105年測計學概要第四題參考解答

有人說今年的普考考了向日葵衛星的題目，真是太神奇了！以下是題目：

說明日本向日葵 8 號(Himawari-8)地球同步衛星之特色,以及其和先前的 MTSAT (Multi-functional Transport Satellite)地球同步衛星的異同之處。

雖然我沒有考普考，不過我還是想試試把答案寫出來：

全球降水觀測計畫看尼伯特

尼伯特颱風侵襲台灣之前，NASA在發表了一個影片，並且寫下一段說明文字：

The GPM core observatory satellite flew above Nepartak on July 4 at 2151 UTC (5:51 p.m. EDT). GPM identified very tall thunderstorm towers near the center of the intensifying tropical storm. These tall thunderstorms called "hot towers" were found to reach heights of 17.0 km (about 10.5 miles). Those storms were dropping rain at a rate of over 193 mm (7.6 inches) per hour. Credit: NASA/JAXA/SSAI, Hal Pierce

GPM的全名是Global Precipitation Measurement Mission，中文直譯為全球降水觀測計畫，這計畫是一個國際合作的觀測計畫，由一個核心星( GPM Core Satellite)以及其他數顆衛星共同觀測。在GPM核心衛星上有2個主要儀器，一個是由美國NASA負責的GPM微波輻射計(GPM Microwave Imager, 簡稱GMI )，另一個是由日本JAXA所負責的雙頻降雨雷達(Dual-Frequency Precipitation Radar,簡稱DPR)。前面的動畫即是是來自GPM衛星的DPR的觀測所做成的立體影像。

新世代地球同步衛星——卷雲頻道（續）

這是MODIS Airbone Simulation（MAS）的圖，中間的這張是1.88 μm（它的特性跟1.37μm十分相似，因此使用MODIS 1.88 μm的資料來說明），很明顯看到兩條捲雲帶，在可見光（左圖）和紅外線（右圖）都不明顯

　　與一般近紅外頻道不同，捲雲頻道的特性是在地表面為雪、草和沙塵，反照率大約都相同。通常，近紅外頻道的反照率35％和50％之間，當捲雲覆蓋在雪地或乾燥的大氣環境時會很難分辨。但是捲雲頻道沒有這樣的困難，因為它會受到水汽吸的影響。

新世代地球同步衛星——卷雲頻道

比較VIIRS 0.672μm（左圖，波長為紅光頻道）及1.378μm（右圖，捲雲頻道）的差別。沙塵(dust)在1.378μm較明顯。

　　波長1.37μm為“捲雲”頻道，屬於近紅外波段，能夠在白天檢測非常薄的卷雲（由於捲雲透光，不容易被可見光頻道觀測到，而地表的長波輻射也能夠穿透捲雲，衛星觀測到的亮度溫度亦會較高而誤判其高度）而得到這稱號。

新世代地球同步衛星——植被頻道（續）

NPP的VIIRS M7頻道（0.865μm）的觀測資料。分別是加州林林大火發生前後的影像（左圖August 13, 2013，右圖August 30, 2013）。

從上一篇文章可以知道0.86 μm能夠清楚的分別地面和海面，但還有另一個延伸出來的功能，可能定義火災和洪水的潛勢（determining fir and flood potential）。 文件上的文字如此說：

For example, following significant fire damage, water is more likely to run off, and less likely to be absorbed into the soil surface, hence decreasing the amount of rain needed to produce flooding, dangerous landslides and debris flows.

若是照字面上直譯：

例如，顯著火災損壞之後，水更容易容易產生涇流，並且更不容易被吸收到土壤表面，因此減少了產生洪水、危險的山體滑坡和泥石流災害需要的雨量。

以上的內容來自GOES-R的文件《GOES-R ABI Fact Sheet Band 3 (The “vegetation" near-infrared band) The “need to know” Advanced Baseline Imager reference guide for the NWS forecaster》

新世代地球同步衛星——植被頻道

AHI 0.86μm在2015年01月25日的影像，不但可以看到雲，還有地形。圖中很明顯的可以分辦出日本的九州和四國兩個大島。

　　0.86 μm波長比紅光（0.6μm）的波長稍長，屬於近紅外線頻道（Ｎear-infrared band），但是特性跟可見光頻道一樣，只能夠在白天提供反照率的資料，晚上沒有作用。功能與可見光頻道相同，看雲、看霧、看空氣中的氣溶膠。另外它可以用來計算植被指數（NDVI）可以辦識綠地，植物茂密的地方會顯得特別明亮。因此它的別名是蔬菜植被頻道（veggie band）（註）。

　　以上的內容來自GOES-R的文件《GOES-R ABI Fact Sheet Band 3 (The “vegetation" near-infrared band) The “need to know” Advanced Baseline Imager reference guide for the NWS forecaster》

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註：上個世紀的英漢字典（新世紀英漢詞典，遠東出版，1998年6月出版）並沒有veggie這個單字，而網路上的說明是這字與vegetarian同義，名詞：蔬菜、素食主義、素食主義者，但是將veggie band稱為素食頻道或蔬菜頻道當然是玩笑，"植被"頻道才是正經的說法。

即時提供向日葵衛星影像的網站

中央氣象局網頁上之向日葵衛星雲圖

目前在網路上可以看到AHI影像的地方大約有以下幾個：

新世代地球同步衛星——紅色可見光頻道

這是模擬ABI的True Color，使用紅光，藍光及第3頻道

　　ABI的第2頻道（在AHI是第3頻道）波長0.6μm是紅光頻道，我們平常很熟悉的“可見光頻道”，在MTSAT-2的五個頻道中唯一的一個可見光頻道即時這個頻道。

新世代地球同步衛星的——藍色可見光頻道（續）

第一張真實色彩的衛星雲圖，ATS-III於1976年拍攝

根據色彩學的原理，或者使用Photo Shop得到的心得，利用RGB三種顏色就可以混合成所有的顏色。同樣的道理，將衛星的藍光、綠光和紅光頻道的觀測資料疊合在一起，可以用電腦螢幕顯示出彩色的雲圖，而且十分接近人眼所看到的地球，稱之為真實色彩（true color或nature color）衛星雲圖。

新世代地球同步衛星——藍色可見光頻道

上圖為NPP 的可見光頻道的觀測影像，左圖為近藍光0.488μm（左）右圖為紅光0.672μm（右）。可以注意到煙塵（smoke）在近藍光0.488μm頻道中的較為顯著。這張圖的為南美洲。

第1頻道是藍色可見光頻道，是ABI中2個可見光頻道中的一個（註1），中心波長為0.47μm，可以用來監測大氣中的氣溶膠的分布情況。在Suomi-NPP衛星的VIIRS和AQUA或TERRA衛星上的MODIS都有藍光頻道（註2）。

向日葵衛星的16個頻道

JMA網站上的表格

AHI的16個頻道排列的順序是按照電磁波波長的長短，短的排前長的排後，如上表所示。

向日葵8號

中央氣象局官網的向日葵8號可見光雲圖

        去年剛開始廣播的衛星名字叫“向日葵8號”，日文的英文拼音是himawari，懂日文的朋友說，hi是“日”，mawari是“跟著轉”，言下之意即“向日葵“，有時在網頁或文件內會直接簡寫成H8。有人可能會想到，那1～7號呢？其實有的，剛退役的MTSAT-1R和MTSAT-2就是搭載在6號和7號上，以及再之前的GMS-5...以此類推（參考網址）。

故事從一顆人造衛星開始

中央氣象局官網的截圖

　　中央氣象局在官網上列出了2015年最重要的十件事，颱風把雷達斷頭的慘案竟然列在第一條，而完全忽略了氣象科技的一大進步：新一代地球同步衛星向日葵8號衛星的正式廣播，以及上一代地球同步衛星MTSAT-2的正式退役。