成大全球觀測與資料分析中心

  圖  1 : 雷達衛星圖像顯示了荷蘭鹿特丹港的油罐。這些日常圖像是在 2021 年 3 月 6 日至 31 日期間使用 ICEYE 的雷達成像衛星拍攝的。延時圖像顯示了儲罐外部浮頂的運動，表明每個儲罐內的油量增加或減少。 圖片來源          近年來，世界各國不斷在制定如何有效打擊非法、隱匿、管制外的船隻，但是除了法律與條文的制約之外，一套對於海洋的遙測技術是不可或缺的。試想:若是沒有監視攝影機及警察，那再 滴水不漏的法律條文也是毫無用武之地。隨著科技進步，且2012年資料開放政策推動之後，天時地利人和下，國際上漸漸有許多的衛星資料穩定且無償的開放給全世界進行海洋環境監測或研究的需求， 。也有些企業將衛星資料為特定機關或是其他企業有償提供資訊， 海洋衛星影像技術在其中扮演著最重要的角色 。 以下介紹的ICEYE就是利用這項技術營利的機構。 圖  2 : 來自 ICEYE 的示例 SAR 數據。  圖片來源 圖  3 :ICEYE 所屬衛星示意圖。 圖片來源           ICEYE是一家為特定機關客制所需衛星遙測資訊的一家企業。 目前，該公司 根據市場需求的 SAR 數據與信息服務而製定發射新衛星所搭載的系統規格， 已成功地通過系統商業衛星群向全球客戶提供數據 。其 所使用的 SAR 衛星所搭載的光學雷達為合成孔徑雷達（ Synthetic Aperture Radar, SAR ），屬於一種微波成像雷達，也是一種可以產生高解析度影像的機載雷達或星載雷達，可搭載於飛機或是衛星上，使用上需要用到高複雜的雷達數據合成後處理過程，藉此獲得極高空間解析度的光學雷達影像。合成孔徑雷達衛星為不受日夜天候影響，現已被廣泛應用於環境與災害觀測上。 SAR 的首次使用是在 20 世紀 50 年代後期，搭載在 RB-47A 和 RB-57D 戰略偵察飛機上偵查地面情形。經過近 60 餘年的發展，合成孔徑雷達技術進趨成熟，各國都建立了自己的合成孔徑雷達發展計劃，各種新型體制合成孔徑雷達應運而生，在民間、企業與政府間扮演不可或缺的重要角色。 圖  4 :SAR 合成孔徑雷達運行原理示意圖。          SAR 與其它大多數雷達一樣，透過發射電磁脈衝和接收目標回波，測量兩者之間的時間差測定距離，其解析度與脈衝寬度或脈衝持續時間有關，脈

圖1 : 以nosis 檢視斯里蘭卡海洋汙染 之示範操作 圖2  :  因火災產生的滾 滾濃煙以及海 面上漂浮的油汙。 圖片來源 2021 年 5 月 20 日， X-Press 珍珠號 --- 一艘位於斯里蘭卡西部的化學貨櫃輪在進入可倫坡港前夕爆發一場「火燒船」事件，所幸無人傷亡，但由於船身結構嚴重受損，加上船體設計本身頭重腳輕，船尾開始下沉導致引擎室嚴重進水，到了 6 月 2 日傍晚，珍珠號的船尾直接沉入海面下 22 公尺深的海床底部。從《法新社》攝影記者的空拍照中可以發現，珍珠號周遭海面已經開始出現了明顯油汙擴散，現場救難隊也證實海底的船尾重油槽，正持續噴出「黑色細流」，「船內的 350 噸重油正在外洩」目前要處理外洩的重油，只能靠人工的方式下潛至 22 米深的海底「手動抽油」。而事故導致船上的塑膠微粒與化學藥品外洩至海水及沙灘，正為斯里蘭卡西部海域帶來一場空前的生態浩劫。 圖3  :  事件發生地點位於世界地圖中橘色圈位置。來源 : google 地圖 以 2019 年巴西海岸線的油汙汙染案例為例，長達 2100 公里的海岸線，已知 200 多處地點遭不名油污浸染，至少 8 隻海洋動物遭油污覆蓋全身窒息死亡。專家指出，油污對海洋環境、生物和人類健康造成的損害，可能持續數十年。目前對油污的來源仍在調查尚未明瞭，但是對於生態的破壞及對人類的威脅，估計需要長達數十年的環境恢復期，重創海洋生態系食物鏈，油汙外洩對環境及人類的嚴重性可見一斑。 《戰國策‧楚策》：「見兔而顧犬，未為晚也；亡羊而補牢，未為遲也。」。為了防止災情擴散，我們可以運用衛星遙測技術觀察周遭海域的外洩油汙分布位置及狀況，解此分析油汙擴散情形。    首先介紹 Sentinel-1 ( 哨兵一號 ) ，一顆由義大利泰萊斯阿萊尼亞空間公司製造的地球觀測衛星，能夠從 ERS 和 Envisat 任務衛星提供連續性的數據，它攜帶的 C 波段合成孔徑雷達，可白天、夜晚和各種天氣提供連續圖像。同時記錄地球表面的雷達圖像。 Sentinel-1( 哨兵一號 ) 的光學影像形成原理是由雷達天線向海面主動發射電磁波再收集回波，由於海水表面本身粗糙不平，因此造成電磁波產生散射回波。海面粗糙度越大反射效果越明顯。海面上有油汙時，由於油汙粗糙度較低，反射效果相對不明顯，在光學影像中顏色較暗，容易做

圖 1 、以國家海洋衛星影像服務(National Ocean Satellite Image Service,  NOSIS ) 系統內的 Sentinel-1雷達衛星 檢視油汙範圍 溫暖燦爛的陽光灑入淺藍色的海水，顏色鮮豔的珊瑚礁附近有熱帶魚群悠游其中，保育類海龜緩慢悠然的在海中移動，這是 油污事件 發生前的小琉球浮潛景色。 2021 年 6 月 22 日凌晨 2 點多，台灣中油公司位於高雄的大林煉油廠，在卸下油輪上的原油時，因湧浪劇烈拉扯浮蛇管 (floating hose [1] ) 而造成管線破裂漏油，雖然立即停止輸油，但仍有約 50 公秉 [2] (1 公秉約為 1000 公升 ) 的原油外洩到海上。刺鼻的油味瀰漫在空氣中，漆黑的海面、濛濛的細雨、陣陣的雷鳴，使清污人員無法看清油污擴散的範圍及方向，清污工作更顯艱難。 ( 圖2 ) 圖2、 6 月 22 日上午直升機空拍影像。圖源： 海保署 6 月 22 日新聞快訊 根據海洋委員會海洋保育署 ( 簡稱海保署 ) 的海污行動計畫中，現行防治海洋污染的科技有：光學 / 雷達衛星、無人飛行載具、雷達車 以及油污染模式模擬，而前三者與遙測技術密不可分。所謂的遙測即遙感探測 (Remote Sensing) 的簡稱，廣義上的遙測技術是不需經接觸便得以取得物體資訊的科技 ，比如用眼睛看就可以得到對方的身高體重數據 ( 這是超能力吧 ) ；而狹義的遙測則是以電磁波為主要探測訊息、大地現象為主要探測對象，最容易想到的例子就是人造衛星。 它們在寂靜的黑暗中默默地守護這個世界。   這次的小琉球油污事件便是利用雷達衛星及無人飛行載具來追蹤油污的動向。在看影像前，我們先來理解雷達衛星如何觀測油污：雷達衛星是主動式遙測 ( 光學衛星則為被動式遙測 ) ，透過衛星發出特定波長的雷達波與地表地物接觸作用後，偵測其產生的回波訊號以取得該地區資訊，而海洋的回波訊號主要受表面波浪影響。表面波浪會因為波面的傾斜特徵 (tilt modulation) 和流體動力效應 (hydrodynamic modulation) 產生不同程度的粗糙度，粗糙的海水表面會使回波訊號朝各個方向反射，反射的訊號之間互相共振後便會產生布拉格散射 (Bragg sc