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對抗氣候變遷 光電科技打頭陣
 

【CTIMES/SmartAuto 報導】   2020年03月25日 星期三

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全球專家們憂心忡忡地呼籲各國重視全球氣候和環境變化,而光電與光學專家則藉由最先進的光學儀器對全球的冰層、水、氣體,以及生物圈廣泛地測量,以評估我們這顆星球的健康狀況。

光電協進會(PIDA)指出,對地球環境的光電感測可分為三大類。雷射測距擅長於量化固體(例如冰層)如何增加或減少高度。光譜成像則從影像中的每個像素收集完整的光譜數據,揭示健康與生病的動物在其棲息地中的樣貌。而且,由於技術進步讓器材可攜性大為提升,因此各種雷射光譜技術可以擺脫笨重的儀器而在野外測量,有助於瞭解大氣氣體分佈。許多技術既可以用於氣象模型的日常天氣感測,也可以用於長期氣候趨勢的追蹤與評估。

近50年來,科學界一直在拍攝衛星影像,以了解地球冰層的水平範圍。積雪覆蓋的冰會反射大部分波長的光,與海洋和陸地不同,因此很容易測量出表面積。但是從另一方面來看,如何測量冰層的厚度就有問題了,因此,美國太空總署(NASA)的科學家在設計新的量測衛星ICEAat-2,就為它配備了雷射光達(lidar)的軌道平台,用在進行此類測量。

NASA專家表示,在設計ICESat-2任務時,就已經知道需要測量冰川和冰層高度變化,還需要測量海上浮冰的高度,這時就需要用到可對地球掃描的雷射光達。NASA最初使用最初的ICESat衛星對冰川照射雷射,這顆衛星從2003年運作至2009年,直到最後一個雷射失效為止。從ICESat的資料顯示,格陵蘭和南極冰原的冰川收縮速度快於預期,而2004年至2008年之間,高山冰川與冰層的融化貢獻了海平面上升的三分之一。像其前身一樣,ICESat-2於2018年9月在美國加州發射升空,它處於近地軌道,每年用它的高級地形雷射高度儀系統(ATLAS)觀測地球四次。最初的ICESat遇到雷射問題,因為它的雷射光達被設計為以相對較慢的40 Hz重複頻率發射高能量(大約100 mJ)的脈衝。相比之下,ATLAS的固態雷射之每個脈衝以10 kHz的重複頻率發出1 mJ的脈衝。低脈衝能量需要較精密的感測設備,而這時光子計數檢測器就派上用場。

PIDA指出,NASA最初的ICESat遇到雷射問題,因為它的雷射雷達被設計為以相對較慢的40 Hz重複頻率發射高能量(大約100 mJ)的脈衝。相比之下,ATLAS二極管泵浦的固態雷射器每個脈衝以10 kHz的重複頻率發出1 mJ的脈衝。由於採低脈衝能量的雷射,因此還需要光子計數檢測器的輔助。像其前身一樣,ICESat-2的用途在於測量冰層高度與海冰量。

然而,在很多時候,衛星正在飛越沒有冰的區域。因此,NASA團隊已經設計了使用ICESat-2來測量樹梢高度與森林地面高度,藉此來測量森林植被的品質。NASA甚至還為智慧型手機開發了一套稱為GLOBE Observer的 APP,鼓勵大眾安裝此程式,協助測量當地樹木的高度,以便與ICESat-2測量結果進行比較。ATLAS還可以透過深達30 m的水域進行觀察。

截至2019年5月,NASA已經發布了ICESat-2的第一批資料集,提供給美國國家冰雪資料中心,該資料中心是儲存此類訊息的美國檔案館。根據統計,在三個月內,已有800多個用戶下載了將近50萬個資料集。

關鍵字: PIDA 
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