固體地球的探測 海洋觀測
大氣觀測 天文觀測
地表地層探測:有野外地質調查觀察岩性
、化石及構造,量測地層走向與傾角,或 開挖槽溝等。
走向:岩層層面與水 平面的交線方向。 傾角:岩層層面與水 平面的交角。 層面位態以符號 表示於地質圖上 。長線代表走向,與長 線垂直的短線代表傾 角方向並以數值 (65º) 表示傾斜角度 。 走向走向 傾角方向傾角方向
地表潛變監測:利用潛變儀監測斷層活動
帶或地表破裂帶的地表潛變 ( 移 ) 狀況, 可掌握斷層或岩層等地表的變形量及速率 ,並瞭解其肇因。
地下鑽探-直接探測,可知淺層地殼性質 ,大陸地區最深約達 12 公里、海洋約 2 公 里。 震波探測-可得知地球結構、岩層密度、 構造分布、厚度及組成。 重力探測-可推測淺層岩層的密度或起伏 狀況。 磁力探測-可瞭解地球磁場的變化或磁性 物質的分布並推算岩性。重力探測結合地 熱流量的變化可推知地殼厚度。
折射、反射等 現象 ( 通常一 次人工地震, 可以測得約六 千公尺深的反 射層)。 在近地表處使用人為的方式產生地震波,利 用地震波在地層或地層界面間,因傳播速度 的改變,形成
量測地表各測點重力值的改變,經由潮汐、
緯度、高度、地形等修正後,若仍和理論值 有差異,即表示地下岩性或構造有異常狀況 ,可推測地下岩層密度、厚度及構造。
應用實例:如配 合地質及震測資 料,尋找具有蘊 藏石油和天然氣 潛力的背斜構造 。
因地層內重物(例
如:金屬礦)萬有 引力的吸引,造成 與地心方向不同的 偏移情形。
航空遙測-地表高解析度照相、雷達探測 、雷射測距掃描。 地球資源衛星-地表多波段照相、雷達探 測。 全球衛星定位系統-監測地表變形。 全球衛星定位系統 (GPS) 精確度可高達毫米 級,是研究小區域地殼變動量的良好工具。
溫鹽深儀 (CTD) :觀測 海水的溫度、鹽度與深度 的儀器。溫度多用電子式 溫度計測量,鹽度是由海 水導電度換算,水深則由 水壓換算 ( 水深每增加 10 公尺約增加 1 大氣壓 ) 。 輪盤式採水瓶可採集不同 深度的海水,進行海水化 學成分的分析。 (攝影:黃玫琪) 溫鹽深儀 輪盤式採水器
海流觀測:以旋葉式或音響式等海流儀定點
觀測 ( 都卜勒流剖儀可觀測不同深度海流 ) ,或以人造衛星定位的漂流浮標觀測。
旋葉式
波浪與潮汐觀測:傳 統波浪觀測以海面下 固定深度設置壓力計 、或在海面定點佈放 浮球進行,最新可利 用衛星雷達遙測海面 浪高;潮位觀測常用 壓力式或音波式潮位 儀,安置在穩定井內 進行。
主要利用聲波測深儀 ( 聲納 SONAR) ,發 出聲波並接收由海床反射回波,聲波在水中 傳播的速度 (U) 乘上聲波在水中往返的時 間 (T) 除以 2 ,求得水深 (S) 。欲得到精 確的海底地形,測深同時需利用 GPS 定出 測點位置。 ▲ 聲納亦可用於魚群 的掃描
籍由工具從海面伸至數
千公尺的海底鑽取岩心
臺灣於 1997 年與澳洲、加拿大和南韓共同
組成 太平洋周遭海洋鑽探聯合會,成為 「海洋鑽探計畫」的國際夥伴之一。
地球號介紹影片 http://www.youtube.com/watch? v=bqmuwHQGo1k
(1) 增進對海洋沉積層及海洋地殼的組成 與結構的瞭解, (2) 證實海底擴張 ( 中洋脊兩側地磁倒轉 紀錄的對稱分布 ) 及板塊構造學說, (3) 提供侏羅紀以來的古環境、古氣候、 古海洋變遷和地球資 ( 能 ) 源等資訊。 ( 目前尚未鑽透莫氏不連續面 ) 。
地面觀測 地面觀測地面觀測 地面觀測 高空觀測 高空觀測 高空觀測 高空觀測 遙測 遙測遙測 遙測遙測遙測遙測 遙測 海面觀測 海面觀測 海面觀測 海面觀測
觀測坪一般設置在地勢平坦、空曠、鋪種淺草的
地面。離建築物一定距離,避免受建築物影響。
每天觀測四次(國際標準時 0 時 、 6 時、 12
百葉箱的箱底離地約 1.5 公尺,避免受 地表輻射影響。 北半球,百葉箱門開 在朝北方向,以避免 日光直接射入箱內。 百葉箱通常設在觀測 坪的北側角落,以免 影子遮住其他儀器。 北 南 東 西 (攝影:黃玫琪)
各式氣溫計和溼度計置放在百葉箱內 自記式毛髮溫度溼度計 自記式毛髮溫度溼度計 自記式毛髮溫度溼度計 自記式毛髮溫度溼度計 最高最低溫度計 最高最低溫度計 最高最低溫度計 最高最低溫度計 乾溼球溫度計 乾溼球溫度計 乾溼球溫度計 乾溼球溫度計 (攝影:黃玫琪)
乾溼球溫度計量測相對溼度 1. 利用乾球、溼球兩溫度計的溫差 ,查表可得大氣的相對溼度。 2. 溫差越大,相對溼度越小。 3. 置於百葉箱中。 大氣中水氣含量的多寡,還有用水 氣壓、絕對溼度、露點等來表示 ( 詳見高一 PPT) 。
地面僅觀測水平風的風向和風速。
利用風向風速計所觀測的是離地平面往上約
10 公尺高度、 10 分鐘平均的風速。
儀器有風向計、風杯風速計、螺旋槳風向 風速儀等。 1. 測風向:利用一不對稱的物體,其對空 氣阻力較大的一端會移動到下風處,因 此由另一端指出風向。測風速:是利用 水平旋轉的風杯或旋轉扇葉量測,風愈 大時,風杯或扇葉就轉得愈快。 2. 測定某一時間內之最多風向及平均風速 。
在無蒸發、流失或滲 透等情況下,一定時 間內降水儲積在單位 平面上的深度即為降 水量,常以毫米為單 位來表示。 傾斗式雨量器
其他觀測:測蒸 發量、太陽輻射 、紫外線強度…等 。 日 照 計 日 照 計 蒸發皿
交通部 中央氣象 局負責。依照國際 標準的觀測時間之 外,增加了一天四 次的輔助觀測,即 每三個小時觀測一 次。
天空狀況如天氣現象、能見度以及雲等項 目,仍須由觀測員 ( 人工觀測 ) 在戶外空 曠處親自目測。 雲的觀測項目包括雲狀、雲量和雲高,雲狀的 變化可作為天氣變化的徵兆。 雲量:國際上常以八分量 ( 另有十分量 ) 表示 ,八分量即以視野的天空分為八等分,觀測雲 層所遮蔽的部分占天空多少比例。
以海平面為基 準,將地面觀 測的氣象資料 填在地圖上, 包括:風向、 風速、溫度、 溼度、氣壓、 天氣及雲量等。 可以作為判定 與分析高氣壓 、低氣壓、鋒 面等天氣系統 之依據。 22 露點 22℃ 22
露點
22℃
世界氣象組織( WMO )負責整合與分享全球 一百多個國家、近萬個地面氣象站參與氣象觀 測的氣象資料。 每天一律在世界時的 0 時、 6 時、 12 時 、 18 時(臺灣時間分別是 8 時、 14 時 、 20 時、 02 時)進行四次的氣象觀測。 各國的氣象中心和觀測站都有線路連接,組成 一 個全球電信系統,有美國 華盛頓、俄 羅斯 莫斯科與澳洲 墨爾本等三個世界氣象中 心以及 26 個區域氣象中心。
高空氣象觀測可以獲取大氣層中,距離 地面 0 ~ 30 公里高空的氣象要素垂直分 布。 載具包括:氣球、風箏、飛機、衛星等 探空氣球是每天例行性的觀測。 我國負責執行「追風計畫」的飛機。 (攝影:黃玫琪)
充填氦氣的探空氣球 加掛無 線電探空儀, 以每分鐘約 350 公尺 的速度上升。 測得的數據,透過無 線電發 射器傳回地面 的接收系統。 測量項目 氣壓:可推算高度 溫度 溼度
可測量風向、風速的探空儀。 原理:追蹤氣球的位置變化加以計算求得。 追蹤方式: 追蹤探空氣球的仰角與方向角的變化。 在探空儀內加裝全球衛星定位系統( GPS )的 接收器。 無線電探空儀觀測時間:世界時 0 時和 12 時觀測兩次,即臺灣地方時 8 時和 20 時。 目前臺灣共有臺北 板橋、花蓮、臺東 綠島 、臺南 永康、屏東、馬公、東沙島以及南 沙島等高 空氣象觀測站。
有地面氣象雷達與人造衛星等兩種方式 氣象雷達 利用天線發射電磁波,當電磁波碰到雲雨中的水 滴後會反射回來,雷達再利用天線接收回波,依 據回波的時間和強度,可判斷降水的空間分布以 及強度。 氣象雷達可觀測風暴內部雲雨及降水分布、結構 和運動,並推估風速及氣流結構。 氣象衛星可分地球同步衛星和繞極軌道衛星 。 其餘重點請見復習 PPT~~ 高二 [ 遙測 ] 單元
步驟:氣象觀測→繪製天氣圖→進行數值 天氣預報→綜合討論、研判→作成預報。 數值天氣預報的準確度和觀測資料的完整 與否 ( 高山及海洋較欠缺 ) 及數值分析方 法有關。 天氣預報準確性會隨預報時間的延後而降 低。空間尺度較大的系統,可預報期限較 長;空間尺度較小的系統,可預報期限較 短。短期預報準確度較高,一週以上的預 報參考價值較低。
觀測資料缺乏 氣象預報起始時間所需的觀測資料仍然不夠完 整。 特別是廣大海洋上的觀測資料相當缺乏。 理論尚未完整 有許多物理變化過程,仍無法適切處理,只能 以處理的參數來近似這些過程。 數值近似解 大氣運動相關的物理定律數學方程式的性質是 非線性的,只能用數值方法求得近似解,而且 對初始條件很敏感,即所謂的「混沌」特性。
雷雨、龍捲風等類型天氣系統,因空間尺 度小、形成快、生命期短,難掌握,天氣 預報能力十分有限。 此類短暫區域性的劇烈天氣常造成嚴重災 害。 這一類較小尺度天氣系統所產生的天氣變 化,目前是以即時的觀測資料作為基礎, 特別是氣象衛星與氣象雷達的觀測資料, 依據氣象學理與經驗,作 0 ~ 12 小時 的即時天氣預報。
地面觀測: 可見光波段 ( 光學望遠鏡 ) 無線電波波段 ( 電波望遠鏡 ) 太空觀測: 不受大氣干擾,各波段電磁波段望遠鏡皆 可觀測。 通常安置在軌道衛星上進行觀測 紫外線、紅外線、 X- 射線、,易被大氣 吸收、在外太空才易進行觀測
1. 放大影像 放大率 = 物鏡焦距 ÷ 目鏡焦距 ,一般藉更換 目鏡來調整放大倍率 放大率愈高,視野愈小,成像愈暗 2. 使影像明亮 ( 聚光 ) 聚光力 =( 物鏡直徑 )2÷ ( 眼晴瞳孔直徑 )2 成像明亮度:聚光力愈好、放大倍率愈低成像愈 明亮 3. 使影像清晰,增強解析力 ( 望遠鏡分辨兩鄰接 物體的能力 ) 口徑 ( 物鏡直徑 ) 愈大、解析力愈佳 口徑大的望遠鏡聚光力較強,解析力亦較好,故 世界上望遠鏡口徑愈做愈大
光學望遠鏡的種類 1. 折射式 2. 反射式 望遠鏡的主要構造: 1. 主鏡 ( 包含物鏡、目鏡 、鏡筒 ) 2. 尋星鏡 ( 常用倍率 5-7 倍,放大倍率低,視野 範圍大,用於尋找目標 較方便 ) 光學望遠鏡的 種類
望遠鏡的構造
物鏡為凸透鏡 優點: 1. 保養較容易 2. 影像品質佳 缺點: 1. 物鏡製作不易、價格昂貴 2. 僅靠鏡片邊緣支撐,口徑無法超越 1m 3. 易有色差 ( 需在物鏡後多加一消色差 透鏡 )
牛頓式
物鏡為凹面鏡 ( 拋物面較球面為佳 ) 優點: 1. 沒有色差 2. 物鏡製作容易價格較低 3. 鏡筒較短 缺點: 1. 保養較不易 2. 球面鏡無法將光線聚焦在同一點 ( 用 拋物面可改善 ) 現代大型天文望遠鏡均屬之
目鏡無法更換,故放大 倍率通常是固定的。 規格:如標示的數字 ─ 10×50 。 第一個數字「 10 」指的 是望遠鏡的放大倍率。 第二個數字「 50 」指的 是望遠鏡的口徑(物鏡 直徑,單位 mm )
赤道儀:將極軸對準天北極,調成與地球 自轉軸平行,以調整赤經、赤緯的方式尋 找天體。若將赤經馬達開啟,即可追蹤因 地球自轉而作周日運動的天體。 經緯儀:以調整仰角、方位角的方式尋找 天體,較赤道儀輕便,手動追踪星體較不 易操作。
赤道儀 經緯儀
▲ 折射式赤道儀 ▲反射式經緯儀
重錘 ( 平衡 主鏡 ) 對準北極星
藉由碟形天線收集電波 與信號接收、處理與顯 示,對研究星際雲氣特 別有用。 優點:不受天候限制, 可日夜觀測。 缺點:訊號微弱 ( 解析 力較差 ) ,常需要極大 的口徑或電波望遠鏡形 成陣列來增加解析能力 。
時間限制:除了太陽的觀測外,主要在夜間觀測 光害:光害使夜空中的背景亮度增高,較暗淡的星體 不易觀測到 天氣限制:晴朗無雲的天候較佳,故觀測地點的晴天 率要高 大氣影響: ( 時間及天氣限制亦為大氣影響 ) (1) 只有可見光、無線電波、微量紅外線可以通過 地球大氣層到達地表 ( 紅外線只可到達高海拔 ) (2) 大氣消光:大氣分子或塵埃等粒子將星光散射, 使星體的亮度減弱 (3) 大氣寧靜度:大氣不穩定、擾動,使星光閃爍, 造成影像不清晰 (4) 造成白天、黑夜、及各種天氣變化 ( 天氣限制 )
高海拔 晴天率高 減少大氣干擾 水氣稀少 避開人為干擾 光害 煙霧、廢氣 人為無線電訊號 低緯度 全天可視範圍大 四季日夜長短變化小 •理想的天文台都建在遠離人煙 ( 光害少 ) 的高山地區 ( 大氣稀薄 ) 。 如:夏威夷毛納基山頂、台灣的鹿林前 山