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研究筆記 - 給台大實驗林夥伴幫助

最後編輯：2016-03-23 建立：2016-03-23 歷史紀錄

 

WUULONG S緣起

  • 臺大實驗林的研究人員，這兩年正專注於關心溪頭地區雲霧消失的議題
  • 請參考

 

簡單的起始建議

 

開始給出的幫助

  • 已建立討論串，加入設備，無人機，與資料團隊高手進入
  • 已建立討論頁，收集相關資訊

 

問題描述

  • 臺大實驗林位於南投縣，屬於國立臺灣大學的下屬機構，管轄約3萬公頃的林地，分布海拔從200m至玉山近4000m，可算是台灣的縮影。因此從日據時代就開始進行氣候監測、生態調查與森林管理相關試驗研究。在氣候觀測部分我們在不同的區域持續觀測數十年，近年來持續改善為自動化觀測與回傳，如此可增加我們的觀測品質。藉由這些資料與遙感探測的技術，我們模擬了轄區內的未來氣候情形，大致上瞭解海拔200m及4000m兩塊區域為未來氣候變遷（全球暖化）的熱點，也就是比較容易有衝擊的區域。此外，溪頭地區是著名的森林遊樂景點，因此長年有相當多的遊客照訪，從2001年的桃芝颱風造成園區相當大的損壞，致使遊客降至40萬後，接下來遊客持續增加，去年已經超過200萬的遊客，這還不包括去妖怪村等周遭景點但沒有進去溪頭自然園區的遊客數。也因此，我們也開始關注這麼多的遊客是否可能造成氣候、生態的衝擊。由於我從20年前來溪頭實習至10年前開始於此工作，主觀的經驗告訴我，這幾年溪頭的雲霧有明顯減少的趨勢。藉由觀測儀器得到的結果是：2011年的霧日發生率為75％，但2015年降至58％，這個現象就值得我們關注了（也屬氣候變遷，但主要非全球暖化，而是區域變遷所致）。在台灣森林區域中，有一塊稱為霧林帶，許多珍貴的樹種均僅能於此區塊生存，包括紅檜、扁柏等，因此雲霧的消失，代表著有很大一塊的森林面臨潛在的影響，溪頭也算是霧林帶的區域之內。
  • ALAN L因此這幾年開始想要瞭解溪頭成霧減少的因素。我的研究包括佈增設三個的簡易能見度與溫濕度觀測，採用研究界常用的設備(當然比較貴，但穩定)；另也於2014年10月開始於溪頭內，用UAV綁Arudino結合觀測PM2.5、溫濕度、光、大氣壓力等資料，每半個月執行一次飛行任務，每個任務為3小時飛一次，共飛24小時，也就是8次。飛行高度離地1.2公里，目前已經可飛到2.0KM。上述的研究僅是讓我能初期瞭解雲霧時空分布與雲霧厚度，但無法解決為何雲霧上移或無法成霧的主要原因。因此去年起我開始規劃如何於溪頭往低海拔觀測(因為溪頭的霧屬於升坡霧，多藉由白天的谷風抬升水氣，再因溫度降低後達露點溫度而凝結成霧)，但問題在於Arduino無法有效長期觀測，因此目前一直有瓶頸，除了買的Arduino都是大陸製品不穩定外，程式寫法可能也不是很成熟所致。直到去年底發現Ardafruit feather datalogger，我認為這是個比較合適的板子(省電且SD卡已內嵌)，因此今年開始我又持續開發PM2.5及溫濕度的datalogger.如Facebook所提，目前第一個雛形已經放在溪頭觀測。
  • 這個議題必須考量時空的問題，除了現場觀測，仍須衛星影像及模式協助，很難一個人搞定。我目前希望整合大家的力量來協助處理的現場觀測的部分，包括：
  • 1. 在竹山往溪頭的國小及溪頭有網路的點（共10個），放置你們LASS的觀測系統，但設備上需要將PM2.5與SHT31延伸放在標準的通風筒觀測。這個設備希望能長期觀測，或能以Watchdog讓它有異常時重開機的能力。我希望能有人協助製作10個成品來觀測。
    wuulong sheu目前 iCShop 零件包有安裝到好的服務，缺的可能是 "小朋友"
    Alan Lai我仍有一些"小朋友"，哈哈！但Linkit one我則比較擔心明年2G退出市場後將少了一個功能，因此一直在等3G的版本出來！！另我的經驗是DHT22的耐候度有待商榷，它的包覆會造成感應lag的問題，我傾向使用SENSIRION的sensor，也要放在比較好的通風筒內.
    Alan Lai剛與阿海聯繫過，將碰面聊聊，若Linkit one仍是目前最佳選擇，我會考慮採用。
  • 2.若於無網路與AC電力的觀測點，我則希望採用Ardafruit feather datalogger離線觀測，再定時去收資料。當然不一定要Ardafruit feather datalogger，這只是我目前覺得最穩定、小巧、省電的板子，比較適合放在野外使用。第一階段約需有人協助製作5組。由於已經有了雛形，需要有人願意將其優化並做成成品。第2階段會想放置在深山裡，也許半年～1年才能去一趟，因此需要非常省電也很耐用的設備，希望第一階段能逐漸調教到穩定地步，再來考量第2階段的需求。
  • 3.UAV部分，因為一個人要飛24小時，實在太累了，因此若有人願意接手，那就太好了。夏季飛到1.2km是不夠的，因此希望有人能飛到2.5km以上，這也必須與民航局及空軍談(這部分我會處理)。

 

  • 費用部分，我仍有一些經費，若不會太多，我仍可支持此計畫與LASS部分的需求。

以上！還請指正！謝謝。

 

 

WUULONG S外行提問區

  • 請問霧變少有什麼影響？
    鄭旭強在台灣森林區域中，有一塊稱為霧林帶，許多珍貴的樹種均僅能於此區塊生存，包括紅檜、扁柏等，因此雲霧的消失，代表著有很大一塊的森林面臨潛在的影響，溪頭也算是霧林帶的區域之內。
    wuulong sheu聽起來很重要，哈爸做事需要為何而戰，謝謝

 

  • 鄭旭強霧,用觀測儀器,如何測得(需要哪些條件判斷),發生率又是如何計算出來呢?
    鄭旭強霧通常採用能見度觀測，若能見度低於1KM則稱為起霧，我們也利用縮時攝影來觀測，但夜間是個問題。雲霧發生率通常有小時或日的統計，也就是若該觀測小時或日若有能見度低於1KM,則視為霧時或霧日，我們將霧日/365得上述的比例。
    wuulong sheu有沒有辦法用濕度，溫度, 與 PM2.5 感測器，分出霧或是霾？
    鄭旭強 所以能見度,還要搭配上 濕度 pm2.5 才能分析清楚 觀測到的是否為霧嗎?
    Alan Lai若以目前WMO的標準，能見度低於1KM就稱為霧或霾，因溪頭霾害不算研究，因此目前只要能見度低於1km則視為霧；但若空污研究區域，我則建議仍要考量相對濕度。我目前放在溪頭就是拿PM2.5與能見度進行比對，希望能找出相關性，未來以PM2.5取代能見度儀，也就能利用目前LASS的觀測設備來進行起霧與否的觀測!!
    鄭旭強不過 這些數據要建立在儀器是相對準確的情況下,才能有下一步,把濕度,溫度,能見度,霧的相關連結建立起來才能有一個資料庫,
    鄭旭強想請問各位前輩,pm2.5 sensor 如何校正?
    Alan Lai好問題，這已是嚴謹的科學問題，因此我的構想就是將其中一個放在雲林國小，先確定G3的PM2.5與標準儀器的相關性，另一個放在溪頭能見度觀測旁，也是為了比對濕度、溫度與能見度的相關性，如此PM2.5做為能見度觀測才有被接受的立基點！
    MingWei Cheng這個實驗我已經幫你做完了.....不過我沒留下數據
    wuulong sheuLASS 這邊對這些校正有一些相關的實驗，你可以問 LJ
    Alan LaiOK，謝謝
    鄭旭強請問一下,LJ是哪位前輩呢(剛接觸LASS這個大社群)?
    Alan Lai我也想知道，Wuulong可否提供資訊，謝謝。
  • LU J霧和霾害如何分辨，有沒有辦法用濕度，溫度, 與 PM2.5 感測器，分出霧或是霾？
    鄭旭強好問題，以能見度來看很難，但若有濕度資料，也許在相對濕度90％以上可視為霧，又若有PM2.5則可更清楚的分辨。
    wuulong sheu目前的 LASS 同時有 溫濕度，PM2.5, 資料可以同步比較分析
    Alan Lai對，因此用的設備是相同的！

 

  • MINGWEI CArdafruit feather datalogger應該是不需要，台灣是科技之島，這些設備的問題都是小問題。
      • Alan Lai沒錯，但因為我是個半調子，很希望能有多點整合的板子，我不會設計板子與洗板，曾找人設計，他告訴我要1K的量才要做，因此我只能用萬用板自己燒，但似乎設備就是不很穩定。不穩定的設備只會造成困擾！Ardafruit feather datalogger只是我目前用過最穩定的板子
    wuulong sheu同意，我們是設備專家，不用擔心。您可以看一下目前的 LASS, 再想這個問題

 

  • WUULONG S霧變少，目前已知的可能原因為何？
      • Alan Lai我初步的假設就是遊客太多，太多車輛進來，也有太多的旅館冷氣使用，另也太多甕仔雞的店了，這些都是熱源，可能造成霧無法形成與向上推移；觀測中顯示，溪頭的海拔約1100m，有上述霧日減少的趨勢，但1800m的觀測則無！
      wuulong sheu因為熱？所以想觀察細部溫度？還是弄熱感測的東西？用熱影像？能否設計個小實驗？看一下有沒有機會找出關聯性？
      Alan Lai要找出直接的證據蠻難的，我曾想過在UAV綁個熱紅外線溫度觀測儀，設備也買了，但一個人忙不過來（需要再開發一個android的APP來當Logger），若飛天感測的伙伴有興趣，我很希望他們協助！

 

  • 如何設計一個小實驗，更確認雲霧少的可能原因？
      • Alan Lai是指室內試驗嗎？好提議！沒想過先這樣做！野外有太多環境因子的干擾，我有買一台雲霧產生器，也許可再加個加熱器，先評估熱對雲霧的敏感度！這是個好點子！
      wuulong sheu不知道，任何簡單小規模的觀察，都是好主意。是的，你抓到我想建議的事情了
      wuulong sheu還有是否有局部性熱源的影響
      wuulong sheu另外注意甕仔雞，那不只是熱，還是奇怪的空氣粒子。搞不好哪種奇怪的粒子，就是關鍵。你就自己多烤甕仔雞，看看效果摟，呵呵
      Alan Lai沒錯，因此PM2.5也是個關鍵，但對霧而言，若空污嚴重是反而容易起霧的！哈哈，我可多吃點！

 

 

系統改善討論

  • 希望能有哪方面的改善？
      • Alan Lai如上所提，最主要是希望設備能有長期觀測的能力！
      Alan Lai哈爸所列的設備我有評估過，應當可以，我大概會另將Sensor拉出放在標準通風筒內。共10個點，我想找人協助將其成品化。我的時間有點不足夠！
    • ALAN L要擺上多少點才足夠分析問題？希望怎麼放？
      Alan Lai由於溪頭是個峽谷的地形，道路也是沿著峽谷而上至溪頭，因此目前認為沿著路旁的國小放置，主要是考量他們有電有網路，這樣在第一階段應該夠了。2008年起有架設類似的觀測系統，在內湖國小、神木國小....等地觀測，但因廢校與資料回傳問題，目前僅剩內湖國小與溪頭天文台仍有再觀測，目前資料可參考http://www.wsn.idv.tw.
      wuulong sheu估計有幾個國小？
      Alan Lai雲林國小、初鄉國小、鹿谷國小、廣興國小、鳳凰國小、文昌國小、內湖國小、和雅國小、溪頭辦公室、溪頭天文台共10個點。
      wuulong sheu收到，後面再想想有沒有辦法幫忙！
      MingWei Cheng我竟然全部都去過 XDD....我另外可以幫忙安排桶頭國小....南投縣教育網路中心我接洽一下
      Alan Lai太好了，我先前也是實驗林的網管人員，南投縣網開會有與他們接洽過！有他的的支持會更好，也許全南投縣均能觀測，我相信埔里地區也有這樣的需求。

WUULONG S以目前的 LASS 會建議怎麼運行

在固定的觀測點，上 LASS 點，系統會在沒有 Wifi AP 時自動記錄，等 Wifi 出現時，會自動連上線，將資料傳出來。所以只要定期走到設備旁邊，就可以將資料上傳到 server, 後面接軌很多的分析方式

    Alan Lai這是個好方法，2006年時我曾測試Wireless sensor work，概念類似！
    wuulong sheu這些目前都已經穩定運行的，很方便
    Alan Lai謝謝！太好了！

 

飛天感測，可參考目前飛天感測目前的建議，觀念是一樣的，去飛的時候就 log, 回來的時候就上傳，目前飛天感測感測是每五秒，感測一次。因應快速距離的移動，以及短短的觀測時間

    Alan Lai我也曾想過即時回傳，但因我要飛很高，必須盡量減重，因此最後只用SD卡log下來而已。
    wuulong sheu目前 LASS 的 flash 夠大，不用 SD 也可以 log 個把月

 

如果有幾個感測點，可以用比對觀測的方式，觀察雲霧形成的時間差。請 參考

    Alan Lai是的，這也是我會研究的議題，因此時間的準確性非常重要，我以往的經驗都是紀錄RTC也記錄Server的時間，這樣可避免那個出問題，再以此時間來推估空間差異與分布的變動。未來當然也可大尺度來探討這區域遠程空污來源。
    wuulong sheu目前的時間是 GPS 的時間，所以就算沒有 Wifi , 資料時間也是對的。這是有被設計解決了的問題。遠程空汙，或許天空感測的夥伴，有點著墨
    Alan LaiGPS的時間蠻好的，UAV上我也是以UAV綁的GPS來紀錄，只是目前都放在定點，若有AC power也行，但若無AC，我則會考量用RTC.最近用DS3231，看起來精度不錯。

 

對 LASS 目前狀態來說，長期觀測只需要解決電源的問題，放個大電池最簡單。需要的時候，阿海方法多的是

    Alan Lai也是，若放在學校，都不是問題，在野外，我們要考量被偷的風險，我常面臨此問題！！！
    wuulong sheu收到，放野外似乎難度太高。我想得太天真了
    MingWei Cheng被偷是最大的問題(同意) ....來爬樹吧.....綁在樹上(結果樹被砍了)
    Alan Lai哈哈，我的經驗是曾經在溪頭遊樂區下面放了1個大電瓶，一台Pda以及一大堆溫濕度sensor，結果年初三凌晨電瓶被偷了，其他的都還在。另個經驗是在往新中橫路上放了一個3萬多的logger，3日後不翼而飛，蠻無奈的。