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微脈衝雷射雷達測站

背景說明

地面空氣品質監測網雖然能夠提供地面以及區域性的特性,但卻無法解釋垂直方向上懸浮微粒 (又稱氣膠) 分布特性。有鑒於此,光學遙測技術於長時間持續監測垂直方向氣膠光學特性,提供污染物在垂直剖面上隨時間演變上強而有力的助益。

微脈衝雷射雷達 (Lidar),是英文「Light Detection and Ranging」(可見光偵測和定距)的縮寫及音譯,為目前最受廣泛使用的氣膠光學遙測技術之一,技術概念源自於氣象用雷達 (Radar),由史丹佛大學開發,仿效雷達將電磁波以定向定點發射至大氣中,藉由接收回波訊號,計算出該物體之位置、高度、光學特徵;通過紅寶石晶體 (Ruby crystal) 作激發源,單次5萬瓦之能量巨脈衝 (Giant-pulse),光波段 1064 奈米雷射,1953 年第一部微脈衝雷射雷達在實驗室中誕生,並於 1964 年首次投入大氣觀測實驗;1967年微脈衝雷射雷達技術推廣至大氣污染物監測,就此展開漫長的技術升級與演進。回首過往,如今微脈衝雷射雷達技術已不可同日而語,當前微脈衝雷射雷達已被廣泛應用於各類環境監測領域,其中包括:氣膠、雲、臭氧及微量氣體之垂直監測與研究;甚至可用以解析各類氣象現象如:大尺度鋒面系統、颶風、山谷風、邊界層氣象;同時亦可了解高層大氣如:平流層臭氧與平流層冰晶雲。

測站沿革

美國 NASA 於 1990 年代開始提出利用微脈衝雷射雷達針對大氣污染物剖面觀測概念,於 1993 年由戈達太空與飛行中心 (Goddard Space Flight Center) 團隊開發之第一代彈性散射微脈衝雷射雷達,以全自動化與連續監測為首要目的,並且兼顧儀器安全、操作簡易及運作穩定等優點。環保署自 2002 年起引進美國 NASA 微脈衝雷射雷達技術進行中壢上空氣膠特徵觀測,其成果有相當豐富。並於 2005 年起環保署評估微脈衝雷射雷達背景測站之建置,開始建置一組微脈衝微脈衝雷射雷達 (Micro-Pulse Lidar, MPL) 測站於中壢中央大學。由於光達系統經過十年運作趨於老舊,環保署分別於 2015 和 2016 年購入Sigma 公司新一代MPL 系統,共計三台,除了更新原先於中央大學的舊型MPL外,並逐步設置於中部(西屯)與南部(左營)兩個新MPL測站,已於2018年完成北、中、南三點的臺灣光達觀測網之配置規模。2020年環保署再次採購三部新一代MPL,全台共計有六部MPL,搭配空氣品質監測目的,提供更完整且機動的觀測部署,取得臺灣上空氣膠垂直分布資料。

環保署微脈衝雷射雷達測站實景
【環保署微脈衝雷射雷達測站實景】
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光達回波 (NRB)

微脈衝雷達觀測數值。概念上可稱光達回波,為發射的雷射光經由大氣散射回接受器的光子數量,數值愈大代表高度有較高的大氣成分。數值越大,即氣膠濃度越高,顏色顯示則越接近紅色;反之,數值越小,即氣膠濃度越低,顏色越接近藍色。而通常當雷射光遇上雲,反射訊號較強,基本上是以白色呈現

消偏振比

微脈衝雷達觀測數值。為雷射光碰到氣膠的偏振行為,數值愈大表示氣膠形狀愈不規則,如沙塵、雨滴;數值愈小則表示形狀愈對稱,如雲滴、老化的氣膠。

圖解微脈衝雷射雷達圖

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測站:
資料日期:
2018/10/3 MPLNET Data