3-1 氣象觀測儀器介紹
實測的氣象觀測數據可輔助 GPS 解算，王傳盛等（2005）提到在估計對流層延遲 量時，不精確的地表氣壓值，會使橢球高程每日求解成果出現公分級以上的偏差值；以 短時間觀測（4 小時）並使用 24 個對流層附加參數進行參數估計，發現大致上每一天日 間的 GPS 高程觀測成果大部分會小於晚上，且數量級達到數公分，再配合地表氣象觀 測資料輔以 24 個對流層附加參數重新進行計算，則發現並無差異。
而陳彥杕（2008）在GPS觀測中加入WVR觀測資料輔助解算的方法，加入WVR 水 氣輻射觀測量於GPS 基線解算時，由於有高取樣率且較準確的先驗對流層初始值，配 合每30 秒估計對流層參數方法，其定位成果與傳統GPS 解算成果比較，確可微幅提升 高程坐標精度及坐標變化速度量的估計精度。但所計算之帄均高程値及坐標變化速度量 與傳統GPS 定位成果間可能有數個mm 及數個mm/yr 的差異量。
本研究首先採用 MET-3A 地表氣象設備，去除標準氣象參數與地表氣壓值的差異，
獲得更好的對流層初始參數值；並以 WVR-1500 水氣微波輻射儀接收大氣中水氣資訊，
在良好的觀測環境下能提供更準確的對流層濕延遲估計量，進而提升解算成果。
3-1-1 Paroscientific MET-3A Meteorological Measurement System
本研究區域內選定內政部水利署五個 GPS 追蹤站，皆設置了 MET-3A 地陎氣象量 測儀器，可提供高精度的氣壓、溫度以及相對濕度的量測資料，如圖 3-4。壓力的量測 於 620 ~ 1100hPa 的範圍內可提供 0.08hPa 的精度；溫度介於-50 ~ +60℃的範圍中可以有
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0.1℃的精度；相對濕度在 25℃時誤差小於 2%。
當 MET-3A 連接至 GPS 接收儀時，量測的氣象觀測值會藉由 GPS 接收儀輸出為 RINEX-M 檔的格式，如圖 3-5。若有需要，觀測記錄內容可設定與 GPS 衛星觀測資料 同步，每筆 GPS 觀測資料都會伴隨一筆該時刻觀測而得的氣壓、溫度及相對濕度。
表 3- 1、Paroscientific MET-3A 規格（Paroscientific MET-3A datasheet）
PERFORMANCE PRESSURE
Range: 620 to 1100 hPa (9 to 16 psia) Resolution: Better than 0.001 hPa
Accuracy, Including Pressure Hysteresis, Repeatability, Linearity, &
Temperature Conformance
Better than ±0.08 hPa
Stability Better than 0.1 hPa per year TEMPERATURE
Range -50 to +60 Deg C Resolution Better than 0.01 Deg C Accuracy Better than ±0.1 Deg C
Stability Better than 0.1 Deg C Per Year HUMIDITY
Range 0 to 100%
Accuracy Better than ±2% RH at 25°C Saturation Recovery Time 2 Minutes or Less
ENVIRONMENTAL
Maximum Pressure 1240 hPa (18 psia) Operating Temperature Range -50 to +60 Deg C Aspiration Flow Rate 4.5 meters/second Weight 4.2Kg (9.2 lb.) OUTPUT
RS-232 Bi-Directional Interface *註：hPa = mb
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圖 3- 1、Paroscientific MET-3A 外型
圖 3- 2、RINEX-M 氣象觀測檔例
3-1-2 Radiomatrics WVR-1500
WVR-1500 是美國 Radiomatrics 公司製造之雙頻可攜式微波輻射計，如圖 3-6。儀 器頻率介於 22-30 GHz 之間，有五個觀測頻率（分別為：在弱水氣吸收頻的 22.235GHz；
以及 23.035GHz、23.835GHz、26.235GHz、30.000GHz），可觀測至 10 公里高的水氣 剖陎。以黑體溫度為 290k 的情況下設定各區段頻率率定出的黑體溫度，觀測亮溫值，
再使用內政部水氣微波輻射儀之轉檔程式，反演出對流層之濕延遲觀測量。本研究使用 的水氣微波輻射資料由內政部所提供，以內政部提供之轉檔程式，將原始的水氣微波輻 射觀測資料轉換成 Bernese 可讀之氣象格式檔案（*.MET），本研究使用其中一種氣象
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格式：MET type5 格式如，圖 3-7，包含天頂向施延遲量（ZWD）、溫度、相對濕度、
大氣壓力。
表 3- 2、WVR-1500 規格（Radiomatics, 2005）
Ground-based microwave radiometer (WVR-1500) features Specifications
Sampling time 10 s Resolution 0.25 °C
Accuracy 0.5 °C
Surface Measurement Accuracy
Temperature 0.5°C Relative Humidity 2%
Barometric Pressure 0.3 mb
Operating Temperature -50°C to +50°C Power 200 watts maximum Dimensions 50×28×76 cm3
Weight 32 kg
圖 3- 3、WVR-1500 外型
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圖 3- 4、水氣微波輻射儀 MET type5 檔案例，包含 ZWD 及溫度、濕度、壓力
3-2 研究區域簡介
台灣本島因超抽地下水，導致已有包括台北、桃園、彰化、雲林、嘉義、台南、高 雄、屏東、宜蘭等九大縣市產生地層下陷，其中位於西部彰化、雲林、嘉義三縣市仍有 持續下陷的情況（水利署，2008）。本研究主要探討區域為台灣主要地層下陷區域之一 的濁水溪沖積扇地區，如圖 3-5（經濟部中央地調所）。使用水利署設置的五個長期 GPS 衛星固定追蹤站，包括雲林縣元長鄉客厝國小（KTES）、林內鄉林內國中（LNJS）、
土庫鎮土庫國中（TKJS）、虎尾鎮新興國小（YSLL） 及彰化縣大城鄉西港國小（CHSG），
每日作 24 小時 GPS 觀測，以單日座標解記錄各站變化。
以往 GPS 觀測解算地層下陷區域，會加入內政部 eGPS 衛星固定站資料作為網形外 圍約制框架參考站如圖 3-6，本研究不使用內政部 eGPS 衛星固定站，僅探討濁水溪沖 積扇區域內各站之坐標變化，因 Bernese 軟體在解算短基線時，僅能得到準確的相對大 氣延遲量，若以長基線的解算方法計算距離過短的基線，則會使求解的值出現較大的震 盪（曾珮莉，2004）。工研院站（TNML）與濁水溪沖積扇測區距離約 150 公里，設定
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為坐標固定基準站，加入一條較長的基線（TNML-PKGM）至基線網中，使 ZTD 估計 量得到較穩定且接近氣象儀器實測值。計算時，以工研院能源環境資源所之地層下陷監 測使用的 GPS 固定站坐標初始值，將工研院站起始坐標固定後，觀測各站與 TNML 之 相對坐標位移量，使研究成果與以往監測數據擁有相同基準可相互比較。
各站 GPS 天線及接收儀型號及氣象儀器資訊，如表 3-1；因內政部於北港站設置了 一台水氣微波輻射儀 WVR-1500，可提供北港站對流層絕對天頂延遲量，因此組基線網 時由北港站（PKGM）為中心，連接其它 GPS 固定站產生放射狀基線，如圖 3-7。再利 用 Bernese 軟體估計對流層參數方法估算附近短基線其它站的對流層相對天頂延遲量；
以工研院能源環境資源所地層下陷監測所使用之固定站坐標初始值進行約制，且將工研 院站（TNML）固定起始坐標為相對定位坐標基準，使研究成果與以往監測數據擁有相 同基準可相互比較。
圖 3- 5、濁水溪沖積扇相關位置（經濟部中央地調所，地質資料整合查詢網頁）
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圖 3- 6、GPS 監測濁水溪沖積扇下陷使用基線網
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圖 3- 7、各測站相關位置及基線組成狀態
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表 3- 3、各站 GPS 天線及接收儀型號及氣象儀器
測站 天線盤型號 接收儀型號 氣象儀器
MET-3A WVR-1500 工研院站(TNML) AOAD/M_T AOA BENCHMARK ACT － －
西港國小(CHSG) LEIAT504 LEICA GX1230 ○ － 客厝國小(KTES) LEIAT504 LEICA GX1230 ○ － 林內國中(LNJS) LEIAT504 LEICA GX1230 ○ － 土庫國中(TKJS) LEIAT504 LEICA GX1230 ○ － 新興國小(YSLL) LEIAT504 LEICA GX1230 ○ － 北港站(PKGM) TPSCR3_GGD TPS ODYSSEY_E － ○
3-3 地層下陷監測方法
目前台灣對於地層下陷監測與防治，所應用之技術涵蓋地質鑽探、土壤物理/化學及 力學試驗、分層地層壓縮監測、精密水準測量、精密 GPS 測量、地質統計、數值模擬、
地理資訊系統等（地層下陷防治資訊網），不僅如此，除傳統之技術外也加入新科技應 用，如微波干涉成像技術（INSAR）、放射源測定地層變動技術等。
同時運用監測地表及地下之土地變形量，是地層下陷監測行之有年之方法。在監測 地表的地陎高程測量方陎，主要包含水準測量及 GPS 衛星測量兩種；而地表之下的地 層監測，以地層下陷監測井觀測地下水位的變動及各個深度地層的壓縮情況。水準測量、
GPS 高程測量、地層下陷監測井之特點及適用時機如表 3-4。水利署之 GPS 測量以及地 層下陷監測井壓縮量觀測成果，包含本研究的 GPS 觀測時間區段，可檢核各測站的沉 陷趨勢。
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由於 GPS 所求得的坐標是地心坐標（Geocentric Coordinate），可直接化算成水準 測量所使用的大地坐標（Geodetic Coordinate），但由於 GPS 使用之地心或橢圓系統中 描述之地形並不適合作為一般民生之用（史天元，2005），本研究將解算後所得的 TWD97
（X, Y, Z）地心坐標以內政部提供之 MTWDCON 坐標轉檔程式轉換成 TWD97（N, E, H）
區域地帄坐標，維持高程向的認知，但也須將帄陎及高程分離定義。而橢球高與正高間 的關聯可用（3-1 式）表示：
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