1. 前言
1.1 研究動機
氣候變遷現今是國際上重要的議題之一，影響 全球氣候變遷的主要驅動力分別來自溫室氣體的 增溫效應，以及存在於大氣中的氣膠(Aerosol)所造 成的降溫效應。根據 IPCC 在 2007 年的報告中指 出，在1750 至 2005 年之間，溫室氣體的輻射驅動 力(Radiative Forcing)約為 2.5 W m-2，而氣膠對於 輻射驅動力的總貢獻約為 -1.2 W m-2，但輻射驅動 力為因為氣膠種類不同或是氣膠的光學特性不同 而有很大的改變。在同樣濃度下，顆粒較大的氣膠 對輻射驅動力的影響較顆粒小的氣膠明顯，而氣膠 的吸收特性也會直接影響輻射驅動力，當氣膠擁有 強吸收特性時，其消光能力比起若吸收特性要強。
氣膠對輻射驅動力的影響較為複雜，因此探討不同 氣膠種類的光學特性能對輻射驅動力的計算有很 大的幫助。(Bodhaine et al., 1995)。單次散射反照 率(single-scattering albedo)是散射與消光(散射與吸 收)的比例，能反應出一地區氣膠的吸收強弱，是 模 擬 氣 候 系 統 的 一 個 很 重 要 參 數 。Hansen et al.(1997)指出當雲中含有單次散射反照率高於 0.91 的氣膠時，會冷卻氣候系統，而低於 0.91 時會加 熱氣候系統。雖然此參數可由AERONET(AErosol RObotic NETwork)地面觀測站提供，但地面測站能 提供的資訊有空間上的限制，而氣膠的種類及光學 特性有很大的區域性，在計算各個地區的輻射驅動 力時，如果只由地面測站的觀間上的分佈，對氣候 模式的模擬有很大的限制，而衛星資料能提供大範 圍地區的觀測資料，因此能提供氣膠吸收特性在空 間上的分佈，對計算輻射驅動力有很大的幫助。生
質燃燒會釋放出很多的強吸收粒子，而沙塵(dust)
Kaufman et al.(1990)使用一組 AVHRR 影像反 演單次散射反照率、氣膠光學厚度與粒徑大小(size MODIS 提供的 Deep Blue algorithm (Hsu et al., 2004, 2006)能反演高反射率地區(如沙塵)的氣膠光 要的氣膠對象為沙塵。Kaufman et al.(2002a)針對海 洋sunglint 區域的特性來反演海洋上的單次散射反 照率。氣膠在海洋sunglint 區域的反射率，可由氣 膠的吸收與散射特性來影響，而氣膠的散射特性是 可以在非sunglint 區域反演得到，且 sunglint 的反 射特性可以由特定波段(氣膠不吸收的波段)決 定，因此最後可以得到氣膠的吸收特性，其誤差約 為±0.02，缺點是只能反演在海上的氣膠，且需要 特定的觀測角度才能觀測到sunglint 區域。Torres et al. (2005)使用 TOMS 的 UV 波段反演氣膠光學厚
0.5-0.8 W m-2，對全球暖化的貢獻約為溫室氣體貢 獻的三分之一(Haywood & Boucher, 2000)。對可見 光有強吸收特性的氣膠粒子會嚴重的影響到能見 度，甚至會減緩當地的生態循環，Deng et al.(2008) 指出珠江三角洲地區的低能見度事件是因為高濃 度的含碳氣膠粒子所造成的。此外生質燃燒釋放含 碳氣膠粒子的多寡和燃燒的物種與燃燒形態有 關，Kaufman et al.(2002b)指出非洲草原燃燒產生 的黑碳粒子對光學厚度貢獻約為12%，而森林火災
進而影響到氣候系統(Perez et al., 2006; Prospero et al., 2002) ，也會嚴重影響空氣品質而危害到人類 響，會嚴重影響當地的輻射驅動力；Christopher &
Jones (2010)提到造成西非地區遭受小顆粒的侵 微米(Tegen & Lacis, 1996)，吸收特性會隨著波長變 短而增強，其光學特性也會隨著沙塵來源地區而不 同，撒哈拉沙漠的沙塵粒子主要成分為矽(Silica)，
約占 60%左右，其餘成分包含了氧化鋁(Al2O2)、
氧化鐵(Al2Fe3)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)與氧 化鉀(K2O)等(Chudnovsky et al., 2009)。Wanger et al.
(2009)在 2006 年觀測到撒哈拉沙漠沙塵的折射指 數 虛 部 約 為 0.004(440nm) 、 0.003(670nm) 、 0.002(870nm)，並和其他觀測資料比對只有些微的 差異。Kaufman et al.(2001)在 1999 年西非的 Cape Verde 測站觀測到沙塵的平均單次散射反照率為 0.90(440nm)、0.93(670nm)、0.94(870nm)；Cattrall et al.(2003)在靠近西非的東大西洋地區反演沙塵的
氣的水氣含量，地面資料來自 AERONET 提供的 粒徑分佈與折射指數實部。Dubovik et al. (2002) 指出在探討氣膠的吸收特性時，使用 AERONET 提供的粒徑分佈與折射指數實部可避免許多由氣 膠造成的不確定性。在驗證方面，AERONET 提供 的折射指數虛部與單次散射反照率可作為驗證資 料。
2.1 研究資料及研究區域
本 篇 研 究 使 用 MISR 的 MI1B2E 產 品 (http://l0dup05.larc.nasa.gov/)，為 ellipsoid-projected TOA (Top Of Atmosphere) radiance product，提供 4 個波段(446nm、558 nm、672nm 和 866nm)及 9 個 觀測角的大氣層頂輻射強度(Apparent Radiance)、
太陽天頂角和方位角、經緯度和衛星通過時間等觀 測資料，其中大氣層頂輻射強度選用3 乘 3 像元的 平均值去對應地面觀測資料。研究也使用MOD04 與MOD05 產品(http://
ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html)，MOD04 產品能提供 550(nm)的氣膠光學厚度，解析度為 10(km)，用於反演氣膠光學厚度的頻道共有 7 個 (466nm、533nm、646nm、855nm、1243nm、1632nm、
2119nm)，反演方法可分為 Dark Target algorithm 與 Deep Blue algorithm，其中 Dark Target algorithm 需 要低反射率的目標物(湖泊、海洋或植被)，而 Deep Blue algorithm 適用於高反射率地區(沙漠或都 市)。MOD05 能提供水氣含量的訊息，包括由近紅 外光與熱紅外光所提供的整層大氣水氣含量，解析 度為1(km)。
在 研 究 區 域 的 選 擇 方 面 ， 本 篇 研 究 使 用 AERONET Level 1.5 與 Level 2.0 的觀測資料 (http://aeronet.gsfc.nasa.gov/)，使用的參數包括氣膠 光學厚度、粒徑分佈、折射指數、單次散射反照率 等 。 本 研 究 選 用 的 測 站 包 括 東 南 亞 地 區 Mukdahan 、 Pimai 、 Ubon_Ratchathani 、 Chiang_Mai_Met_Sta ( 圖 1) 與 西 非 地 區 的 Dahkla、Dakar (圖 2) 等測站，符合氣膠光學厚度 在550(nm)波長為 0.5 以上為代表性個案，因為反 演單次散射反照率的誤差百分比較小(約在 3%以
內)。挑選出來的代表性個案約 16 個(煙塵)和 18 個(沙塵)，其日期、測站位置與氣膠光學厚度列在 表1 和表 2。若觀測的時間與衛星的時間差超過一 小時則不使用該筆資料。
表 1 東南亞地區煙塵個案的測站位置與日期和氣 膠光學厚度，A 組為強吸收特性組，B 組為 弱吸收特性組
表 2 西非地區沙塵測站位置與日期和氣膠光學厚 度，A 組為強吸收特性組，B 組為弱吸收特 性組
圖1 本篇研究選用的東南亞地區 AERONET 測站
圖2 本篇研究選用的西非地區 AERONET 測站