真實色(GeoColor)雲圖說明

1.特性

白天時,真實色雲圖主要反映來自太陽短波的輻射能量,其受太陽角度、表面反射率及氣溶膠等因素影響,使不同的地表特徵及大氣狀態會呈現不同的顏色,能顯示出類似肉眼所見的真實色彩,如海洋或湖泊為藍色,且能因藻類濃度的變化呈現出不同層次;陸地則依據植被的種類有棕色或綠色之分,在植被覆蓋區可看到青綠到深綠的變化,在裸露高山縱谷呈現黃褐色或深褐色,在高原區或都會區則有深淺不一的土灰色。

到了夜間,真實色雲圖將可能存在低層雲系或霧的區域以粉紅色顯示,較高的雲則用白色呈現,可輕易辨識出容易影響航海航空安全的天氣現象。而日夜交替的地區,則依太陽天頂角做漸層處理,雲圖會隨著入夜或是黎明漸漸轉變成日間訊號或夜間訊號。


2.原理

真實色雲圖係利用日本向日葵(Himawari)地球同步衛星之紅光(0.64µm)、綠光(0.51µm)、藍光(0.47µm)、近紅外線(0.86µm)、紅外線第一頻道(10.4µm)及紅外線第四頻道(3.9µm)的觀測資料進行合成。

(1)白天時,太陽光經過地球大氣層時,與空氣分子產生的雷利散射(Rayleigh Scattering)效應,將會使真實色雲圖變得模糊。紅光、綠光、藍光及近紅外線頻道經過大氣校正後合成的影像,將會變得更加清晰,也更貼近於肉眼所見的地球樣貌,如圖1所示。

(2)夜間則使用紅外線第一頻道提供地球表面的雲系分布,並結合紅外線第四頻道取得低雲與霧的分布,如圖2所示。

(3)日間與夜間地區交替區域的雲圖,會依照太陽天頂角的數值將可見光短波資訊與紅外線長波資訊漸層處理,如圖3所示。

(4)使用6S(second simulation of the satellite signal in the solar spectrum)輻射傳模式,以更為精確的方式處理大氣校正,產製出來的雲圖在日夜交替區域較不易有紅褐色雲的情形,如圖4所示。

(5)真實色雲圖在臺灣區域、東亞區域及全景區域之投影方法與其他類型的雲圖投影設定改為一致,如圖5、圖6及圖7所示。


3.應用

真實色影像較可見光影像或紅外線影像更容易分辨出沙塵、火山煙塵等特殊現象。以沙塵為例,圖8a為2023年3月21日蒙古發生強烈沙塵暴的雲圖,可藉由雲圖觀察出被揚起的沙塵隨著西風氣流向東傳送。 另一個例子如圖8b所示,是發生於2024年4月30日的印尼魯仰火山(Mount Ruang)爆發事件,棕色的火山煙塵蔓延於火山四周大氣,此外強烈的噴發也造成劇烈對流。


圖1
經過大氣校正後的全景真實色彩影像,為本署網站所提供的產品。

圖2
增加紅外線第四頻道(3.9µm)的資料,可辨識黃框區以珊瑚紅表示的低雲或霧區潛在區域。位於東部海域上雲頂較高的雲層仍以灰、白色系呈現。

圖3
影像跨日間與夜間地區時做不同處理之示意圖。

圖4
改善Satpy套件處理日夜交替區域時低雲或雲系邊緣易出現紅褐色的雲,如圖中橘圈內所示。

圖5
使臺灣真實色雲圖與臺灣其他雲圖(可見光、彩色、色調強化及黑白)投影設定一致。

圖6
使東亞真實色雲圖與其他東亞雲圖(可見光、彩色、色調強化及黑白)投影設定一致。

圖7
使全景真實色雲圖與全景其他雲圖(可見光、彩色、色調強化及黑白)投影設定一致。

圖8a
2023年3月21日中4時東亞地區真實色影像,圖中紅框處清楚顯示蒙古地區發生沙塵暴。

圖8b
2024年4月30日的印尼魯仰火山爆發,火山的棕色煙塵與四周白雲形成明顯對比。紅圈處為火山劇烈噴發造成的強烈對流。