一種主動式(active)的遙測系統，運作方式與一般所認知的雷達相似，主動打出雷射光穿透大氣層，再藉由分析接收器接收散射或是反射回來的回波(參閱圖1和圖2)，用於氣膠濃度及其性質、大氣溫度、卷雲、邊界層高度等科學研究。
圖1：光達系統簡介圖
圖2：光達結構示意圖
與雷達的主要不同處在於雷達使用之輻射波段主要在微波波段，而光達使用之輻射波段介於紫外線到紅外線之間。光達系統接收來自Z距離之回波，在相關的觀測數值計算中，較重要的變數有：
λL：雷射光波長，PλL：雷射強度，Pλ(z)：波長λ的雷射光從z高度反射回來後測量到的訊號，Aλ、ξ(z)皆為校正所需之數值，βλ(z)：λ波長的光對於介質為彈性(如Rayleigh或Mie散射)或非彈性(如Raman散射)背向散射的係數；T則為穿透率，與空氣的特性有關。由光達方程式可衍生出許多氣膠光學性質的敘述，以下說明利用光達訊號所得之各項參數及其代表之氣膠特性。
1. 背向散射比(R)
背向散射比(R)主要代表光達發射出的雷射光，經過氣膠粒子的散射或反射之後，在180度方向的訊號R為背向散射比，βp及βa分別為氣膠及空氣分子的背向散射訊號。背向散射比的強度主要決定於氣膠的散射截面積，而散射截面積主要受到兩個因子的影響，一為氣膠濃度，當濃度越高，反映出之截面積越大；另外氣膠粒子的大小也會影響散射截面積；在同樣的氣膠濃度下，粒徑較大的粒子或是粒子的凝結成長也都會造成較大的散射截面積。
2. 消偏振率
消偏振率主要是垂直方向的偏振光對於平行方向偏振光之比率，我們可以定義氣膠及空氣分子的總消偏振率為TDP，當求出之消偏振率越大，代表粒子形狀越不規則，而粒子若接近於球形，消偏振率會趨近於0。各種氣膠粒子的消偏振率變化甚大，乾燥的硫酸鹽結晶約為2%，亞洲沙塵可以從5%到30%，生質燃燒約為6-11%，海鹽則為8-22%。因此我們可以從光達偵測到的不同DP值，推測空氣中的氣膠粒子成分。
3. Ångström exponent (α)
Ångström exponent主要代表粒子之大小，當α越大，代表粒子越小，而α越小，則代表較大的粒子。Reid et al.(1999)、Eck et al.(1999)等科學家皆發現累積模的氣膠粒子α大於2，而Eck et al. (1999)和Sakai et al. (2002)則發現粗模的氣膠，如撒哈拉沙漠及亞洲沙塵，α值會接近0。4. 邊界層高度
邊界層為大氣中最接近地表的部份，受到地表人為或自然活動影響甚鉅，且由於對流和動力的擾動，使得邊界層的成分會受到混合(Seibert et al.，2000)。而邊界層的高度和空氣品質有相當大的關係，Turner(1969)就發現，當混合層高度較低時，空氣品質受氣膠的影響大而較差。然而，邊界層高度的變化會隨時間和空間而變動，邊界層高度測量主要是利用逆溫儀或是風速之不連續來判斷。但是，環保署所設置的逆溫儀有1公里之觀測高度限制，而依據風速之不連續判斷存在不確定性。因此，開始有人利用光達來觀測混合層的高度(mixing layer)。由於氣膠受到邊界層上逆溫的限制，大部份的氣膠會集中在邊界層內或是混合層之下，因此找出氣膠濃度差異最大的高度，即可定義為混合層高度(mixing height, MH)。
參考文獻
中研院環境變遷中心大氣氣膠實驗室http://www.rcec.sinica.edu.tw/~cgchou/lab/
維基百科-LIDAR http://en.wikipedia.org/wiki/LIDAR
http://www.lambdaphoto.co.uk/applications/100.210
http://jp.hamamatsu.com/en/rd/technology/energy/lidar.html
劉承珏，2009.1，以光達觀測分析台北之邊界層與氣膠特性- 西南氣流實驗(SoWMEX) 2010/12/22
西南氣流實驗(SoWMEX)
國立苗栗高級中學地球科學科劉承玨老師/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
台灣位於副熱帶，是亞洲地區十分顯著之季風區。因此，台灣春末和夏季常有豪雨現象，包含梅雨季鋒面伴隨豪雨系統(5-6月)和颱風季豪雨系統。為了對這樣的降雨現象有更深入的了解，國科會和中央氣象局便展開了所謂的西南氣流實驗(SoWMEX, Southwest Monsoon Experiment)。SoWMEX於2008 年5 月15 日至6 月30 日與美國國家科學基金會資助的地形季風降雨實驗計劃(TiMREX)共同舉行實地密集觀測。- 地球工程(geoengineering) 2010/12/22
地球工程(geoengineering)
國立台灣師範大學科學教育研究所李亭誼研究生/國立台灣師範大學科學教育研究所許瑛玿教授責任編輯
面對全球氣候的變遷議題時，有些科學家嘗試透過改變大氣的運動或成分，來減緩或扭轉全球氣候變化的趨向。此種人類利用現代科技大規模地影響地球環境與氣候的工程學，稱作「地球工程(geoengineering)」。 Continue reading →- 共伴效應 2010/12/22
- 老天啊～我真是搞不懂你！ (二) 氣象觀測（Meteorological Observation） 2010/12/22
