系統(Autonomous Temperature Line Acquisition System, ATLAS) (Hayes et al., 1991) 浮標之原型,並將其改造,使其更加堅固。在圖 2-1 中展示了浮標示意圖,可從圖 中知道浮標外觀與各探針相對位置,掛載探針之廠牌、型號與規格皆詳列於表 2-1 中。
本所設計之浮標是採用玻璃纖維材質的浮體,浮體之上,安裝氣象儀器與中 控系統,氣象儀器與中控系統係直接由電線連結,而浮體之下則是連接絕緣鋼纜,
此鋼纜是感應式傳導數據機(Inductive Modem, IM)的傳輸導體,將其與中控系統間 利用感應傳導耦合器(Inductive Cable Couple)連接或是直接連接水下鋼纜,再於鋼 纜上安裝具有感應式傳導功能之水下儀器,藉由電磁感應的方式將資料傳送至海 面。且因為整條鋼纜皆為導體,故可在任意選定的深度安裝儀器,使得實驗設計 較為彈性。而中控系統主要可以分成 2 大部分:氣象資料收集單元(Meteorological data Acquisition Unit, MAU)以及控制與通訊單元(Control and Communication Unit, CCU)。其運作過程為,當 CCU 命令 MAU 開始依指定頻率採樣後,MAU 會持續 收集氣象資料,而水下儀器則是由 CCU 控制啟動時間與採樣頻率,接著 CCU 會 定時向水下探針和 MAU 發送命令,使其回傳最新一筆的海、氣象資料,收到的資 料會存在 CCU 中並且同時藉由銥衛星通訊數據機,將資料以電子郵件的方式傳送 到作業單位(楊等人 2015; 2016a; 2016b; Chang et al. 2017)。
透過採用低耗電的電子零件與電路設計,此浮標系統使用 40 顆一號鋰電池,
即可在海上執行一年以上的觀測,無須加裝太陽能板,且可透過衛星可將重要的 水下觀測資料即時回傳。在系統控制部分,目前除了可以用電腦連線進行設定外,
還能接受無線電或是衛星遙控。如此一來,便可在颱風靠近浮標期間,藉由衛星
0.9992、0.9876,此相關係數驗證了浮標氣象儀器之資料的可信度。而在 2016 年 的校驗中也有相似的結果,2015 與 2016 年完整的校驗比較結果皆展示於表 2-3 當 中。此外在 2016 年時,亦將使用到的 4 組氣壓計送至氣象局氣象儀器檢校中心進 行氣壓校正,圖 2-6 繪製了這 4 組探針之校正結果,圖中橫軸為安裝於浮標上儀器 讀值;縱軸為檢校中心內儀器讀值,以上 4 組資料的相關係數皆達 0.9999,再次 確認了此氣壓計資料之可信度。
圖 2-1、海氣象即時傳輸浮標示意圖。A. 超音波風速計、B. 螺旋槳式風速計、C. 航行警 示燈、D. 短波輻射儀、E. 淨輻射儀、F. 銥衛星傳輸天線、G. 縮時攝影機、H. 雨量計、
I. 獨立銥衛星 GPS 位置發報器、J. 溫、溼度計、K. 無線電傳輸天線、L. 雷達反射器、
M. CCU、N. MAU、O. 氣壓計、P. 磁羅經、Q. 上架、R. 玻璃纖維浮體、S. 下架、T. 海 表溫度計。
圖 2-2、校正前後氣溫比較圖。上面兩張縱軸為觀測坪儀器資料(以 AS 代稱之),橫軸為 浮標儀器資料(以 Buoy 代稱之),綠線為線性迴歸後得到之趨勢線,左邊是校正前氣溫比 較圖,右邊是校正後氣溫比較圖。下圖藍線和綠線分別為浮標儀器校正前、後以及觀測坪 (紅線)資料之時間序列圖。浮標儀器與觀測坪中儀器之相關係數為 0.9996,校正迴歸式為 y=0.99x+1.11,其中 x 代表浮標探針校正前之值;y 代表浮標探針校正後之值。而校正後 之樣本標準差為 0.11°C。
圖 2-3、校正前後相對濕度比較圖,縱軸與橫軸與線條顏色代表意義和圖 2-2 相同。浮標 儀器與觀測坪中儀器之相關係數為 0.9966,校正迴歸式為 y=0.94x+0.7,其中 x 代表浮標 探針校正前之值;y 代表浮標探針校正後之值。而校正後之樣本標準差為 0.96 %。
圖 2-4、校正前後氣壓比較圖,縱軸與橫軸與線條顏色代表意義和圖 2-2 相同。浮標儀器 與觀測坪中儀器之相關係數為 0.9992,校正迴歸式為 y=0.87x+131.95,其中 x 代表浮標探 針校正前之值;y 代表浮標探針校正後之值。而校正後之樣本標準差為 0.24 hPa。
圖 2-5、校正前後太陽輻射量比較圖,縱軸與橫軸與線條顏色代表意義和圖 2-2 相同。浮 標儀器與觀測坪中儀器之相關係數為 0.9876,校正迴歸式為 y=0.92x,其中 x 代表浮標探 針校正前之值;y 代表浮標探針校正後之值。而校正後之樣本標準差為 5.68 W/m2。
(A) (B)
(C) (D)
圖 2-6、於檢校中心 4 組氣壓計之氣壓校正數據。圖中橫軸為安裝於浮標上儀器讀值;縱 軸為檢校中心內儀器讀值,每組相關係數皆為 0.9999。
表 2-1、掛載於浮標上之探針之儀器特性表 scale range 單點流速計 Nortek
Aquadopp Current Meter 2mHz
流速:±5 m/s 0.5 cm/s
表 2-3、掛載於浮標上之氣象探針的校正前後數據表 觀測項目 與觀測坪中儀器比對
之相關係數 校正迴歸式 校正後之樣本標準差
2015 (NTU1)
氣溫 0.9996 y=0.99x+1.11 0.1150°C 相對溼度 0.9966 y=0.94x+0.7 0.9662 % 氣壓 0.9992 y=0.87x+131.95 0.2494 hPa 日照量 0.9876 y=0.92x 5.6865 W/m2
2016 (NTU1)
氣溫 0.9759 y=1.0743x-1.5603 0.2297°C 相對溼度 0.9544 y=0.9952x-5.6628 1.5210 % 氣壓 0.9364 y=3.5503x-2.6806 0.3510 hPa
2016 (NTU2)
氣溫 0.9597 y=0.9758x+1.1285 0.2958°C 相對溼度 0.9435 y=0.9172x-0.3801 1.6882 % 氣壓 0.8011 y=3.12x-2285 0.5986 hPa