衛星測高技術發展從 1969 年發展至今已有 40 多年歷史,測高衛星能提供連 續且高精度的資料,有助於監測海水面變化及研究海洋大地水準面、重力場異常 等(Fu and Cazenave, 2001),近年來更因多位學者陸續發展各種波形重定演算 法,因此也漸漸有學者開始利用衛星測高技術來研究冰層變化及地表高程變化等 等。
中國地區,有許多高山及偏遠區域,人煙稀少甚至人們無法到達來管理及監 測,且近年來全球暖化,造成地表氣溫上升、冰川融化等現象,不僅對大自然帶 來衝擊,也威脅人們的生命安全,測高衛星軌道遍佈全球,只要是衛星有經過的 特定區域,若能借助衛星測高資料,對此區的研究勢必會有大幅提昇。
此次研究區域為位於青海省及西藏交界的唐古拉山(Mt. Tanggula),以及位 於唐古拉山西邊約 76 km 且為其融化雪水流入的湖泊之一-赤布張錯(Lake Chibuzhang),此二區域恰好皆有 TOPEX/Poseidon(簡稱 T/P)及 Jason-2 測高衛 星軌道(pass155、pass242)經過,透過衛星測高技術及 T/P 連續十年(1992 年 9 月~2002 年 8 月)及 Jason-2 連續兩年(2008 年 7 月~2010 年 12 月)的觀測 資料,盼能獲得此區的地表高程變化及湖水位變化,藉由分析此二區域之測高資 料,驗證唐古拉山冰層變化與赤布張錯湖水位變化的關聯性,並進一步印證全球 暖化及聖嬰現象等議題。
1-2 文獻回顧
衛星測高技術最初是為了監測海水面變化而設計,目前對於海水面變化的研 究越趨成熟,觀測精度可達公分級(Shum et al., 2003),近年來,全球暖化造成 海 水 面 上 升 的 現 象 也 是 研 究 的 重 要 課 題 , Cabanes et al. ( 2001 ) 利 用 TOPEX/Poseidon (T/P)衛星 1993~2000 年的測高數據計算出全球海水水面平 均上升 2.5 ± 0.2 mm/year,Willis et al.(2010)更指出海水面上升已成為跨學科 的研究課題,舉凡測高衛星(如 Jason 系列)、重力衛星(如 GRACE)及自主 海洋觀測系統(如 Argo)皆可用來觀測海水面變化。測高數據也可用來研究大 型湖泊的湖水位變化,如 Morris and Gill(1994)利用 TOPEX/Poseidon 測高衛 星測量北美五大湖的湖水面變化,其標準差達 3.95 cm,扣除潮汐與湖面波動 後,標準差只有 2.9~3.0 cm。彭敏峰(2003)和 Hwang et al.(2005)以 T/P 測 高衛星觀測中國湖水位變化,驗證湖水位與天氣變化有關,西藏中部的昂孜錯湖 水位變化與聖嬰現象有關。Kuo et al.(2008)利用 T/P 資料,觀測介於美加之間 的伊利湖(Lake Erie)之湖水面變化,結果顯示伊利湖湖水位變化為–6.14 cm/year,且此結果與潮位站時間序列變化一致。測高資料也用來監測冰層變化 及冰原質量變化(Zwally et al., 1989),Wingham et al.(1998)利用 ERS-1/2 衛 星推算出 1992~1996 年南極大陸冰層每年變薄 0.9 ± 0.5 cm。Lee (2008)利 法,如
參數演算法(Martin et al., 1983)、OCOG(offset center of gravity)演 算法(Bamber et al., 1994)及門檻值(Threshold)演算法(Davis, 1997)等,因 此也帶動了波形重定的應用,Lee et al.(2008)監測北美的固體地球變形及後冰 河時期反彈(Glacial Isostatic Adjustment,簡稱 GIA),對不同的地表分別利用三種不同演算法做波形重定,夏秓季測區為苔原覆蓋,屬複雜波形,採用
參數 演算法,冬春季為冰層覆蓋,波形為 specular,則採用適合冰棚研究的 OCOG 或 門檻值演算法來進行波形重定。而當測區不是平坦的地表時,坡度的變化是造成誤差的來源之一,坡度 0.5 度就會造成 30~100 公尺的高差(Zwally and Brenner, 2001),Brenner et al.(1983)
提出利用星下點(衛星正下方的點位)的坡度來做修正,但必頇在坡度小的情況 下才能成立,詳述於 3-4-3。
唐古拉山平均海拔 5500 公尺以上,終年積雪,Pu et al.(2008)從 1989~
2002 年監測唐古拉山冬克瑪底冰川(Xiao Dongkemadi Glacier)的質量平衡(Mass balance),結果顯示(如圖 1-1)1989~1993 年都是正向的累積,冰層厚度共上 升 970 mm,1994 年開始,出現負向的質量平衡,除 1997 年有一個大量的上升, 入 1970 年航攝冰川末端位置一起比對,結果顯示,1970~1999 年,拉弄冰川末 端退縮 285 m,相當於每年退縮 9.8 m,1999~2003 年拉弄冰川退縮 13 m,相當 於每年退縮 3.25 m,此結果代表冰川近年來皆是退縮的趨勢(圖 1-3)。
圖 1-1 冬克瑪底冰川冰層末端變化圖(資料來源:Pu et al., 2008)
圖 1-2 冬克瑪底地區各時期冰川分布疊加圖(資料來源:譙程駿, 2010)
圖 1-3 1970~2003 年拉弄冰川變化圖(資料來源:張堂堂等人, 2004)
1-3 研究方法
1-4 論文架構
本論文共分七章進行討論,各章節內容簡述如下:
第一章:簡單說明研究動機、文獻回顧與研究方法及論文章節介紹。
第二章:介紹衛星測高原理與各項改正分析,並簡介測高衛星歷史及應用。
第三章:介紹研究區域與研究資料,並詳述資料處理方法與步驟 。 第四章:測區唐古拉山的資料處理及各項改正成果比較。
第五章:測區赤布張錯的資料處理及各項改正成果比較。
第六章:比較並分析唐古拉山及赤布張錯的成果,並驗證各物理現象如全球暖化 及聖嬰現象。
第七章:對本論文做結論與建議。