環境能源

淺談航空攝影測量技術於空間資訊之防災應用
國立臺灣大學土木工程研究所周君芸

臺灣位處歐亞板塊交界，地震頻仍，而近年全球氣候快速變遷，出現極端氣候問題，使乾、濕季節更為分明，乾季易發生乾旱，濕季亦因豪大雨造成淹水，在自然現象劇烈交互作用下，水災與土石流警戒指數節節高昇，天然災害發生頻率與損失更甚以往。此外，臺灣地窄人稠，土地資源有限，工程建設與開發不斷擴張。為建立人與自然之平衡關係，此時，便需要有效率之監測方法以預防災害或是彌補災害。

科技與時俱進，不斷突破傳統藉由人力進行地面調查與測量之限制，即使道路崩塌、受土石掩埋或崩塌範圍廣大等，可藉由航空攝影測量收集到第一手之災害資訊。如圖1所示，為航空拍攝崩塌地影像三期示意，(a)為崩塌前影像，(b)為崩塌後影像，(c)為災後整治之恢復影像，而由拍攝影像清楚可知崩塌範圍涵蓋以及實地重建狀況，使人無須親臨現場而身歷其境，其亦是航空攝影測量方法優點之一，然而，這並非航空攝影測量最大優點，嚴格來說，圖1之三期影像為一般攝影結果，因該圖尚不具幾何關係，因此尚且不能稱之為航空攝影測量影像。

圖1、航空拍攝崩塌地影像[引用自行政院農業委員會水土保持局http://246.swcb.gov.tw/debrisClassInfo/disasterrebuild/disasterrebuild2.aspx

高空的眼睛
國立臺灣大學土木工程研究所蔡孟儒

人類的感官能力原本就極其有限，嗅覺不如狗、視覺不如鷹、聽覺不如大多數的動物等等。而感官能力不如其他生物的人類，依憑著智慧才得以彌補不足而能夠傲視世界。當我們看不到太小的物體，便發明了放大鏡及顯微鏡；當我們看不到太遠的物體，便發明了望遠鏡，也就是人工千里眼。而隨著飛行載具快速的發展，遙感探測技術突破以往受到高度的影響，且能以更多元的感測器獲取並記錄更豐富的資訊，因此現在的遙感探測技術即成為「高空的眼睛」。

廣義來說，遙測泛指「不需要與目標物接觸」即可獲取與量測該目標之測量方法，與平常使用儀器量度物體的方式不同。其實我們天天都在使用遙測，例如人類的眼睛就好比是遙測的感測器，可透過眼睛看到東西而不需與目標物接觸；照相機是另一個常見的例子，在獲取資料的同時，目標物和照相機絕對會保持一段距離。上述是遙測廣泛定義的例子。而從應用的角度而言，遙測是專指利用特定感測器來獲取有關地球環境、自然資源資料，以利於有效的監測、探勘與管理。圖一為NASA(美國太空總署)與NOAA(美國國家海洋和大氣管理局)合作將衛星在夜間對地球所拍攝的照片放在Google Earth上，從此遙感探測影像中可清楚了解台灣在夜間時有較多人類活動的區域多為西半部。

圖一、衛星於夜間對台灣所拍攝之遙感探測影像(擷取自Google Earth)

另一方面，由於臺灣位居在板塊間相互運動、碰撞、擠壓十分活躍的交界上，因此全島不僅高山峻嶺多，大小地震更是頻繁。在這樣的地質結構下，復又面臨多雨、多颱的氣候環境，導致崩塌與土石流災情成為臺灣山坡地最常見的天然災害。傳統的勘查方式透過現場調查，儘管直接投入人力深入災區所得資訊較為準確，然而災害發生之初，通往災區之交通路線往往殘破不堪，沿線土石崩塌嚴重，勘查人員不易深入，加上受地形地物的影響，局部區域的災情調查難有效執行，導致調查作業難免曠日廢時。不過隨著空間資訊技術的蓬勃發展，相較於現場實勘，藉由航遙測空間資料之蒐集、分析，足可於災害應變的不同階段提供必要之空間圖資，發揮災害管理與環境監測的功能(如圖二)。此外遙測技術也廣泛應用於生態環境當中。利用遙測技術，可以了解整片樹林的碳吸存淨量，並計算出這片樹林一年可以吸收多少碳。

藻類生質燃料之發展與應用
國立臺灣大學環境工程學研究所林彥妗

永續發展為當前的重要課題，為因應全球氣候變遷與資源逐漸缺乏的趨勢，發展創新綠色技術與再生能源的使用已成為經濟發展的重要策略。近年來層出不窮的海洋油污事件及土壤污染事件引發嚴重的生態危機，更提醒人們人為製造的污染物為環境生態失衡的主要元凶，因此傳統的經濟發展方式必須轉型，才能發揮創新綠色科技之效益。

由於環境資源有限及全球化石燃料危機與核電災害，近年來國內外相關學者積極研究開發替代能源，希冀能藉由環境中的廢棄物、廢水再利用及微生物之光合作用原理，開發出簡易且產能高之替代能源，如生質柴油、沼氣發電、生物燃料電池、生質酒精等。目前我國於國家能源政策白皮書中已擬定「再生能源的生質應用」政策，明確指出國內推動生質能源發展之重要性。歐美及澳洲等國家目前亦積極投入生質能源之開發與研究，除了利用植物纖維、廢棄物再利用外，利用藻類及微生物光合作用大量繁殖代謝產生的有機物做為生質燃料的原料，為目前亟待開發及提昇之技術，除了藻類與微生物本身的特性差異外，快速而有效地產製生質燃料，並避免環境二次公害，為此研究極重要的議題。

認識龍捲風(Tornado)
中國文化大學大氣科學系劉清煌副教授

龍捲風是所有天氣系統中最暴烈的天氣現象，雖然其生命期僅有數分鐘至數十分鐘，但強度卻是最強的，任何時間及地點只要氣象條件適合均有可能發生龍捲風，由於其生命期短且在很短時間內即可形成，故發生龍捲風之大氣環境有其特殊之條件。

圖1：1998～2010台灣地區發生龍捲風/水龍捲位置分布圖，數字為發生之次數。

根據發生龍捲風地點之統計，世界上發生龍捲風最頻繁地區是位於美國中部，包含德克薩斯州、奧克拉荷馬州、內布拉斯加州及以東的地區，南來之墨西哥灣暖濕空氣與北來之乾冷空氣在此交會，乾冷空氣下沈、暖濕空氣上升，因此特別有利於劇烈對流系統的發生，大部分的超大胞（Supercell）均誕生於此地，這些超大胞以及劇烈對流天氣系統（如弓形回波、颮線）醞釀出強大的龍捲風（Kessler 1992, Doswell 2001）。此地之氣候條件相當有利於龍捲風的生成，其強度及直徑均大過其他地區之龍捲風，這個地方俗稱「龍捲風巷」（Tornado alley, Bluestein 1999），也被稱為「龍捲風的故鄉」。

以超大胞產生之龍捲風而言，龍捲風多半發生於超大胞下方兩陣風鋒面（gust fronts）交接點，此處乃超大胞最不穩定的地方，產生之龍捲風稱為超大胞龍捲風（Supercell tornado）（Wakimoto and Wilson 1989）。除超大胞易發生龍捲風外，伴隨強烈之界面（如鋒面）或強烈對流胞也有可能產生龍捲風，這類龍捲風稱之為非超大胞龍捲風（non-supercell tornado），其強度及大小均較超大胞龍捲風為弱且小，且生命期也較短，但仍會有強個案的發生，Wakimoto and Wilson（1989）研究非超大胞龍捲風之個案認為這類龍捲風是起源於低層的輻合區，於輻合區中由於水平風切之風切不穩定會產生一些小的渦旋，若積雲之上升氣流區與小渦旋耦合在一起，透過渦流管（vortex tube）之抽拉作用，使得小渦旋快速成長而形成龍捲風。非超大胞龍捲風雖然較弱，但其生成條件較容易滿足，因此發生之頻率與造成的災害也不容輕忽。目前科學家對龍捲風仍許多不理解之處，經由科學觀測實驗希望對龍捲風之生成環境及內部結構能有進一步的認知。

臺灣地區龍捲風發生之大氣環境
中國文化大學大氣科學系劉清煌副教授

龍捲風是所有天氣系統中最暴烈的天氣現象，任何時間及地點只要氣象條件適合均有可能發生龍捲風，而臺灣地區發生龍捲的大氣環境可分為三類（劉與蔡，2011）

圖1：鋒面前緣對流系統示意圖。A～D為對流胞，整體對流胞沿Y方向移動，而個別對流胞往X方向延伸。

第一類環境是龍捲發生於快速移動界面（如鋒面或颮線）前緣之對流胞，這些對流胞一般出現在界面前緣約50~100公里處（圖1），對流胞呈線狀排列且發展相當快速，出生至成熟只需1~2小時，成長過程中有機會引發龍捲風（劉與張2004; Liu and Chang 2007），文獻指出界面前暖區有利的條件包括不穩定的暖濕空氣、較強的西南風、及界面快速移動對流線的抬升作用，使得對流胞在短時間內得以快速成長或甚至伴隨中尺度氣旋，當對流胞接近成熟時，強烈的抬升作用會激發龍捲（Simpson et al 1986, 1991; Wakimoto and Wilson 1989），一段時間之後對流胞減弱不易繼續維持龍捲風的運作，導致龍捲風消散。台灣地區這類對流胞的出現以4~6月伴隨梅雨鋒面居多，對流胞出現在鋒面到達陸地前的海上，移動到陸地時常伴隨中尺度氣旋的生成，甚至引發龍捲風（Liu and Chang 2007），這類對流胞的統計及形成機制有待深入的研究。

第二類的大氣環境是伴隨發展的積雲（圖2），系統多發生於海上，故以水龍捲為主，積雲之強烈上、下運動使得水平渦度扭轉成垂直渦度，加上輻合及抽拉作用使得垂直渦度在短時間內迅速加強而形成龍捲，因此水龍捲常出現在積雲的上升氣流與下衝流之間，此大氣環境與發生在美國佛羅里達州附近的個案相似（Golden 1974a,b, 1977; Simpson et al. 1986; Wakimoto and Lew 1993），產生水龍捲的積雲通常只需3~4公里高左右或更高，且這些積雲呈線狀排列（Brady and Szoke 1989）。

第三類的大氣環境是龍捲伴隨颱風雨帶產生，這類龍捲形成的個案較少但強度可以很強，例如1977年7月25日賽洛瑪颱風侵襲高雄所引發的龍捲風事件（徐 1977）。