Space Geodesy and Geomatics Laboratory at CCU

研 究 生：范姜士彥 撰 指導教授：鄭 凱 謙 博士 中華民國一百零五年七月     中文摘要 G PS 連續觀測陣列 (array) 是近年來在監測活動構造變形的有效工具之一。台灣現有的高密度 G PS 連續觀測陣列，在地震發生後常被用來計算地震的同震位移，後續更可用來協助解算震源機制與地體動力模型反演等工作。在眾多 GPS 解算軟體中， RTKLIB 為一款開源 (open-source) 自由軟體 (freeware) ，具有主要的 GPS/GNSS 資料處理與導航功能，然而軟體本身並非專為地球科學應用來開發，但具有圖形化介面、便於安裝、操作簡易等特色。再加上開源的特性，與一般地球科學常用的專業軟體，例如 GAMIT/GLOBK (GG) 、 Bernese GPS 等相比，有價格、取得容易、操作簡單的優勢；與 GIPSY 、 CSRS-PPP 線上軟體相比有可控參數多、批次處理、可以不用透過網路即可解算的優勢，此優勢尤其有利於教學的進行。本研究以三個主軸為研究內容，第一部份利用 RTKLIB 與 GG 解算美濃地震前後三天的 GPS 連續站資料來觀測同震位移的效果，結果顯是使用 RTKLIB 解算出各測站同震位移與 GG 的解各站相關係數都在 0.8 以上，同震位移的南北與東西向較差分別為 0.5 與 0.8 mm ，吻合度相當好。使用 RTKLIB 解算高頻逐時資料可以清楚的抓到水平方向的同震位移；第二部份使用 RTKLIB 中的即時定位程式能夠有效監控野外的測站資訊，並且擁有導航記錄的功能，官方說法能夠在水平方向精度達到 mm 等級；第三部分選用了嘉南地區的三個 GPS 連續觀測站 ，以 RTKLIB 精密單點定位解算這三個測站在 2013 年的資料，並利用 GG 與兩款線上解算軟體 (GIPSY 、 CSRS-PPP) 加以驗證，使用 GG 當作真值來看， RTKLIB 所解的 2013 年速度場並不理想，最為吻合的是 GIPSY 其次是 CSRS-PPP 。 整體而言， RTKLIB 單基線差分定位在解算美濃地震效果與 GG 所解相當吻合能夠應用在地科研究上，並且在高頻資料的逐時解算能夠看見地震訊號，即時定位上也擁有初步監測能力，但是在計算長時間的區域速度場表現並不理想。以目前的版本而言，...

研 究 生：林 庭 毅 撰 指導教授：鄭 凱 謙 博士 中華民國一百零四年七月 中文摘要 因溫室效應與全球暖化，加速南北極冰層融化，促進了科學界對全球平均海水面上升議題的探討。近年來，衛星測高儀(satellite altimetry)逐漸發展為監測海水面的工具之一，其特點為可以快速得到全球的公分等級海水面高觀測，已廣泛的用於海洋的即時監測、海面上升的問題研究等。為了修正其實測海水面高與真實海水面之間的固定偏差(bias)及其漂移量(drift)，需要提供正確的海水面高資訊加以比較率定。然而全球各處海域各有地區因素，因此衛星測高儀的率定(calibration/validation, cal/val)需要在世界各地廣泛地進行，包括美國、歐盟、澳洲與其他地區等。率定結果可用於修正測高儀的資料，提高全球海面觀測的可靠度。為了得到台灣西南海域精確的率定結果，本研究利用了包括裝載了全球定位系統(Global Positioning System, GPS)的浮標(buoys)、船舶，在台南將軍附近海域建立台灣海域的絕對率定(absolute calibration)機制。本研究考慮GPS天線高因船體油耗產生變化的問題，配合港邊潮位站(tide gauges)等資料，針對Envisat衛星測高儀更換軌道前時段的觀測資料(2002年-2010年10月，軌道編號Pass 537)進行率定工作，得率定結果固定偏差為75.27 ± 3.56公分、漂移量約為1.54 ± 6.44公分/年；可提供Envisat測高衛星率定值，進而改善海水面觀測精度。此絕對率定機制亦可以針對相同軌道的衛星，如2013 年升空的SARAL/AltiKa衛星測高儀，持續提供率定的結果。 關鍵詞：海水面橢球高、GPS浮標、潮位站、衛星測高儀、絕對率定

中文 摘要  研 究 生：黃 敬 堯 撰 指導教授：鄭 凱 謙 博士 中華民國一百零二年一月 歐洲太空總署 (European Space Agency, ESA) 的 GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) 衛星是目前唯一個利用衛星重力梯度測量技術 (Satellite Gravity Gradiometry, SGG) 的重力衛星。高空間分辨率的大地水準面模型製作，除了以陸測重力、船測重力和空載重力等方式來取得短波長資料以外，還包括利用現有的全球重力場模型，或其他衛星重力觀測資料補足長波長部分。由於 GOCE 衛星任務號稱可提供全球各地精度為 1 cm 之大地水準面，空間分辨率為 100 km ，因此本研究嘗試以台灣內政部水準點 ( 約 2000 個點位 ) 測量成果，採用幾何法求定大地起伏值 ( 橢球高來自 GPS 測量；正高來自於水準測量 ) 與 GOCE 、 GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) 、 EGM2008 (Earth Gravitational Model 2008) 以及國立交通大學黃金維教授所提供的大地起伏模型做比較，驗證精度並探討 GOCE 的大地起伏模型在台灣與幾何法大地起伏的差值及其分布，目標是找到一個台灣用 GPS/Leveling 時可配合使用之最佳大地起伏模型。從分區比較結果得知，黃金維教授的大地起伏模型為最適合運用在台灣本島，並且此模型有修正參考基準 (datum) ，來降低誤差。而 GOCE 衛星因為只包含衛星本身資料，所以空間分辨率不足，目前還不適合單獨使用。未來我們可以期待 EGM2008 模型加入 GOCE 衛星資料之版本，但在應用前應先修正參考基準，以剔除資料之間的常差。本研究發現黃金維教授的大地起伏模型在台灣做 GPS 水準測量精度為 5~10 cm ； EGM2008 精度為 10~30 cm ； GOCE 精度為 30~100 cm 。

《臺灣GPS連續觀測站時間序列分析與TWD97變動評估》 研究生：趙朋沅 指導教授：鄭凱謙 臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交接處，屬於聚合性板塊邊界，造山活躍造成多處地區有斷層帶。除了地表破裂所造成的同震位移以及震前震後地層受力情形之改變，均有可能造成測站座標、速率以及方向的改變。台灣現今之大地基準TWD97 (Taiwan Datum 1997) ，自2001年內政部公布以來已超過10年，由於TWD97所提供之點位座標為固定在1997.0曆元，有鑑於台灣所處的構造活躍特性，會逐漸與實際的情況產生脫節，因此TWD97的更新有其必要性。 本研究利用1996年至2007年台灣內政部7個GPS連續觀測站鳳林(FLNM)、墾丁(KDNM)、金門(KMNM)、馬祖(MZUM)、北港(PKGM)、太麻里(TMAM)、陽明山(YMSM)與國際IGS (International GNSS Service)網聯測方式，解算七個GPS連續觀測站之速度場並探討其時空特性，並透過時間序列的分析，剔除地震所造成的同震位移與震間變形的影響，以此來評估速度場。本試驗與中央研究院地球所GPS Lab的解算結果整體相符，除在KDNM的U方向、TMAM的E方向以及YMSM的U方向以外，整體相關係數都高於0.7。以1999年9月21日集集地震以及2002年3月31日『331地震』為分割點將時間序列切割為三段，以此來推估速度場以瞭解框架的變形情形。 以絕對速度向量而言，KMNM、MZUM、PKGM與YMSM在時段中呈現一致的方位，但PKGM在集集地震前後時間序列中呈現兩段不同的線性走勢，而FLNM、KDNM與TMAM方向較不固定。同震位移剔除後，KMNM、MZUM與YMSM可以單一線性來進行速度評估，但FLNM、KDNM與TMAM則需以分段的方式來處理。相對KMNM的速度向量大致變化不大，FLNM、KDNM與TMAM則是往方位角280至320度的方向以35.6至48.48 mm/yr的速度移動。 本研究所推估出來在ITRF05的速度場透過七參數相似轉換後，發現TWD97與實際框架已相差約十多公分。

研 究 生：翁志傑 撰 指導教授：鄭凱謙 博士 中華民國一百年六月 摘要 九芎坑斷層分佈範圍自古坑斷層南側沿著平原與麓山帶交界往南 延伸至嘉義竹崎北側，並於竹崎北側轉變為背斜的形式，全長約23 公里，為一個逆斷層並帶有右移的分量，且在斷層上盤有河流改道的 現象，推測是受到九芎坑斷層活動所影響。 為了連續監測九芎坑斷層的活動，了解其地表變化量，中正大學 地環系架設了10個全球定位系統之CGPS站，配合經濟部中央地質調 所的7個CGPS站，共同構成一個地區性的GPS監測網。以便於觀察 九芎坑斷層在地表的變化量，及斷層活動特性與地區性訊號，研究的 時間段為2007年9月1日至2010年12月31日，共1218天。 本CGPS監測網在每年5月至10月間，CGPS站的座標每日解有 明顯離散的現象(大約為± 2 cm)，與台灣梅雨和颱風季節的時段相符， 在以FFT檢驗後，發現三條基線的最顯著信號之頻率為一年一次，符 合台灣的乾濕季。因此對於地區的對流層作改正，試著利用氣象檔修 正離散的每日解，使用後的結果無顯著改善，但在統計學上的檢驗， 則並沒有顯著的不同。 為了確定離散的時段是由乾濕季的因素所影響，因此使用每日雨 量資料加以比對，發現一年最大的降雨量都落在離散之時段，大約為 7到9月，且頻譜的結果與乾濕季吻合。由一年中地下水位的最大差值， 可反應出地下水的滲透率，由斷層的北端至南端持續的變大。 GPS觀測所得的斷層壓縮量介於3.61 ± 0.48到6.15 ± 0.68 mm之 間，由北向南遞增，斷層整體是在被擠壓的狀況，並且發現在斷層的 北端有右移的量(0.99 ± 0.31 mm)，最後再模擬出九芎坑斷層的斷層面， 由斷層面的錯動量，可以觀察到斷層面為逆斷層。

研 究. 生：林 軒 如 撰 指導教授：鄭 凱 謙 博士 中華民國一百年七月 中文摘要 近來全球環境的變遷，普遍著重在自然災害與人類活動之間的影響。集集 地震在1999年9月21日發生，但過去對地震造成的災害損失，多偏重在實際 人員傷亡與建物損毀等數量上的統計，較少直接針對損失的時空特性等分析。 故本文擬針對台中市受災最嚴重的北屯區，藉由地理資訊系統(GIS, Geographic Information Systems)的空間分析、環域分析功能，以地政單位建置的土地地價 計算跌幅，作為地震損失評估的依據，探討地震動參數、地表破裂距離與地價 變化之空間與時間特性。 北屯區受集集地震逆衝斷層影響，最大地表加速度(PGA, peak ground acceleration)與最大地表速度(PGV, peak ground velocity)之大小，上盤大於下盤 (上盤與下盤係指傾斜斷層面上部與下部的岩層斷塊)，且房屋損壞與人員傷亡 等災害亦主要分布於上盤。研究結果顯示，北屯區全區地價跌幅受集集地震的 影響是顯著的。地價變化在空間上的特性，以地震當年上盤地價下跌最顯著， 且原則上越接近地表破裂下跌幅度越顯著，上盤以東0到3.5公里範圍，越近地 表破裂每公里跌幅增加5.06%；3.5 公里至7 公里範圍內每公里跌幅增加 0.66%，兩者線性迴歸趨勢線與原始資料點之相關係數(R2)分別為0.81與0.89。 顯示上盤地價變化反應破裂帶遠近距離的影響，推測主要原因為上盤以風景區 為主，土地利用單純，較能反映破裂帶遠近距離單一因素對地價之影響；下盤 地區土地利用複雜，影響地價變化的因素眾多，因此未能於結果中看出破裂帶 遠近距離對地價的影響，推測下盤地價主要受區域性市場因素影響。 震後地價變化的時間特性，原則上可分成三個時間區段:民國87–88年(震 前2年)、89–93年(震後5年內)、與94–98年(震後6–10年)。研究發現，震後5 年內:上盤距破裂帶2.5公里範圍內地價跌幅明顯較高(跌幅介於1%–18%)，且與 震前趨勢相反；下盤全區8 公里內，地價跌幅皆略高於震前(跌幅介於2%– 9%)，顯示震後5年內，上盤跌幅的區域性差異較下盤大，於近破裂帶2.5公里 內地價受地震影響顯著。震後6–10年，上下盤地價跌幅皆大於零，且無明顯變 化。因此可知，北屯區上下盤地價下跌皆由民國8...

This research is partially supported by Ministry of Science and Technology of Taiwan (MOST-xxxx). We are also  grateful to the National Center for High-Performance Computing of Taiwan for computer time and facilities 本研究部份經費由科技部(MOST-xxxx號碼請來問老闆)提供，並感謝國家高速網路與計算中心提供軟硬體資源，使本研究得以順利進行，特此致謝。

中正大學應用地震研究所 98學年度第1學期 2010/02 台灣西南沿海為地層下陷嚴重地區，下陷量約為每年數公分的數量級。為 防患地層下陷問題的擴張與惡化，本地區長期對地層下陷的監控是當務之急，然而傳統用於地層下陷的監控較為費時耗工，如傳統水準測量。因為 TOPEX/Poseidon (T/P)衛星測高儀，它每十天可以對地面軌跡(ground track)進行一次觀測，本實驗擬研究雷達測高儀運用於地層下陷觀測的可能性。雷達測高儀本來是進行海面監測的應用，近年來有運用額外的修正量進行陸地高程垂直變化觀測的趨勢。所以本研究利用波形重定(waveform retracking)的方法推算陸地的橢球高，及其高程變化，以便利用衛星測高技術長期監控地層下陷。 本研究利用T/P衛星測高儀對台灣西岸嘉南平原進行地層下陷的研究，採用T/P的GDR (Geophysical Data Records)與SDR (Sensor Data Records)資料進行波形重定求得研究區內的橢球高變化，時間為1992年底至2002年初的10 Hz測高資料推算研究區的下陷速率。本文分析10%門檻值演算法、50%門檻值演算法跟OCOG (Offset Center of Gravity)演算法進行波形重定，利用最小二乘法求出下陷趨勢後，發現雲林縣土庫、虎尾與西螺適合利用波形重定進行下陷評估此區的波形多屬於單峰型的波形，故利用50%門檻值演算法可獲得正確的閥門值。雲林土庫以南的聯美、下庄與鎮平等區因為波形與土庫以北相比較為凌亂此種波形可利用10%門檻值演算法求出較正確的LSH (land surface height)。 本文地層下陷利用工業技術研究院水準點與中央研究院地球科學研究所GPS-Lab的CGPS求得下陷趨勢後，與T/P測高儀求得下陷趨勢比較，工研院下陷趨勢與T/P 下陷趨勢比較平均差值為1.16 cm/yr，標準偏差為0.75 cm/yr。CGPS下陷趨勢與T/P下陷趨勢比較平均差值0.62 cm/yr，標準偏差0.27 cm/yr。利用研究區選定位置的LSH時間序列進行傅立葉(Fast Fourier Transform, FFT)，可以得到半年的最大訊號。 利用可代表地表反射特性的σ0與利用波形重定法得之LSH進行比較，可以發現在σ0為33.89–36.47 dB之間的地表，大多可利用...

中正大學地震研究所 96學年度第2學期 2008/07 為了使沿海地區參考不同垂直基準的空間資料可以精準的轉換到同一基準，以利整合和應用，本研究使用GPS浮標(參考橢球GRS80)和潮位站(參考TWVD2001)共站，透過同時觀測的資料經比對後，來估算兩垂直參考基準間之準確轉換關係。 GPS浮標為將雙頻GPS天線裝載在一個浮體上，為了解GPS 浮標應用在長距離的定位精度上限，本研究使用不同基線參考站來求解浮標位置，並使用網形向量的相互關係排除週波値誤差後，觀察其他誤差與基線長度的關係。且嘗試用排除殘差較大的衛星來改善長基線週波値解錯的現象。 在排除整數週波值的因素後，發現80 公里的基線在垂直方向尚有3.6cm 的誤差，推測是由大氣層遲滯所造成。將高雄站殘差量比較大的衛星去掉後再從新解算，其週波值解算正確之衛星從原來1 顆，改善為4 顆。其估算之平均值僅僅和短基線(1.5km)之參考站所估之平均値差3.96cm，並改善了原始值有跳動的現象。故在浮標的動態定位上，消去殘差量較大的衛星，可以增加整數週波值求解的正確性。 本實驗於2007 年7 月及2008 年4 月共進行兩次外業，所估得安平港潮位站之大地起伏為19.796m ±3mm，並使用內政部的大地水準面模型來驗證GPS 浮標所得到的大地起伏，兩者差值為7.0cm，在模型之精度2cm內，其結果是合理的。由兩年所測得的大地起伏推測，安平港之潮位站參考點在9 個月間總共有5 ± 5mm 向上抬升的趨勢。中研院GPS Lab 所估算在附近之GS33、CK01、ZEND 點位，在同時間內亦有向上抬升趨勢。故本實驗在9 個月間所估得潮位站參考點之抬升量和GPS Lab 所解算的速度場一致。 因此本實驗利用GPS 浮標整合沿海基準之方法其精度優於內政部提供的大地起浮模式，且此方法具有一般性，將來可望用於沿海資料需要整合之地區。

中正大學應用地震研究所 96學年度第2學期 2008/07 近年來衛星測高儀(satellite altimetry)已經發展成為一成熟的海洋資料收集工具，但是其資料還未能完全用於全球絕對海水面研究上，因為衛星測高儀觀測量與實際海水高度存在有一固定偏差(bias)，大小約為數公分，但目前公認的全球海水面上升趨勢的大小約為每年1至2 公釐左右，而海水面的量測會影響大地水準面的訂定，為滿足海水面監測與大地水準面訂定相關研究之需求，因此必須借助其他獨立的資料收集工具，例如：全球定位系統(Global Positioning System, GPS)浮標(buoys)、潮位站(tide gauges)等，率定衛星測高儀所測之海面橢球高(sea surface height, ssh)。本研究根據衛星軌道位置、走向，選定台南安平附近建立JASON-1 測高衛星之率定站，以GPS 浮標測量海面橢球高，並與JASON-1 觀測量進行測高儀Ku 頻的海水面橢球高作直接比對。推求出2008/03/17 安平外海JASON-1 測高衛星的固定偏差為13.4± 5.6cm 。間接率定推求P2 及P3 的固定偏差分別為18.1±1.9cm 與9.6± 1.9cm，與全球其他固定式率定站的值接近。後續研究可以討論ENVISAT、JASON-2 或延續潮位及測高儀資料與全球平均海水面的研究等。 Satellite altimetry has become an efficient tool for data collection over oceans. However, there is a bias between the sea surface height (ssh) observation of satellite altimeters and the actual sea level. Hence, the ssh observation may not be directly adopted by the studies of global sea level rise with the magnitude of 1–2 mm/year without precise calibration. Absolute calibration of satellite altimetry...