近岸海洋环境监测-气象科技研究.PDF

2014/9/29 同調性微波雷達開發 及其應用於近岸波浪場與流場監測 錢樺鄭皓元林昭暉 國立中央大學水文與海洋科學研究所 賴堅戊 國研院台灣海洋科技研究中心 近岸海洋環境監測 水動力主導下列現象： • 海岸侵蝕、波浪越堤海岸溢淹以及海域活動意外 • 向離岸水體混合作用、溢油及污染物輸送擴散、冷卻水熱擴散 近岸波場與流場呈現時空不均勻，各處流速與流向不同且皆隨時間而變： – 外邊界:大尺度潮汐、洋流、天氣系統 – 內陸棚與碎波帶：崎嶇岸線遮蔽、水深地形變化，流場中產生各 種尺度的渦旋、沿岸流與裂流 – 波流的交互作用與近岸海水密度分層效應 • 傳統單點的時間序列觀測難以呈現全貌，發展時間與空間高解 析精度的監測技術有助於獲得致災近岸水動力特性。 1 2014/9/29 近岸波場與流場隨時空變化甚鉅， 各種機制交互作用現象複雜 From Nitrouer, C.A. and Wright, L.D., Rev. Geophys ., 32, 85, 1994 以海岸災害監測、預警及研究需求為目的之 遙測系統研發 • 研製同調性微波雷達監測系統，中央大學自行開發與執行 1.雷達訊號處理電路、 2.資料演算與分析方法、 3.現場實驗與測試。 • 實現的原理(Coherent on Receive) ： – 應用都卜勒效應，以機械式海面掃描，得到海表特徵在空間分佈與時間 演變特性。 – 觀測電磁波脈衝於海面的背向散射訊號傳遞相位，直接獲得高解析度海 表水粒子速度 – 藉此推算波浪水位、週期、方向波譜與海面流場分佈。 • 現場實驗與測試比對 – 桃園新屋海岸中央大學臨海工作站 – 臺中港北堤海域 2 2014/9/29 非同調性(回波強度影像) vs.同調性(都卜勒雷達)  a. Bragg Law b. Barrick (1972)一階峰背向散射理論 λ radar wave length r λ sea surface wavelength s θ depression angle 6 4  (,) 2 k S(2mk ) (m ) 0 0 B m 1 Why Coherent radar? • 傳統影像雷達觀測波峰連線之移動速度，轉換 至頻率域