你所不知道的非傳統的氣象數據收集方法

作者 | 發布日期 2016 年 08 月 09 日 13:05 | 分類 自然科學 follow us in feedly

我們看氣象預報時對於衛星雲圖,或是颱風期間常看到的雷達回波圖想必不會陌生。但你知道原來用在通訊或是導航的設備,轉變一下竟然也可以在原來設計用途之外,支援氣象數據收集的方式。以下分別介紹用微波和 GPS 訊號,要怎麼收集氣象資訊。



通訊商也可以跨行測量氣象

在即將發表的 2016 愛立信行動趨勢報告中,揭露他們與 Hi3G 以及瑞典氣象及水文研究院共同合作,研究將微波鏈路 (microwave backhaul links)) 用在測量降雨量的成果。電信商用在無線通訊的微波訊號,由於對降雨極為敏感,只要傳輸過程中穿越下雨的地區,訊號會減弱,所以能夠用來觀測實際的降雨狀況,輔助傳統氣象觀測方法。

相比其他的測量方法,雨量計最準但是只能測量小範圍的狀況,而氣象雷達範圍雖大但是有設置地點的限制,必須在海拔高於 500 公尺才有足夠準確度。微波鏈路能提供的測量時間間隔相當短,可以用 10 秒甚至更短的時間間隔記錄雨量,提供即時的測量數據,比較起來氣象雷達和雨量計更短。另外全球總共有 400 萬個微波站點,能夠涵蓋的範圍相當大。

儘管愛立信嘗試用微波用在氣象測量上,還沒有測試在商業上是否有可行性。不過,從技術層面來看,發現微波鏈路比起傳統的雨量計,以及氣象雷達,有其領先的地方,能夠更精準的測量雨量狀況。有些地方,像是肯亞有地方是畫眉草的產地,位處丘陵並不適宜設置氣象雷達,而且播種後 1~2 天就需要滋潤否則會長不好。微波鏈路在一些地方就有優勢了。

 

處處林立的基地台也能變身觀測站

不少發展中國家靠行動電話建立起他們全國通訊網路,除了人手一機之外,處處林立的基地台因而隨處可見。這些國家可能無力負擔設置傳統氣象站的成本,這時候因行動電話通訊網路而設立的基地台就派上用場了。國家氣象單位只要與電信商合作,這些基地臺搖身一變,變成氣象站了。

這些地方要怎麼讓基地台變身成氣象站呢?一般由於電信商有資源維護基地台狀況。加上氣象單位也會設置無人觀測站,原先就有模組化的氣象設備,包括常見測量氣壓、濕度、風速、風向的儀器都有了,佔的空間小,很輕易能額外安裝到基地台上。

更棒的是基地台屬於電信網一部分,當然有傳輸資料的功能,這些安裝在基地台的氣象設備,透過基地台回傳測量數據。

不過基地台的氣象站,測量到的數據,代表基地台周邊小範圍的天氣狀況。雖然測量儀器符合標準,有專家執疑放在基地台的方式並不符合世界氣象組織的安放標準。不過也有研究指出,將這些基地台氣象站的數據,與一般標準的氣象站數據比較,數據有正相關。

而手機這幾年性能越來越強大,也能夠成為輔助的工具,採用 crowd-sourcing 方式收集氣象觀測數據,補足不足的氣象站站點。

 

台灣之光的 GPS 掩星技術

而在今年 3 月時候,國家太空中心在福衛三號 10 周年的研討會上,提到福衛三號在氣象觀測上相當重要。除了配備一般常見的氣象觀測酬載,還有屬於無線電掩星一環的 GPS 掩星技術 (GPS radio occultation)。

不同於一般 GPS 訊號是由手機、GPS 機器接收,而是由比 GPS 衛星位置更高的衛星接收 GPS 訊號。假如 GSP 衛星跟更高層的衛星之間,由於大氣層雲層狀況,GPS 訊號經折射後,訊號的強度會不同,也就可以知道雲層的狀況了。GPS 掩星技術以特定的方式接受訊號,突破傳統 GPS 訊號從地面接受的模式,接受到的數據輔助傳統氣象衛星的觀測結果。

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▲ 福衛三號相當重要的 GPS 掩星技術,能夠觀測大氣的雲層狀況。

不論是原來用在通訊的微波,還是用在定位的 GPS 訊號,原來轉變一下就可以變成氣象觀測、預測的輔助工具。儘管技術成熟不一,商業應用的價值也不大一樣。但有了這一些另類的技術,相關氣象預報的結果也會越來越準確。

(首圖來源:By Omnisource5Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41316160)

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