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COVID-19疫情影響全球天氣預報
福衛七號適時扮演重要角色

2020/09/04

在今年8月12~13日美國所舉辦的Spire Weather - A Global Constellation Solution研討會中,歐洲中期天氣預報中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)資深科學家Sean Healy說明,2020年初所有觀測資料(包括傳統法、氣象衛星、無線電掩星資料註1……等)對 ECMWF 數值模式 24 小時預報誤差的貢獻中,無線電掩星資料僅占所有觀測資料的 4%;但自2020年3月正式加入福爾摩沙衛星七號的觀測資料後,經研究分析,已能顯著改善數值天氣預報模式的誤差,無線電掩星資料對於24 小時預報誤差的貢獻由4%大幅提升至10~11%。

Sean Healy指出,氣象學家會在商用飛機上安裝大量的大氣感測器,以便在飛機飛行的同時收集大氣資料;但2020年受到COVID-19疫情影響,人們出國旅行驟減,商用飛機上安裝的大氣感測器能提供的數據量也急劇減少,而2019年發射的福衛七號正好彌補了這個缺口。

福衛七號能接收全球定位衛星發射的無線電波訊號,該訊號經過不同溫度、壓力或濕度的空氣層,而產生轉向、變慢、減弱等現象。只要分析訊號特性,就能反過來推出地球上空的溫度、氣壓、濕度等數據。

國家實驗研究院國家太空中心林俊良主任表示,福衛七號通過測試期後,於2020年3月起正式提供資料予國際氣象作業中心及研究單位,現每天至少可提供4,000筆無線電掩星觀測資料。在福衛七號計畫工程團隊及衛星操控團隊的努力下,每次遇到衛星發生異常,都能以最快的速度解決,讓衛星恢復正常運作,因此能維持穩定的掩星資料品質與數量,達到任務目標。

福衛七號星系的6枚衛星,於2019年6月發射至高度720公里的暫駐軌道後,逐次分離佈署到6個均勻軌道面。經由國研院太空中心一年多的操控,目前已順利讓4枚衛星佈署到高度550公里的任務軌道上,第5枚衛星降軌佈署作業也將於今年9月下旬開始執行,預計2021年2月可完成全部衛星的軌道佈署註2,屆時觀測資料將會均勻分布在南北緯50度之間,對氣象預報作業可提供更大的幫助。
 


福衛七號1枚衛星抵任務軌道時每100分鐘可提供之資料分布圖



福衛七號6枚衛星抵任務軌道時每100分鐘可提供之資料分布圖


註1:何謂無線電掩星資料?

全球定位衛星發射的電磁波訊號經過大氣層時,會因為穿透不同溫度、壓力或濕度的空氣層,而產生轉向、變慢、減弱等現象。只要分析福衛七號接收到的訊號特性,就能反過來推出地球上空的溫度、氣壓、濕度或電子密度等數據。



掩星技術示意圖


註2:福衛七號6枚衛星為何要到2021年2月才能完成佈署?

衛星運行速度會影響到高度的升降。高度720公里的衛星,以和運行方向相反的方向進行噴射,使衛星減速,就會造成衛星軌道下降。

當福衛七號第一枚衛星被調降到550公里的任務軌道高度後,它所運行的軌道面會因地球扁圓型重力場的影響,與停留在720公里衛星運行的軌道面每天產生約0.55度的軌道面飄移現象。108天後,第一枚550公里高的衛星軌道面與720公里高的衛星軌道面,就會分開約60度。接著,第二枚衛星開始從720公里高調降到550公里高的軌道,108天後,第二枚550公里高的衛星軌道面與720公里高的衛星軌道面,也分開約60度,此時第一枚550公里高的衛星軌道面與720公里高的衛星軌道面,已經分開了約120度。如此依序將第三、四、五、六枚衛星從720公里的軌道高度調降到550公里的軌道高度,從第一枚衛星開始調降軌道高度開始到第六枚衛星調降軌道高度結束止,共花108x5=540天,加上衛星發射後的前四週還在進行健康檢查,總共約需19個月,此時,第一枚550公里的衛星軌道面與第二、三、四、五、六枚550公里的衛星軌道面,已經分別分開了60、120、180、240、300度,就完成了六枚衛星的星系佈署。