都市的淹水區在哪裡?突破天候限制的雷達影像告訴你

都市的淹水區在哪裡?突破天候限制的雷達影像告訴你
SAR影像中的河道(深色)與陸地(淺色)| Photo Credit: ESA

我們想讓你知道的是

近年來由於極端氣候的影響,歷時短、強度高的降雨的發生愈趨頻繁,導致淹水等災害增多。而透過淹水時期的遙測影像,我們能夠快速地掌握淹水地區以縮短災害應變與介入措施。那要如何從影像中辨識出水呢?

文:廖晧宇(台灣大學地理資源環境學系碩士生)

1972年,Landsat-1衛星的升空讓人類對於地球的探索與觀測從地表挪升至太空。從影像中不同光譜下的能量資訊,我們得以監測地表型態,從土地分類、地物判識至生物量推估等,衛星遙測提供我們從更大尺度的視角來理解周遭環境。其中,水資源在自然環境中的定位不僅掌握了地球系統的循環,也是日常生活中不可或缺的要素。換言之,透過衛星影像來找到並繪製水文系統可幫助我們掌握生態與自然資源,在環境科學中具一定的重要性。另一方面,近年來面對極端氣候的浪潮,歷時短、強度高的降雨的發生也愈趨頻繁,當透水地表或都市聚落排水系統來不及排解短時間的強降雨時便可能導致淹水。

去年(2018)八月,颱風外圍環流配合西南氣流的引入產生劇烈降雨,南台灣僅一日的累積雨量便高達600毫米以上,並有上百處的淹水通報。嘉義、台南及屏東等部分臨海低窪地區的淹水甚至近乎一週,為繼八八風災後另一場造成嚴重損傷的大規模水患。其中,透過淹水時期的遙測影像,我們能夠快速地掌握淹水地區以縮短災害應變與介入措施。

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Photo Credit: 地理眼
雷達及光學影戲主要使用的電磁波光譜波段

雷達影像作為主動式遙測系統,不僅在夜晚中也能紀錄地表,同時,也因雷達波的長波長特性得以繞射(穿透)雲層,使得影像品質不會受到天氣條件的限制(參見上圖)。此特點對於災害相關的應用上,更能補足光學影像的短缺。

其中,合成孔徑雷達(Synthetic aperture radar,SAR)技術的出現平衡了天線長及影像的空間解析度,也成為現今普遍使用的雷達影像之一。同時於2014年,歐盟太空總署在哥白尼衛星地球觀測計畫(Copernicus Programme)下發射了首顆衛星-Sentinel-1A SAR,當中有四個拍攝模式可應用於不同類型的地球監測,如地表位移變化、海洋監測等。配合其繞行週期,Sentinel-1每12天便可提供一張飛行、拍攝角度及拍攝系統參數一致的影像。2016年4月25日,第二顆規格相同Sentinel-1B SAR也緊接地升空,並與Sentinel-1A衛星以差距180度的飛行距離觀測地球,更是將影像周期縮短至六天!而最棒的是,Sentinel-1 SAR的衛星影像為全球公開、免費的影像資源,大大降低了過去以SAR影像作研究與應用的資料蒐集門檻,也使得近年SAR影像相關的學術應用更如雨後春筍般地出現。

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Photo Credit: Google Earth @Medium
Sentinel-1的地表觀測。

SAR影像不僅能提供晝夜、全天候的影像資料,水究竟如何從影像中辨識出來呢?概念很簡單,還記得小時候學的入射角等於反射角的反射定律吧!由於水的表面平滑如同鏡子一般,使得斜視入射的雷達觸及地表後多會依循反射定律,讓水體在影像中收到的後向散射能量(或稱「回波值」)較少。

相反地,乾燥陸地因表面沒有水那麼平滑,雷達波便容易在表面上向四面八方散射,讓SAR衛星可收到較多的回波能量。因此,SAR影像中的水通常會是深色、近乎黑色的(回波能量低),其他陸地則因有較高的回波能量,影像中呈現灰色至白色的色階。這樣的特徵其實往往從肉眼就可以大略圈出水體的輪廓。

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Photo Credit: ESA
SAR影像中的河道(深色)與陸地(淺色)。

不過,要如何以比肉眼更客觀、更科學家式的方法來找到水體呢?設立回波能量的閾值,將水體與陸地一分為二是過去最常見的使用方式。聯合國外太空總署(UN-SPIDER)便在網路上公開提供了Sentinel-1 SAR影像校正的參考參數,及設立閾值的參考作業流程,讓我們僅透過單張SAR影像便可以快速地建立一張水體地圖。而在學術社群中的討論中,研究者為了提高水體判識的準確度,有從資料端及方法端上來精進。

以資料端出發,因水的出現與聚集通常會遵循一些規則,像是人類聚落的土地規劃、水於低處匯集等,故一些研究者會搭配地真資料或結合其他圖資,如土地利用資料、數值高程模型(DEM)等來增加判識條件。

在方法端上,有些研究則會採用較複雜的模式,如機器學習中的支援向量機模式(SVM)、隨機森林(Random Forest)等,訓練出預測表現更好的判識模型。而在災害治理與應用上,我們經常關心一場劇烈事件後造成的洪水範圍,這時,變遷分析(change detection)也是另一種常見的取徑。利用比對災害前、後的影像並找出差異,我們能夠捕捉到這段時間地表有顯著變化的位置,並進一步討論此變化是否符合SAR影像水出現的特徵。

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Photo Credit: UNOOSA
針對單張SAR影像的回波能量設立閾值切出水體。
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透過變遷分析進一步討論此變化是否符合SAR影像水出現的特徵。

使用SAR影像判識水體已不稀奇,然而,城市中的建物結構使水體的特徵變得有些複雜,也造成都市水體的判識面臨一些挑戰。因都市地區中有許多建物,當雷達波從地表反射後,會因周遭的垂直樓面產生二次以上的反射,使得SAR影像中的回波能量比一般情況下高。以灰階呈現SAR的回波能量時,城市往往是影像中亮亮的地方(如下圖的大台北地區)。而都市水體的回波能量容易在經由表面反射後,再碰撞周圍的建物產生二次反射,使得都市內的水體回波能量反而是高的。

許多都市地區的淹水研究便會透過變遷分析找出事件後回波值升高的地區,以推論淹水範圍。目前,我們在台大地理系的研究團隊嘗試在使用SAR影像判識都市水體時,以更細緻的地表高程資料來量化都市型態及其結構特徵,捕捉城市內部不同建成環境特徵下所造成的二次反射效果與強度差異。從我們的模式結果發現,都市內的水平方向密度與二次反射的發生有顯著的正相關性,而在垂直高度上,超過一定的高度閾值後,二次反射效果便會發生。


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關於一座城市,你所能夠感受的一切:開箱 BEMO Café X PRESS BUTTER SAND中秋聯名禮盒

關於一座城市,你所能夠感受的一切:開箱     BEMO Café X PRESS BUTTER SAND中秋聯名禮盒

我們想讓你知道的是

今年中秋節,來自BEMO Café的BEMO Café X PRESS BUTTER SAND 中秋聯名禮盒,以用香味探索城市記憶的精選壺泡咖啡、日本最強人氣PRESS BUTTER SAND點心,讓你在遇見BEMO Café中秋節禮盒的這一秒,選擇禮盒的困難度瞬間煙消雲散。

從拿到這款BEMO Café X PRESS BUTTER SAND中秋聯名禮盒第一眼就令人驚喜,甚至是賞心悅目。禮盒總共有兩款配色,香檳金色禮盒刻意搭配質感上乘的橘紅色提袋更顯得搶眼;而寶石粉色禮盒多份討喜感,搭配氣勢萬千的金色提袋更顯得嬌氣。盒身和提袋意外的配色互相輝映,加上盒面閃耀的雷射光芒,時尚大氣的態度難怪讓人目光難以移開,禮盒派頭滿分。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

BEMO Café這兩款配色是有巧思的,香檳金禮盒大方高貴,無論是企業或個人送禮,都是絕不出錯的選擇;而僅在官網與限定通路販售的寶石粉禮盒,除了送禮之外更推薦自用——看看它所呈現的那種耀眼又自信的態度,女孩們是不是也想像寶石粉般閃閃發光呢?

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Photo Credit:TNL Brand Studio

除了配色外,隆重介紹一下禮盒的設計概念,它是透過盒體的多面性打造出世界各地的城市剪影,遠看就像一棟棟建築物;欣賞完外觀準備開箱禮盒,把禮盒放平後就好像打開一本書,準備進入未知的城市旅行時的感覺,有哪些城市正在等待迎接著旅人呢?

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Photo Credit:TNL Brand Studio

禮盒外觀以城市為設計概念,遠看就像一棟棟建築物

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Photo Credit:TNL Brand Studio
禮盒盒身可以左右分開,就像打開一本書

大家應該會好奇BEMO Café這個品牌,先幫大家介紹一下。BEMO Café是一個精品咖啡品牌,2018年的一段北美之旅,成為BEMO Café創立的起點,這也是為什麼旅行、城市、故事的概念,在BEMO Café的作品中反覆出現。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

此款中秋節禮盒就收納BEMO Café城市系列,包括台北、倫敦、京都、伊斯坦堡、巴黎和羅馬共六款城市咖啡,每一款都是精選配置的咖啡豆,以瑞士工業級磨豆機研磨,再用日本尖端包裝設備氮氣,把直逼現磨的咖啡豆香氣,和對世界各城市的想念,封填在每一袋咖啡中,這款香氣真的會撲鼻而且是有層次的。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

如此迷人香氣,不僅更讓人好奇BEMO Café了 ! 除了擁有專業咖啡顧問與杯測團隊,其實他們更喜歡尋找有故事性的咖啡職人合作,讓咖啡的可能性無限擴充。此外,BEMO Café還推出了顛覆框架,獨家首創的「壺泡咖啡」——以東方泡茶的形式沖泡咖啡,帶來前味清爽、中味濃郁、後味尾韻悠長的全新表現形式。BEMO Café希望每一種風味都能找到懂它的人,其品牌定位是更期待能成為每位咖啡愛好者的專屬咖啡師。

當然每個人對香氣是非常主觀的,不過大家可以從每款城市系列包裝上所標示的香氣來場城市尋香之旅。這次禮盒中的六款咖啡,分別是帶有熱帶水果、焦糖、高山茶香氣的「台北」;融合水果派、柑橘果醬、伯爵紅茶滋味的「倫敦」;用醃漬梅、茶花香、焦糖甜堆砌而成的「京都」;令人印象深刻的「伊斯坦堡」,有著烤堅果、黑巧克力和洛神花香料味;還有複雜又迷人的「巴黎」,由葡萄果醬、百香果、蜜糖、勃根地紅酒、黑巧克力交織而成;最後是「羅馬」,有麥芽糖、琴酒、菠蘿糖、苦甜巧克力、杏仁果的味道。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

這款禮盒還有另一強大之處,就是禮盒右邊是日本風靡甜食愛好者的PRESS BUTTER SAND焦糖奶油夾心餅乾。不用多說大家應該都知道這個日本甜點牌子,自推出以來就成為日本人氣最高的伴手禮之一,不定期還會推出限定的不同口味,非常受到歡迎,這款禮盒可說是強強聯手阿!

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Photo Credit:TNL Brand Studio

而BEMO Café在這次禮盒中放入的六塊PRESS BUTTER SAND焦糖奶油夾心餅乾,共有四種口味,分別是最受歡迎、最經典的原味焦糖奶油夾心餅乾,奢華使用日本著名的甘王草莓製作而成的草莓焦糖奶油夾心餅乾,帶著輕微萊姆酒香氣的黑巧焦糖奶油夾心餅乾 ,以及口感纖細,香草甜味與濃郁萊姆酒雙重平衡的白巧焦糖奶油夾心餅乾,讓人口水都快流下來了。

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Photo Credit:TNL Brand Studio
壺泡咖啡可以找任一款茶壺,蓋上蓋子讓熱度持續維持,沖泡出最佳咖啡風味。

不囉嗦趕緊來泡一壺了,打開BEMO Café獨創的「壺泡咖啡」,發現份量滿多的有18g,可以獨享、但更適合3-4人分享,這全新咖啡沖泡體驗,看起來有點像在泡茶?原來它是以東方泡茶模式沖泡的西方咖啡,再以獨家技術,讓咖啡在壺泡過程中完整保留天然油脂,口感厚實,風味表現更貼近法壓壺,而且隨著沖泡時間還有前、中、後味的表現;另一方面從一壺咖啡中,還可以品嘗到不同的咖啡濃淡味道,滿足大家不同需求。

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Photo Credit:TNL Brand Studio
建議浸泡3-5分鐘後,品嚐前味的清新茶香感,接著再續泡6-10分鐘,享受後味的醇厚滑順咖啡感

沖泡方法很簡單,先將18g的咖啡包放進壺中,注入270~450ml 、 90~95 度的熱水。建議浸泡3-5分鐘後,品嚐前味的清新茶香感,真的有茶香味! 接著再續泡6-10分鐘,享受後味的醇厚滑順咖啡感。一包BEMO Café壺泡咖啡,是茶也是咖啡,可以創造出兩種孓然不同的體驗,真的是顛覆對咖啡的定義了。對了,壺泡可以找任一款茶壺,蓋上蓋子讓溫度持續維持,沖泡出最佳咖啡風味。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

這次為大家開箱試喝的是「城市系列-巴黎」,搭配原味焦糖奶油夾心餅乾,好期待會有什麼奇妙的火花,先倒一杯趕緊來試喝。鼻子先聞看看香氣,「城市系列-巴黎」的前味中有著明確的葡萄和百香果的微酸滋味,輕輕釋放在口中,搭配原味焦糖奶油夾心餅乾,扎實卻細緻的餅乾體,以及甜蜜但不過份膩口的奶油焦糖內餡,巧妙的達成平衡,好美妙的品飲搭配 !

若想感受味蕾加乘疊加的咖啡 × 甜點體驗,官方推薦:「台北‧獨家盛情精品配方(中焙)」與原味或白巧克力口味相搭,焦糖與咖啡充分融合一體;若是喜歡中深焙口味的朋友,也一定要試試「羅馬‧獨家風華精品配方(中深焙)」與草莓或黑巧克力一起搭配享用,會把奶油香氣提升至另一層次,原來咖啡也可以有如此細膩的品飲饗宴阿!

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Photo Credit:TNL Brand Studio

接著,再回沖續泡的「城市系列-巴黎」風味又變了,喝起來有強烈的黑巧克力香氣,和果香與果酸味調和在一起,就像海明威所描述那樣,這真的是巴黎,好感人! 好不容易回神了,咖啡怎麼會有這麼豐富的香氣和多變的氣味呢? 完全打破對咖啡的定義了。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

中秋節來泡一壺咖啡搭配原味焦糖奶油夾心餅乾,坐下來與家人朋友們共飲賞月,光想到那畫面就太美太享受了。而且還發現它另一強大的存在,喝完後放在書架上,看起來就像一本書啊! 非常適合拿來當作陳列品繼續神遊在那些城市的尋味之旅。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

如果你收藏了兩盒那更是厲害了,放在素雅的辦公鐵書櫃架上,它還能反射發光呢,映照著那一年中秋節滿滿美好的回憶。

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Photo Credit:TNL Brand Studio

【新光三越A9 BEMO POPUP STORE —「Ning」中秋頂級聯名禮盒特別版】

即日起至9/12 (一) 在新光A9一樓POP-UP Store,推出「Ning」中秋頂級聯名禮盒特別版。限量版系列利用跳色圓滿的形體以及光暈發散漸層的組合做呈現,宛如藝術品般瑰麗迷幻色彩搭配寶石粉外盒設計,也非常值得蒐藏。

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