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2022-10-01結合電磁波以掌握 環境訊息的遙測技術 634 期

Author 作者 林唐煌/中央大學太空及遙測研究中心特聘教授兼主任。

Take Home Message
• 電磁波不需要介質就能傳遞能量,因此被廣泛應用於通訊相關領域、衛星遙測中。
• 遙測是應用電磁輻射傳送過程中,不同頻率的電磁波與大氣、海洋、地表間的能量交互作用,計算目標物與所經路徑的物理性質。
• 衛星遙測能在短時間觀測大範圍地區,並提供全球尺度的觀測資料,讓人們能直接檢驗全球與區域範圍的現況,提供相關監測與防治措施的參考。

「電磁波」(electromagnetic radiation)能以波的形式傳遞能量,這類型的能量傳遞不需要介質,即使在真空中也可以傳遞,因此被廣泛應用於通訊相關領域。另外,電磁波也可以視為光子形式的輻射能量,又被稱為電磁輻射。根據黑體輻射(black-body radiation)原理,只要是絕對溫度大於0 K 的物體就能發射電磁輻射,輻射能量則屬於頻率(波長)的函數,頻率(波長)愈高(短)則輻射能量愈強。

電磁輻射的頻率(波長)與輻射源的能量或溫度大小相關,例如太陽的絕對溫度如為6000 K,最大輻射能量的波長約為0.48 微米(μm),屬於可見光波段;地表300 K 的絕對溫度,最大輻射能量波長約為10 微米的熱紅光外波段,這也是地球系統常用來測量人體或一般物質溫度的波段。電磁波波長範圍是無限的,一般常用波譜由頻率(能量)高至低分別為伽瑪射線(或稱γ 射線)、X 射線、紫外光、可見光、紅外光、微波、無線電波。

電磁波在衛星遙測的應用

除了廣泛應用於通訊相關產業外,電磁波不需介質就能傳送訊息的特性,更適合應用於太空中運行的衛星遙測。基本上,遙測是應用電磁輻射傳送過程中不同頻率(波長)的電磁波與大氣、海洋、地表間的能量交互作用,如吸收、發射、散射、反射、透射等變化特性,計算目標物及所經路徑的物理性質。一般大氣中的不同成分會選擇性吸收特定頻率(波長)的電磁波,藉由此特性就能利用電磁波譜中不同頻道的組合,遙測出大氣中的各項參數。例如透過二氧化碳和水氣吸收頻譜所得的垂直溫度和溼度廓線等訊息,就能獲得涵蓋大氣與海洋的相關參數。

根據輻射原理結合輻射傳送方程式,可以模式化不同頻率的輻射能量與大氣中不同物質之間的交互作用,再經由衛星感測器頻道的選擇與組合,即可計算所需的大氣參數。……【更多內容請閱讀科學月刊第634期】