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豪大雨及颱風預報更準確 觀測優化GPS定位導航
 

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

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不論是飛航、行車或船舶的導航都是透過衛星引導,而衛星通訊可能會受到干擾與影響,容易導致GPS定位偏移程度不一,產生誤差值,所以優化即時監測與預報系統可以讓導航系統更準確。

中央大學、成功大學團隊分別與國研院太空中心合作分析,從福衛三號與福衛七號進行大氣層及電離層的觀測,讓激烈天氣預報更準確,以及優化GPS定位導航。(攝影/陳復霞)
中央大學、成功大學團隊分別與國研院太空中心合作分析,從福衛三號與福衛七號進行大氣層及電離層的觀測,讓激烈天氣預報更準確,以及優化GPS定位導航。(攝影/陳復霞)

台美大型國際合作計畫福爾摩沙衛星七號預訂2019年發射升空,接替福衛三號的掩星觀測任務。中央大學、成功大學分析福衛三號資料,發現可改善豪大雨期間降雨強度及位置的預報以及極短期降雨預報準確度,並有助於預測颱風之形成及改善路徑預報;另外,也可計算出太陽風暴所造成電離層擾動對GPS定位導航產生的定位誤差,未來可用於提升新世代飛航導引系統之準確性,藉由GPS導航讓飛機於機場起降能更密集、有效率。

福衛三號星系氣象衛星於2006年發射,迄今收集全球超過1千萬筆(大氣6百多萬筆和電離層4百多萬筆)資料,已提供88個國家、超過3,800位專家學者進行氣象預報、氣候變遷、太空天氣與其他相關科學研究使用。台美合作的福衛七號能延續福衛三號的作業型星系氣象衛星。福衛七號將佈署6枚衛星於高度550公里、傾角24度的軌道,繞行地球一圈約97分鐘,每日可提供在南北緯50度間約4,000筆掩星資料,資料量約是福衛三號的3~4倍,大幅增加包含台灣在內的低緯度地區氣象及電離層觀測資料。

福衛三號與福衛七號都是利用掩星技術來進行大氣層及電離層的觀測。掩星資料可透過氣象資料同化系統進入數值氣象模式,改善氣象預報準確度。中央大學大氣科學系楊舒芝副教授團隊以自行開發的「區域資料同化系統」進行觀測同化與降雨預報,發現福衛三號資料可大幅提高數值氣象模式中水氣傳輸與分佈的預報準確度,進而有效改善豪大雨強度與位置的預測;若進一步搭配台灣雷達資料,可改善極短期(6小時內)降雨變化預報。

中央氣象局於2009年開始使用福衛三號資料,加拿大、美國、英國、日本、澳洲、南韓、歐盟等氣象預報單位也均已將福衛三號資料納入其氣象預報作業系統中。

據以開發不受電離層擾動影響的定位導航系統

由成功大學林建宏教授團隊與美國國家大氣中心合作發展「太空天氣預報模式」,則是使用福衛三號資料預測太陽風暴對地球電離層的影響,不但完整呈現2015年3月太陽風暴所造成電離層擾動的全球影響,目前也已可預報三小時後全球電離層電漿密度變化情形。

GPS衛星從2萬公里高空對地表發射的電磁波訊號,會經過電離層和大氣層,一旦太陽風暴對電離層造成影響,就會造成地表接收到的GPS訊號產生誤差。國際上正在開發新世代飛航導引系統,藉由GPS導航讓飛機於機場起降能更密集、有效率,因此GPS導航系統不能有太大的誤差。運用「太空天氣預報模式」,可以計算出太陽風暴造成的電離層擾動對GPS導航產生的定位誤差;未來可據此進行回推修正,開發出不受太空天氣干擾的定位導航系統,避免新世代飛航導引系統因太陽風暴失去導航功能。

林建宏指出,太空天氣監測與預報系統的重點在於掌握距離地表100到1000公里的太空電離層內電漿分布與密度的變化,藉以避免對於交通工工具或緊急救災用的高頻無線通訊產生影響,或導致GPS訊號路徑偏折,大量減少或是收不到訊號,誤判行駛的差距。

福衛七號觀測能力更勝一籌

在氣象預報方面,福衛七號掩星觀測在空間分佈上更為密集並集中於熱帶及副熱帶位置,且新一代儀器準確度更高。掩星觀測對大氣溫濕度敏感度的提高,有助於掌握劇烈天氣系統生成初期的環境條件,進而改進天氣系統發展初期的預報。

在太空天氣預報方面,福衛三號是全球迄今最重要的電離層觀測資料提供者,目前世界上掩星觀測電離層的資料約有500萬筆,其中450萬筆來自福衛三號。未來福衛七號每30分鐘即可提供新的中、低緯度電離層觀測資料,更可大幅提高太空天氣預報的可行性。

美國NASA在2018年發射的兩個地球太空天氣任務(加州柏克萊大學負責的ICON與科羅拉多大學負責的GOLD),都將與福衛七號聯手進行太空天氣研究探索。

關鍵字: 福衛三號  福衛七號  GPS  定位導航  中央大學  成功大學  國研院 
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