應用遙感探測技術研究海岸帶之物質傳輸與颱風影響

Abstract

台灣四面環海，人口居住多集中於西部平原沿海地區，密集的人為開發、大量陸源物質輸出、民生廢水與工業用水之排放讓近岸海洋環境遭受污染與破壞的威脅，而未來在全球暖化的影響下，極端天氣事件的發生與海水面上升會帶來更大的海岸災害。本研究將台灣近岸海洋環境未來可能面臨之問題針對下列兩個方向進行遙感探測技術發展：海水表面物質傳輸與颱風對近岸海洋環境之影響。 沖淡水團所攜帶的陸源物質中含有大量的懸浮粒子，然而粒子粒徑分布是影響光學海洋學和海洋環境的一個重要因子。粒子的特性，可能會影響水體的固有光學性質（IOPs），例如背向散射係數bb，根據米氏散射定律，不同的粒子粒徑對於不同波長的光線會產生不同的前向散射與後向散射比。此外，海洋粒子的大小能夠決定入射海中太陽光的百分比，將影響初級生產力及生態系統中的生物分布。本研究之現地資料量測工作在高屏溪口沿海及河口延伸向小琉球外海方向，高屏溪在台灣的河流中有沉積物和河流流量變化大之特性，在此區域中進行現地資料量測有機會量測到高變化量之水樣，例如：葉綠素濃度、總懸浮物質濃度、IOPs和粒子粒徑分佈等變化量。在同一時間量測水面上的遙測反射率，經由船載水面高光譜量測儀器量測資料，用於反算IOPs和水體水質狀況以及檢驗IOPs與粒子粒徑分布之關係。 然而，河海交界系統中的高濃度懸浮物質是沖淡水團經由河口傳輸至海中，所以沖淡水團動力系統直接影響河海交界系統中的藻類、海洋基礎生產力、含氮物質、汙染物與其他物質的分布。本研究利用具有每日再訪軌道的福衛二號獲取高屏河口高空間解析度(8m)之衛星影像進行高屏河口沖淡水團時空分布之研究。高屏溪是台灣最長的河川，其輸出之懸浮物質含量為世界河川平均值之兩倍。如同其他河川的沖淡水團一般，高屏河口沖淡水團時空變化同樣受到季節、潮汐、雨量、河川流量、表面風場、表面洋流與極端天氣事件(颱風、暴雨)影響。為了清楚的瞭解影響沖淡水團時空分布之各項因子所扮演之角色，本研究從2005年到2008年中雲覆率低於30%之衛星影像利用福衛二號影像自動處理系統進行幾何糾正與相對輻射校正。經幾何糾正與相對輻射校正後套用最大似然率法分類，將水體分為沖淡水團、混合水體與離岸水體三類。分類結果將討論沖淡水團大小、方向、混合水體的鋒面圖形與前述各項環境因子的關係。根據資料觀察之結果本研究提出以下結論，高屏溪的河川流量與集水區內的降雨量有高度的相關性，沖淡水團的大小主要是受到河川流量與降雨兩項因素的影響。沖淡水團以外到外圍的離岸水體之間的混和水體的分布情況經常出現鋒面的圖形，根據各項因子分析結果發現風場與洋流的方向夾角皆為90度以內，由此發現風場方向與表面洋流方向容易造成鋒面的圖形出現。最後，颱風事件造成的沖淡水團平均分布距離為 6 km，約為沒有颱風事件時平均值的4倍。 為了補足福衛二號影像時間解析度不足，並且觀察沖淡水團之動態變化，本研究利用地球同步海洋水色成像儀（GOCI）每天提供八幅時間解析度為一小時之影像進行海水表面物質傳輸監測，利用GOCI高時間解析度衛星影像反算海面物質傳輸，利用正規化交相關法與相位相關法計算GOCI Level 1B影像之綠光波段，推導海水表面物質傳輸徑線。再以2013年Soulik颱風襲台的事件為例，運用雷達衛星與地球同步海洋水色衛星，雙衛星觀測結果評估颱風對近岸與海洋環境所造成之影響。總結本研究之成果與發展之遙感探測技術，對於未來全球氣候變遷可能顯著增強之全球暖化、海岸變遷與極端天氣事件影響可以提升防災、減災的效果。根據上述之研究成果，分析遙測技術應用於海岸帶之優勢與挑戰性並評估未來研究發展之方向。

Date of Award	2016 Jan 26
Original language	Chinese
Supervisor	Cheng-Chien Liu (Supervisor)