第二章 研究區域概論
2.1 彰化、雲林地區
彰化與雲林地區位於台灣西部平原中段，平原區域為濁水溪沖積而成，又稱 為濁水溪平原，其地面地質大部分為現代沖積層(如圖 2.1.1)，砂礫質沉積物為 河道狀分布，由扇頂向西呈輻射展開；扇央與扇尾部分顆粒較細，含泥質較多，
其地層多半為細砂與黏土交錯層組成(工業技術研究院，2011)。
彰化地區過去因不當抽取地下水造成大範圍的地層下陷，由水準測量成果可 發現，早期主要下陷區域集中於沿海地區的大城鄉，而內陸於芳苑鄉、二林鎮、
竹塘鄉、埔鹽鄉、西湖鎮、埤頭鄉與溪州鄉亦有下陷(圖 2.1.2)，然民國 90 年後，
彰化地區的下陷中心向內陸移動，故將彰化地區民國 81 年至 100 年之累積下陷 量分為民國 81 年至 90 年(圖 2.1.3)與民國 90 年至 100 年(圖 2.1.4)兩階段觀察，
發現於民國 81 年至 90 年間，下陷區域集中於大城鄉，民國 90 年至 100 年時大 城鄉下陷情況趨緩，而內陸的二林鎮、溪湖鎮、溪州鄉與埤頭鄉因產業發展增加 抽水量，造成下陷情況。圖 2.1.5 為彰化地區民國 96 年至 100 年的年平均下陷 速率圖，可看出過去四年間彰化地區地下陷區域集中於二林鎮、溪湖鎮與溪州鄉 三個區域。彰化地區各年度的最大下陷速率與嚴重下陷面積數據參照附錄 一。
近年彰化地區下陷情形，由圖 2.1.6 民國 98 年至 99 年與 99 年至 100 年的 平均下陷速率等值圖，觀察出下陷速率大於 3 公分的面積大幅減少，顯見彰化地 區的地層下陷情形逐漸趨緩。
圖 2.1.1 彰雲地區之區域地質圖(中央地質調查所，2000)
圖 2.1.2 彰化地區民國 81 年至 100 年累積下陷量圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.1.4 彰化地區民國 90 年至 100 年累積下陷量圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.1.5 彰化地區民國 96 年至 100 年平均下陷速率圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.1.6 彰化地區民國 98-99 年與 99-100 年平均下陷速率等值線比對圖(工業技 術研究院，2011)
雲林地區為台灣重要的農業區之一，因民國 70 年代農產品價格欠佳收益不 良，加上養殖業利潤優厚之利誘下，導致沿海地區農地大量變更為漁業養殖。惟 養殖事業須仰賴大量淡水以保持魚池水質潔淨，在沿海地區地面水源缺乏的情況 之下，養殖業者轉而抽汲地下水(工業技術研究院，2011)。
根據水準測量成果，雲林地區早期於民國 80 年至 88 年，下陷中心為沿海的 台西鄉、麥寮鄉與內陸的元長鄉(圖 2.1.7)，而後雲林下陷中心逐漸向內陸移動，
從民國 88 年至 100 年的累積下陷圖(圖 2.1.9)可觀察出下陷中心集中於褒忠鄉、
土庫鎮、虎尾鎮與元長鄉，沿海地鄉鎮的下陷情形趨緩。圖 2.1.10 則為民國 96 年至 100 年年平均下陷速率圖，其嚴重下陷區與民國 88 年至 100 年的累積下陷
林地區的地層下陷情形逐漸趨緩。
圖 2.1.7 雲林地區民國 81 年至 100 年累積下陷量圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.1.8 雲林地區民國 81 年至 88 年累積下陷量圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.1.9 雲林地區民國 88 年至 100 年累積下陷量圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.1.10 雲林地區民國 96 年至 100 年平均下陷速率圖
圖 2.1.11 雲林地區民國 98-99 年與 99-100 年平均下陷速率等值線圖(工業技術 研究院，2011)
2.2 嘉義地區
嘉義地區位於台灣本島西岸之南部，地面地質大部分為現代沖積扇(如圖 2.2.1)，區域內的沖積層為河道堆積物、海岸風機砂與潟湖淤泥等物質組成。而 區域內多條河流，於上游多泥質岩層，故沖積層中缺少粗鬆的沉積物，其厚度在 東部邊緣最薄，向西逐步增厚(工業技術研究院，2011)。
圖 2.2.1 嘉義地區區域地質圖(中央地質調查所，2000)
嘉義地區過去的土地利用主要為農田，而後於沿海地區逐漸興起養殖漁業，
然各產業用水隨著產業發展而提升，地下水抽取則為普遍現象，便造成大範圍的 地層下陷情形。圖 2.2.2 為民國 80 年至 100 年的累積下陷量，可看出嘉義地區 20 年來的嚴重下陷區域涵蓋了東石鄉、布袋鎮、朴子市、義竹鄉等鄉鎮，而主 要下陷中心為東石鄉與布袋鎮。而圖 2.2.3 為民國 93 年至 100 年的累積下陷量，
其下陷區域大幅縮小，但仍分布於布袋鎮、東石鄉與義竹鄉之部分區域。嘉義地 區逐年最大下陷速率與嚴重下陷面積參考附錄 三。
而近年來嘉義地區的下陷情形，由圖 2.2.4 與圖 2.2.5 比較民國 96 年至 100 年平均下陷速率圖、民國 98 年至 99 年與 99 年至 100 年的平均下陷速率等值圖，
可觀察出下陷速率於 3 公分以上的面積大幅減少，顯見嘉義地區的地層下陷情形 逐漸趨緩。
圖 2.2.2 嘉義地區民國 80 至 100 年累積下陷量圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.2.3 嘉義地區民國 93 至 100 年累積下陷量圖(工業技術研究院，2011)
圖 2.2.4 嘉義地區民國 96 年至 100 年平均下陷速率圖(國立交通大學，2012)
圖 2.2.5 嘉義地區民國 98 至 99 年與 99 至 100 年平均下陷速率等值線圖(工業技 術研究院，2011)
第三章 原理與方法介紹
雷達(Radar)為 radio detection and ranging (無線偵測與距離量測)的縮寫，意 指透過一定向天線對目標物發射一系列雷達波，經無線電波接觸物體產生反射波
L 1-2GHz 15-30cm JERS、SEASAT、ALOS C 4-8GHz 3.75-7.5cm RadarSAT-1/2、ERS-1/2、
Envisat X 8-12GHz 2.5-3.75cm SRTM、TerraSAR、
COSMO-SkyMed
3.1.1 雷達發展
3.1.1.1 航空側視雷達系統
航空側視雷達(Side-Looking Airborne Radar system, SLAR)(如圖 3.1.1)運作 上以側視(side looking)進行觀測主要原因有二 : 第一，飛機於行進中接受回波訊 (Signal to Noise Ratio，SNR)，因此需藉由脈衝壓縮技術(pulse compression) 獲取較高解析度與 SNR。
(2)軌道方向解析度
軌道方向解析力ΔRa是雷達掃描地表時於軌道方向的寬度，若要於軌道 方向分辨出兩目標物，則兩目標物需分隔較雷達掃描寬度大，可用下式表
具其解析度尚可接受，但若使用衛星作為載具，因 r 和 λ 因衛星軌道高度與 波段固定屬於常數無法變動，若想提升軌道方向解析度，則需加大天線長度，
所以在衛載上 SLAR 系統的解析度受到限制，此後則發展出合成孔徑雷達 (Synthetic Aperture Radar, SAR)解決此限制。
圖 3.1.1 航空側視雷達示意圖 3.1.1.2 合成孔徑雷達
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)是用以改進 SLAR 無法提高解 析度的缺點，當載具航高與使用雷達波段固定時，僅能增加天線長度來提高軌道 方向解析度，但載具的負重與尺寸均有嚴格的限制，因此才發展出在天線長度受 限時仍能提升影像解析度的合成孔徑雷達。
合成孔徑雷達是利用合成天線陣列的想法來提高軌道方向解析度，如圖 3.1.2，透過載具飛行時雷達不斷發射脈衝並接收回波訊號，在多個位置能看見同 一目標物時，因雷達天線至目標物的距離不相等，使得回波產生不同的相位移，
為了獲得正確數據，雷達將這些回波儲存於不同的記憶體位置，再經由相位平移 器給予相反方向的相位平移補償相位差，使該目標物的所有回波相位趨於一致，
最後將不同目標物的樹出成果總合，獲得現有的 SAR 影像，處理流程如圖 3.1.3。
圖 3.1.2 合成孔徑陣列示意圖
圖 3.1.3 合成陣列天線示意圖(陳卉瑄，2001) 3.1.2 雷達訊號特性
3.1.2.1 偏極模式
雷達訊號的發射與接收可分為不同的偏極模式(polarization)，可分為四種：
極，而 ALOS PALSAR 則根據拍攝方式有多偏極與全偏極選項。在觀測物語偏極 方向類似的平面上，雷達回波訊號較弱，如：拍攝垂直的稻作時，HH 偏極模式 所得影像會比 VV 偏極模式還要亮(較亮表示訊號較強)。
3.1.2.2 入射角與觀測幾何
入射角(incidence angle)指目標物位置的垂直方向與雷達波束入射方向的夾 角。回波強弱與雷達波束的入射角有極大相關，若雷達波和目標物接觸面呈直角 或高入射角，回波訊號強度會比低入射角強；以低入射角感測時，雷達波能量反 射回感測器較低，因此在影像上的色調偏暗。另外，目標物的局部入射角(local incidence angle)也是影響雷達回波強度的主因，其定義為目標物所在的當地地形 之垂直方向和雷達波束入射方向的夾角，性質相近的目標物會因所在位置地形不 同、相對於感測器的角度方位不同而使回波的成像強度有所差異(如圖 3.1.4)。
圖 3.1.4 入射角與地形效應對雷達回波強度影響示意圖
而地形坡度的差異，使雷達訊號的相對入射角不同，除了回波強度有差異之 外，此觀測幾何(viewing geometry)也可能對訊號產生幾何變形。因 SAR 屬於側 視感側成像系統，記錄目標物至感測器的斜距(slant range)，但成像依據接收回波 的先後順序而定，因此在地形起伏較大時，容易產生幾何變形，造成成像與實際 情形不符，如圖 3.1.5a，而幾何變形有以下三種：
(1)前波縮短(foreshortening)
當面向坡(foreslope)的坡度小於雷達波束與地面的夾角時(α<θ)，則產生 前波縮短現象，如圖 3.1.5b 所示，因雷達波接觸到面向坡山腳 a 和山頂 b 的時間相近，因此面向坡的回波訊號會在a’b’成像，造成影像中的特徵比實 際情況縮短且亮(a’b’<ab)。
(2)疊置(layover)
當面向坡的坡度大於雷射波束和地面的夾角時(α>θ)，產生疊置現象，
如圖 3.1.5c 所示，因山頂 b 的雷達回波最先被接收，造成背向坡(backslope) 和面向坡的回波訊號在影像上重疊，主動疊置(Active Layover)區 b’’a 以及遠 距(far range)的被動疊置區 ab’’的回波訊號在影像 a’b’上重疊，使疊置區域特 別亮，如：陡峭的山脊、稜線在影像上特別亮。
(3)陰影(shadow)
當背向坡過於陡峭( )，雷達波被遮蔽無法到達，該區將 無回波資料，且除了背向坡(bc)，後方部分區域(cd)也會無資料，在影像上 b’d’
僅有雜訊，如圖 3.1.5d。
3.1.2.3 雜訊與斑駁現象
雷達成像在同一像元內的不同目標物所反射的雷達回波訊號可能為同相位 (in-phase)，強化了該像元的回波強度，但也可能是因為反相位(out-of-phase)而使 回波強度相互抵消而減弱，因此雷達影像常呈現粒狀(grainy)或木紋狀，難以分 辨特徵，需要使用適當的濾波器凸顯影像特徵，增加其應用價值。
3.1.2.4 目標物特徵
地表物的幾何形狀及其各種物理性質皆會影響雷達波吸收及反射，其地表反 射物可分為三種(如圖 3.1.6)：
(1)鏡面反射體(specular reflector)
以水體為例，當雷達波入射至無風雨之平滑如鏡面的水體表面時，雷達 波會做全反射向外散出，導致感測器無法接收到回波訊號。
(2)直角反射體(corner reflector)
直角反射體可以產生最強的雷達回波，因直角反射體是由三個互呈直角 的平面構成，入射的雷達波會經兩次全反射後以相同角度反射回波至感測器，
因此此類的回波訊號較強。
(3)散射體(diffuse reflector)
若目標物表面凹凸不平或地勢崎嶇，入射的雷達波接觸到目標物後會向 周圍散射，其中部分能量會反射回感測器，但回波訊號較微弱且不均勻。以
若目標物表面凹凸不平或地勢崎嶇，入射的雷達波接觸到目標物後會向 周圍散射，其中部分能量會反射回感測器，但回波訊號較微弱且不均勻。以