關鍵詞：透水光達、MODIS、沙奇盤深度、海水透視度
2. 資料與理論
2.6 沙奇盤深度推估方法
總上所述，本文所建立的沙奇盤深度推估方法 如圖 5 之流程圖所示，首先利用外業船測資料(64 測站)，532nm 波段之背向散射係數(bb ,in-situ)與散射 係數(bin-situ)處理結果，以強制套合於原點的線性 迴歸結果(其中將迴歸結果不佳的兩個測站剔除，
2007/10/1 南澳測區測站 11，以及 2008/4/26 福隆測
區測站12，因此剩餘 62 測站)，得到推估值m 為est 51.28(相關係數 0.743)， 為 5.43(相關係數 0.588)，est 用於代表台灣沿岸的海水光學特性。
得到推估值m 與est 後，將式(10)改寫成式est (18)，可利用 MODIS 影像搭配式(18)推估沙奇盤深 度值。
est est best est
est est
est SD est
K b m a K Z c
, MODIS
, (18)
表3 QAA 與迴歸改正結果推估沙奇盤深度統計分析
點號 沙奇盤
深度差值
est
ZSD ,1 , (%) ZSD ,2 ,est(%) ZSD ,3 ,est(%)
QAA 迴歸改正 QAA 迴歸改正 QAA 迴歸改正
488 (nm)
max. -22.6 -19.9 55.0 -27.3 -11.0 -18.0
min. 20.4 17.6 97.7 22.2 32.1 18.2
avg. 3.6 0.8 71.8 2.5 15.1 1.0
std. 11.3 8.8 12.7 14.9 10.5 9.3
532 (nm)
max. -17.3 -17.0 59.1 -16.6 -5.6 -15.5 min. 26.8 12.3 93.7 14.5 38.6 11.3
avg. 8.4 0.2 77.7 1.1 20.6 0.3
std. 11.8 7.6 10.2 8.6 11.1 6.9
圖2 ZSD ,1 ,est推估值與船測之誤差直方圖(a)488nm (b)532nm (X 軸：間距 5%之誤差百分比；Y 軸：測站數)
圖3 ZSD ,2 ,est推估值與船測之誤差直方圖(a)488nm (b)532nm (X 軸：間距 5%之誤差百分比；Y 軸：測站數)
(a) (b)
(a) (b)
圖4 推估值與船測之誤差直方圖(a)488nm (b)532nm (X 軸：間距 5%之誤差百分比；Y 軸：測站數) 表4 QAA 迴歸改正結果推估沙奇盤深度統計分析
est
ZSD ,1 , (%) ZSD ,2 ,est(%) ZSD ,3 ,est(%)
a R
2a R
2a R
2488nm 0.999 0.558 1.029 0.536 1.004 0.617 532nm 0.998 0.707 1.013 0.740 1.001 0.769
圖5 沙奇盤深度推估方法流程圖
3. 結果與討論
由前述歸納出之沙奇盤深度推估方法，將 2004 年-2007 年所有 MODIS 影像利用 Seadas5.1 軟 體 以 及 自 行 撰 寫 之 計 算 程 式 ， 批 次 將 所 有 MODIS 影像處理得到沙奇盤深度推估影像，為了 觀察台灣海域之海水光學性質與沙奇盤深度變化，
於各測區選取大致平行於沿岸的不規則長條形區
塊(ROI，Region Of Interest)，如圖 6 所示，利用沙 奇盤深度影像推估結果之吸收與背向散射係數以 及沙奇盤深度，繪出各個區塊2004 年至 2007 年之 變化並觀察其週期性，影像資料 ROI 處理步驟如 下。
ROI 資料處理步驟(以一個 ROI 處理步驟為例) 1. 資料選取(Data Extraction)：判斷該張影像 ROI
是否有資料並將資料取出。
MODIS 衛星影像
衛星影 像處理
mest 衰減係數
推估方法
沙奇盤深度
est 推估方法
沙奇盤深度 推估值
外業船 測資料
船測資 料處理
迴歸 分析
(1) 分別將 2004 年-2007 年每張影像該 ROI 中
2. 時間序列資料統合(Temporal Binning)：合併方 法為空間位置相同的網格值取中數，代表該星 期的ROI 影像，以七天為單位，將七天內有 ROI 資料的影像疊合成一張影像，從每年1 月 1 日 開始共53 個星期，如此依序將 4 年每星期所代 表的ROI 影像求出。
3. 空間資料統合(Spatial Binning)：將經過時間序 列統合後的的ROI 影像(每年 53 個星期，4 年 4/46, 8/46, 16/46, 8/46, 4/46, 2/46, 1/46]，做平滑 化的運算。
5. 繪圖(Graphing)：分別將吸收與背向散射係數以 及沙奇盤深度折線圖繪出，X 軸為 1-53 星期，
編號 測區
1 八斗子
2 福隆
3 南澳
4 花蓮港
5 金樽
6 卑南溪
7 墾丁
8 外垵
9 望安
10 龍門
圖 6 ROI 示意圖
(a)
(b)
(c)
(d)
圖 7 ROI 吸收、背向散射係數與沙奇盤深度推估值之年變化結果；(a)八斗子 (b)福隆 (c)南澳 (d)花蓮港 1
2
3
4
5 6
7 8
9
10
台灣
澎湖群島
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
圖 7(續) ROI 吸收、背向散射係數與沙奇盤深度推估值之年變化結果；
(e)金樽 (f)卑南溪 (g)墾丁 (h)外垵 (i)望安 (j)龍門
圖 8 月平均沙奇盤深度推估結果
由於本文之地真資料並不包含台灣西部的沿
理論上，式(14)-(15)皆可針對各個 MODIS 像 元中的水體，使用不同的
m
與參數用於代表研 究海域中不同的水體，這表示在實務上，進行資料 處理時，需要針對各個MODIS 像元推估各種固有 光學性質(吸收係數、散射係數、散射相位函數 (Scattering Phase Function 等)，進而選用適當的m
與參數。然而，推估衛星影像像元中的各種海
Berwald, J., Stramski, D., Mobley, C. D. and Kiefer, D. A., “Influences of absorption and scattering on vertical changes in the average cosine of the underwater light field,＂ Limnol. Oceanogr. 40, 1347–1357 (1995).
Berthon, J.-F., Shybanov, E., Lee, M. E.-G. and Zibordi, G., "Measurements and modeling of the volume scattering function in the coastal northern Adriatic Sea," Appl. Opt. 46, 5189-5203 (2007).
Chang, C.-H., Liu, C.-C. and Wen, C.-G.,
“Integrating semianalytical and genetic algorithms to retrieve the constituents of water bodies fromremote sensing of ocean color.＂
Optics Express 15 (2), 252–265 (2007).
Chen, Z., Muller, F. E. and Hu, C., ＂ Remote sensing of water clarity in Tampa Bay.＂
Remote Sensing of Environment 109, 249-259, (2007).
Gordon, H. R. and Wang, M. “Retrieval of water-leaving radiance and aerosol optical thickness over the oceans with SeaWiFS: a preliminary algorithm,＂ Appl. Opt. 33, 443-452 (1994).
Højerslev, N.K., “Visibility of the sea with special reference to the Secchi disc,＂ Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE), Ocean Optics VIII, 637, 294–305 (1986).
Hou, W., Lee, Z. and Weidemann, A. D., "Why does the Secchi disk disappear? An imaging perspective," Opt. Express 15, 2791-2802 (2007).
Hsin, Y.-C., C.-R. Wu, and P.-T. Shaw, Spatial and temporal variations of the Kuroshio east of Taiwan, 1982– 2005: A number study, J.
Geophys. Res., 113, C04002, doi:10.1029/2007JC004485, (2008).
LaRocque, P. E., Banic, J. R. and Cunningham, A. G.,
“Design description and field testing of the SHOALS-1000T airborne bathymeter,＂ Laser Radar Technology and Applications IX. Ed.
Kamerman, Gary W. Proceedings of the SPIE, Volume 5412, pp. 162-184 (2004).
Lee, Z. P., Carder, K. L., Peacock, T. G., David, C. O.
and Mueller, J. L., “Method to derive ocean absorption coefficients from remote-sensing reflectance,＂ Appl. Opt. 35, 453–462 (1996).
Lee, Z. P., Carder, K. L. and Arnone , R. A.,
“Deriving inherent optical properties from water color: A multi-band quasi-analytical
algorithm for optically deep waters.＂ Appl. Opt.
41, 5755–5772, (2002).
Lee, Z. P., Du, K. P. and Arnone, R., “A model for the diffuse attenuation coefficient of downwelling irradiance.＂ Journal of Geophysical Research, 110, C02016.
doi:10.1029/2004JC002275.1 (2005).
Liang, W. D., T. Y. Tang, Y. J. Yang, M. T. Ko, and W. S. Chuang, Upper-ocean currents around Taiwan, Deep Sea Res., Pt. II, 50, 1085–1105, (2003).
Liu C.-C., Miller, R. L., Carder, K. L., Lee, Z., D＇Sa, E. J. and Ivey J. E., ＂Estimating the Underwater Light Field from Remote Sensing of Ocean Color.＂ Journal of Oceanography, Vol.
62, 235-248, (2006).
Mobley, C. D., Light and Water. Academic, New York, (1994).
Mueller, J. L., “SeaWiFS algorithm for the diffuse attenuation coefficient, K(490), using water-leaving radiances at 490 and 555 nm.＂ p.
24–27. In SeaWiFS Project Postlaunch Technical Report Series, ed. by S. B. Hooker and E. R. Firestone, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, U.S.A. (2000).
Pope, R. M. and Fry, E. S. "Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements," Appl. Opt. 36, 8710-8723 (1997).
Preisendorfer, R. W. “Secchi disk science: Visual optics of natural waters＂, Limnology &
Oceanography, 31, 909-926, (1986).
Suresh, T., Naik, P., Bandishte, M., Desa, E., Mascaranahas, A. and Matondkar, S. G. P.,
“Secchi depth analysis using bio-optical parameters measured in the Arabian Sea.＂ Proc.
of SPIE Vol. 6406, 64061Q, doi:
10.1117/12.696251, (2006).
1Asistant Prof., Department of Geomatics, National Cheng Kung University Received Date: Mar. 29, 2010 2Master Student, Department of Geomatics, National Cheng Kung University Revised Date: Apr. 20, 2010
*.Corresponding author, Phone: 0985199887, E-mail: [email protected] Accepted Date: Aug. 30, 2010