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豪大雨及台风预报更准确 观测优化GPS定位导航
 

【CTIMES/SmartAuto 陳復霞 报导】   2018年10月18日 星期四

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不论是飞航、行车或船舶的导航都是透过卫星引导,而卫星通讯可能会受到干扰与影响,容易导致GPS定位偏移程度不一,产生误差值,所以优化即时监测与预报系统可以让导航系统更准确。

中央大学、成功大学团队分别与国研院太空中心合作分析,从福卫三号与福卫七号进行大气层及电离层的观测,让激烈天气预报更准确,以及优化GPS定位导航。(摄影/陈复霞)
中央大学、成功大学团队分别与国研院太空中心合作分析,从福卫三号与福卫七号进行大气层及电离层的观测,让激烈天气预报更准确,以及优化GPS定位导航。(摄影/陈复霞)

台美大型国际合作计画福尔摩沙卫星七号预订2019年发射升空,接替福卫三号的掩星观测任务。中央大学、成功大学分析福卫三号资料,发现可改善豪大雨期间降雨强度及位置的预报以及极短期降雨预报准确度,并有助於预测台风之形成及改善路径预报;另外,也可计算出太阳风暴所造成电离层扰动对GPS定位导航产生的定位误差,未来可用於提升新世代飞航导引系统之准确性,藉由GPS导航让飞机於机场起降能更密集、有效率。

福卫三号星系气象卫星於2006年发射,迄今收集全球超过1千万笔(大气6百多万笔和电离层4百多万笔)资料,已提供88个国家、超过3,800位专家学者进行气象预报、气候变迁、太空天气与其他相关科学研究使用。台美合作的福卫七号能延续福卫三号的作业型星系气象卫星。福卫七号将布署6枚卫星於高度550公里、倾角24度的轨道,绕行地球一圈约97分钟,每日可提供在南北纬50度间约4,000笔掩星资料,资料量约是福卫三号的3~4倍,大幅增加包含台湾在内的低纬度地区气象及电离层观测资料。

福卫三号与福卫七号都是利用掩星技术来进行大气层及电离层的观测。掩星资料可透过气象资料同化系统进入数值气象模式,改善气象预报准确度。中央大学大气科学系杨舒芝??教授团队以自行开发的「区域资料同化系统」进行观测同化与降雨预报,发现福卫三号资料可大幅提高数值气象模式中水气传输与分布的预报准确度,进而有效改善豪大雨强度与位置的预测;若进一步搭配台湾雷达资料,可改善极短期(6小时内)降雨变化预报。

中央气象局於2009年开始使用福卫三号资料,加拿大、美国、英国、日本、澳洲、南韩、欧盟等气象预报单位也均已将福卫三号资料纳入其气象预报作业系统中。

据以开发不受电离层扰动影响的定位导航系统

由成功大学林建宏教授团队与美国国家大气中心合作发展「太空天气预报模式」,则是使用福卫三号资料预测太阳风暴对地球电离层的影响,不但完整呈现2015年3月太阳风暴所造成电离层扰动的全球影响,目前也已可预报三小时後全球电离层电浆密度变化情形。

GPS卫星从2万公里高空对地表发射的电磁波讯号,会经过电离层和大气层,一旦太阳风暴对电离层造成影响,就会造成地表接收到的GPS讯号产生误差。国际上正在开发新世代飞航导引系统,藉由GPS导航让飞机於机场起降能更密集、有效率,因此GPS导航系统不能有太大的误差。运用「太空天气预报模式」,可以计算出太阳风暴造成的电离层扰动对GPS导航产生的定位误差;未来可据此进行回推修正,开发出不受太空天气干扰的定位导航系统,避免新世代飞航导引系统因太阳风暴失去导航功能。

建宏指出,太空天气监测与预报系统的重点在於掌握距离地表100到1000公里的太空电离层内电浆分布与密度的变化,藉以避免对於交通工工具或紧急救灾用的高频无线通讯产生影响,或导致GPS讯号路径偏折,大量减少或是收不到讯号,误判行驶的差距。

福卫七号观测能力更胜一筹

在气象预报方面,福卫七号掩星观测在空间分布上更为密集并集中於热带及??热带位置,且新一代仪器准确度更高。掩星观测对大气温湿度敏感度的提高,有助於掌握剧烈天气系统生成初期的环境条件,进而改进天气系统发展初期的预报。

在太空天气预报方面,福卫三号是全球迄今最重要的电离层观测资料提供者,目前世界上掩星观测电离层的资料约有500万笔,其中450万笔来自福卫三号。未来福卫七号每30分钟即可提供新的中、低纬度电离层观测资料,更可大幅提高太空天气预报的可行性。

美国NASA在2018年发射的两个地球太空天气任务(加州柏克莱大学负责的ICON与科罗拉多大学负责的GOLD),都将与福卫七号联手进行太空天气研究探索。

關鍵字: 福卫三号  福卫七号  GPS  定位導航  中央大學  成功大学  Dressing udstyr 
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