成大與美共創新系統 太空天氣監測與預報將更快更準

【本刊訊】太空中的天氣對衛星通訊的影響甚鉅,而世界各國也積極投入太空的天氣即時監測,盼能推估衛星通訊可能受到的干擾與影響。

成功大學地球科學系教授林建宏與助理教授陳佳宏團隊,日前與美國國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)及國家太空中心(National Space Organization, NSPO)合作,以福衛三號蒐集的太空電離層資料,為即將升空的福衛七號建置全新一代的「太空天氣即時監測與預報系統」。其可預測全球定位系統(Global Positioning System, GPS)定位偏移程度並降低誤差,使導航系統更準確,而國際上正進行的新世代飛航導引系統也能從中受益,讓機場飛機起降更加密集、更有效率。

林建宏表示,除了太陽風暴與太陽無線電波爆發外,太空觀測資料不足也是該系統不容易建構的主因之一。以大家熟知的氣象報告來說,近年氣象預測準確率高,是因為有較充足的觀測資料供研判。雖目前的氣象資料平均一天4百萬筆以上,但太空觀測資料一天卻不到5萬筆。

福衛七號升空後,資料將大幅增加,太空天氣監測與預報的可行性也隨之提高而該系統的重點,在於掌握距離地表100~1000公里的太空電離層內電漿分布與密度變化。電離層的變化明顯受太陽風暴等影響,僅數十分鐘就會有很大的變化,可對船隻、飛機及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,使所接收到的訊號大量減少、甚至收不到訊號,進而導致定位誤差變大形成誤判,其差距可能從數十到數百公尺不等。

成大於2014年起投入太空天氣即時監測與預報研究,2017年建立系統雛型,並針對福衛七號升空建立起新一代系統,待升空後即可作業。為使即時監測與預報更為完善,除了有福衛七號蒐集到的觀測資料外,也進一步設計物理模式彌補觀測資料不足,並透過資料同化技術來修正觀測資料與物理模式可能產生的落差,以求得最佳的即時監測結果。未來,即時監測系統將置於中央氣象局太空作業辦公室,福衛七號蒐集到的太空電離層資料都會直接進入系統,再由中央氣象局公佈於網站,提供國內外GPS作使用。

全球目前利用「掩星觀測(Radio Occultation, RO)技術」得到的電離層資料約有500萬筆,其中多達450萬筆便來自已升空逾12年的福衛三號,是全球迄今最重要的太空電離層觀測資料提供者。而全球電離子分佈多在中低緯度(臺灣也在其中),臺美合作的福衛七號即負責該緯度範圍內的觀測工作,其繞行地球一周時間約97分鐘,每30分鐘可提供新的電離層觀測資料,所能提供的各式太空資料量將是現今的3~4倍,不僅快速,也將更有效率。

新聞來源
成大與美國合作 為福爾摩沙衛星七號建置新一代太空天氣監測與預報系統,成功大學新聞中心,2018年10月16日。

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