1. 簡介
沿岸水體中含有比開放大洋高出許多倍的總 懸浮物質(Total Suspended Matter, TSM)濃度，例如 近岸之河口、漁場、海水浴場及珊瑚礁區，其主要 形成原因來自陸源物質的輸送及海底沉積物的再 揚起，高濃度TSM 區造成之水質惡化將影響海洋 中藻類的生產力(Cole and Cloern, 1987；Cloern, 1987；May et al., 2003)、珊瑚礁的生長(Dodge et al., 1974；Miller and Cruise, 1995；Torres and Morelock, 2002；McLaughlin et al., 2003)或水生植物的成長
(Miller, 1980；Dennison et al., 1993)。而沿岸 TSM 濃度主要受到河川流量、潮汐及沿岸流場之作用造 成濃度時空分佈特性明顯，例如在降雨後突然升高 且隨潮汐及流場之作用四處飄移，降雨數日後又快 速沉積下來。利用船載具進行採樣，如國家海洋科 學研究船海研一～五號之觀測任務，是目前監測沿 岸TSM 的常用方法(Liu et al., 2009)，但此法難以 大範圍進行研究，不僅耗時費力又無法全面分析及 掌握TSM 濃度之時空分佈特性。TSM 高濃度區會 有明顯的水色變化，運用衛星遙測(remote sensing) 可監測其分佈與動向，是近年來研究TSM 時空分
54 航測及遙測學刊 第十七卷 第一期 民國 102 年 03 月
佈特性的重要工具及唯一方法。
水中物質種類與含量的變化，會反應在水面上 所觀察顏色的差異；而遙測技術具有長時間、大範 圍、近即時監測等優點，因此，若能藉由遙測方式 獲取水色資訊，當可輔助吾人達成監測水質之目標。
美國於1978 年發射全世界第一枚專為觀測海洋水 色變化之衛星CZCS (Coastal Zone Color Scanner, 1978-86)(Barale and Schlittenhardt, 1993)任務，提 供了寶貴的實驗數據與經驗，認為嚴謹大氣校正將 是影響遙測水質準確度的重要因素。1997 年迄今，
NASA 又陸續成功執行了 SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor)及 MODIS 海洋水色觀 測任務，其中MODIS 為 NASA 發展之最新水色感 測器，搭載於Aqua 與 Terra 兩顆衛星上，具有 36 個中高光學分辨力的光譜波段，所反演之產品不僅 提供了海洋水色產品(如葉綠素、TSM)，還有做嚴 謹大氣校正所需參數(如水蒸氣、CO2、氣膠)，因 此其科學產品廣為全球使用，惟因其遙測目標以開 放大洋為主，最高解析度達250 m 的兩波段(band 1, Red 及 band 2, NIR)僅適用於陸地，其餘用於海洋 及大氣者為500 m 到數公里不等，應用在近岸水體 常受到解析度所限。有鑑於沿岸水體之水質變化與 人類生活更為息息相關，因此，Miller & Mckee (2004)提出以 MODIS Band 1 紅光波段，配合地真 資料建立估算近岸水體TSM 的模式，很快成為目 前最被廣泛應用的非官方產品之一 (Miller et al., 2011)。國人自主之福衛二號影像，具有 2 公尺全 色態及8 公尺彩色高解析度，且是全球第一顆位在 日再訪軌道的高解析衛星。雖然能於福衛二號影像 上觀察到近岸水體因高TSM 所產生之顏色變化，
如河口沖淡水團(plume)(康家珍等，2009)，但受限 於無法進行嚴謹大氣校正，且只有4 個低光學分辨 力的光譜波段無法將水色量化。
本研究發展一個新的方法，採雙衛星平台聯合 觀測的方式，對高屏河口之TSM 濃度進行遙測分 析。首先，運用8 幅 MODIS 250 m 解析度 Band 1 (620-670 nm)影像及與其對應之高屏河口 TSM 濃 度船測數據建立250 m 解析度的 MODIS TSM 估算 公式，簡稱MODIS-GP-TSM。其次，參考(Miller et
al., 2011)，運用 MODIS 大氣產品協助福衛二號進 行 嚴 謹 大 氣 校 正(Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes, FLAASH)並與海 面實測光譜資料進行核對，以配合MODIS 所推演 之MODIS-GP-TSM 做為地真資料，用以建立福衛 二號的8 m 解析度 TSM 濃度分佈估計模式，簡稱 FS2-GP-TSM。最後，本研究於 2011/6/7 搭乘海研 三號前往高屏河口採樣，同時請求國家太空中心拍 攝當日高屏河口福衛二號影像並以 FS2-GP-TSM 產製8 m 解析度 TSM 分佈圖，以 6 點河口到小琉 球近同步船測TSM 濃度進行驗證。利用本研究建 立之TSM 推估模式可在取像條件良好，且經大氣 校正後的福衛二號影像上產製沿岸水體 8 m 解析 度TSM 分佈圖，將影像觀測到的沖淡水團(plume) 轉為TSM 濃度分佈，可提供近海養殖、沿岸流場 及港灣建設更大範圍及近即時的環境資訊。
2. 材料與方法
2.1 研究區域
本研究選擇之區域為高屏溪河口、外海至小琉 球附近，如圖1(Liu et al., 2009)影像區塊所示。高 屏溪為台灣南部主要河川，流域面積及年逕流量大，
輸砂量相當可觀，每年可高達每平方公尺5.9 公斤 (Hung & Hung, 2003)，大於世界平均之每平方公尺 3 公斤(Milliman & Syvitski, 1992)。台灣地形陡峭，
發生颱風及豪大雨事件時，高屏溪會挾帶大量泥沙 進入河口，河口外的高屏海底峽谷扮演了重要的傳 輸通道並發展出獨特的海洋生地化系統(Liu et al., 2002；Liu & Lin, 2004； Liu et al., 2006)，瞭解高 屏河口之TSM 濃度分佈資訊，對河海動力、海洋 生態及港灣設計相當有幫助，也能對集水區水文及 物質輸送現象進行追溯分析。
2.2 MODIS 影像取得與處理
MODIS 為 NASA 發展之水色感測器，搭載於 Aqua 與 Terra 兩顆衛星上，具有 36 個中高光學分 辨力的光譜波段，且具有不同的功能設定，分別為：
楊凱傑、張智華、劉正千、邱耀勝、劉祖乾：結合 MODIS 與 Formosat-2 光學影像建立 55 高屏河口及沿岸水體高時空分辨率總懸浮物質濃度估算公式
Band 1- 2，兩波段涵蓋 620-876 nm，解析度 250 m，
提供土地、雲層及氣膠產品之邊界；Band 3-4 涵蓋 459-565 nm 及 Band 5-7 涵蓋 1230-2155 nm，5 波 段解析度均為500 m，提供土地、雲層及氣膠特性；
Band 8-16，9 波段涵蓋 405-877 nm，解析度為 1000 m，負責海洋水色、浮游生物及生地化特性之觀測；
Band 20-36，17 波段範圍 3.66-14.385 μm，解析度 亦為1000 m，主為提供大氣、雲層、地表及海面 溫 度 。MODIS 與福衛二號遙測影像儀(Remote Sensing Instrument)相對應波段資料詳表 1。
研究顯示水面懸浮物質濃度會影響水面反射 光譜(Gin et al., 2003)，有機懸浮質反射率波峰通常 出現在450-580 nm 間，最常於 550 nm 有最大波峰，
而在600-645 nm 及 665-690 nm 有兩個次波峰；無 機性懸浮質則出現在595-690 nm 之間。無論是有 機或無機懸浮質，在近紅外區段會出現反射光譜波 峰反應(754 nm 開始，最常在 814 nm 出現波峰)。
Han et al. (1994)發現在含砂濃度不高時，反射光譜 之波峰反射率與懸浮物質濃度成很好的線性關係。
雖官方未設定MODIS Band 1 具有遙測懸浮物質濃
度之功能，但其解析度與波段(620-670 nm)非常適 合，Miller & Mckee(2004)亦提出以 Band 1 波段，
配合地真資料建立估算近岸水體TSM 的模式。因 此，本研究也採用Band 1 來建立 MODIS-GP-TSM 模式。
每日由 Aqua 及 Terra 衛星所取得之台灣沿岸 MODIS 影像平均有四到五幅。福衛二號有拍攝排 程，即便每日都會通過台灣上空，但不一定會有研 究區域影像，因此，本研究從福衛二號影像資料庫 中現有資料，選出雲覆低、拍攝角度小及有沖淡水 團之影像後，再挑選同時間的MODIS 衛星影像。
本研究由 NASA 的 1 級大氣產品資料發佈系 統(Level 1 and Atmosphere Archive and Distribution System, LAADS) (NASA, 2012)取得 MODIS L1B 之Band 1 雲層上率定輻射資料(top of atmosphere calibrated radiance, TOA)，原始 TOA 可經 ENVI®
內建之MODIS Conversion 模組進行大氣校正、去 掉帶及投影至所選之座標系統後，得到研究所需之 反射率資料 (reflectance)，以建立 FS2-GP-TSM 公 式之MODIS 影像為例，如圖 2 所示。
圖1 研究區域：高屏河口，底圖為福衛二號遙測影像 (2005/8/10)
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航測及遙 ic image pr
遙測學刊 第十 ocessing sys
十七卷 第一期 rmalize Cross 色態與多頻譜 2-GP-TSM 模