科學發展 2009年7月，439期

地圖與地景Feature Report專題報導

自然與人文交織的場景

地景（landscape）這個詞，直覺上令人

想到的就是眼睛所見的景致，尤其認為應

該會有青山、綠水的美景，也就是一般所

說的風景。

台灣素以「福爾摩沙」的美名傳揚國

際，處處可見珍貴稀奇的自然地景，如位

於北海岸野柳的女王頭、東海岸的清水斷

崖、峽谷高聳的太魯

閣、遍布珊瑚礁海岸的

墾丁。此外，文化歷史

也芬芳悠然，有台南府

城、淡水紅毛城等人文

地景，又有追溯上萬年

的史前文化，如長濱文

化、十三行遺址等，發

展橫跨舊石器時代、新

石器時代與鐵器時代，

使台灣成為一個交織著

自然與人文景觀的美麗

島嶼。

Feature Report專題報導

■林孟龍

我們生活在地球的表面，

如何藉由衛星進行地表監測，

了解地景動態的變遷，

已經成為政府與研究人員

的重要工作。

地景動態變遷與衛星監測

台灣四面環海，加上受到菲律賓海

板塊的持續碰撞，地形起伏多山

陵，有山有海的景觀十分常見。

河流是台灣的血脈，輸送著從高山往大海不停供應的養分，使人類

生活的都市得以與森林、農田、河流、海洋等生態系統緊密連結。

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但從「地景生態學」的觀點又該如何解

釋「地景」呢？地景生態學早期發展於歐

洲，與土地利用規畫、人文地理、人類生態

等研究有密切的關

係。在歐洲，主要以

土地的分類來區分生

態系統，並習慣於把

地表區分成一個個的

生態系統。由於長久

以來居住在歐洲大陸

的人持續利用與開墾

土地，原始地貌已經

很少見了。

在 1 9 8 0 年代以

後，美國的學者逐漸

引入新的議題，並以

空間格局、生態過程

與空間尺度的相互關

係做為地景生態學新

的發展主軸。從系統

論的觀點來看，「地景」可視為一複雜系

統，其組成包括「生態系統」。「生態系統」

在空間上的分布構成了地景結構，連接著

台灣 6個主要生態系統類型的空間分布。針葉林生態系統集中分布在中央山

脈，混合林與闊葉林生態系統覆蓋地帶圍繞著針葉林生態系統覆蓋地區的周

邊，稻作生態系統主要分布在桃園台地、蘭陽平原、花東縱谷與中南部的嘉南

平原，旱作生態系統主要分布在花東縱谷與西部平原。

圖例

闊葉林

針葉林

旱作

混合

稻作

都市

柬埔寨

寮國

越南

台灣

南韓

日本

關島

中國大陸

泰國

緬甸

50 0 50Km

N

EW

S

菲律賓

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生態學裡是如何定義的。

在地景的尺度上，邊界通常是個多變的

地帶，描述著不同系統之間物質、能量、

物種或資訊流動的變化，例如集水區的邊

緣是從田野到森林的交界地區。一般而

言，生態系統的邊界是不固定的，不明確

的，或是模糊的。但不同的生物與生態系

統的邊界卻不可一概而論。以人類來說，

個體有固定的外表，即使稍微會改變大

小、長短，但變化也不大，因此外表的邊

界是清晰的。

探討地景功能的一般特性時，包含了在

生態系統和生態系統之間能量、物質或資

訊的流動與交互作用為何，也包括能量、

物質、物種或資訊在任何時間裡的變遷過

程，因為功能與自然過程會隨著時間的變

地景、地景結構與地景功能的概念。

視景觀為一個複雜系統

生態系統

景觀結構：

在景觀中，不同生態系統

在空間上的分布特性（系

統中，不同組份的特性）。

景觀功能：

在景觀中不同生態系統之

間物質與能量流動（系統

中存在於組份與組份之間

的關係與交互作用）。

近年來，衛星遙測已成為遙感探測的主要手段，

成為許多國家進行國土監測資訊蒐集與管理的最佳方式，

也是監測地景動態變遷的最佳工具。

生態系統

生態系統

生態系統之間的關係就是地景功能。因此，

地景可說是由地景結構與地景功能所構成的

一個概念。

欲從抽象的概念去連結真實世界

的地景，可能十分困難。但若從我們

生活的台灣經驗來看呢？台灣的地表

覆蓋著6種主要類型的生態系統，分

別是闊葉林、混合林、針葉林、稻作、

旱作與都市生態系統。因此，若把地

景想像成是台灣，地景結構正是由這

6種生態系統類型交織成的台灣地

表。至於地景功能，則可想像成是穿

梭在美麗福爾摩沙地表的河流、川流

不息的車輛、撫吻著大地的清風等。

地景結構

地景結構要如何描述呢？地景生

態學發展出一套特別的語彙：「斑塊」

（patch）、「廊道」（corridor）、「邊緣」

（edge）、「邊界」（boundary）、「基質」

（matrix）等。本文不一一介紹這些名

詞，單舉「邊界」為例，說明在地景因裸露地與森林在紅光段與近紅外光段反射率的差異，使用

衛星影像快速監測地表變遷成為可能。

清楚辨認地物，但若缺少有經驗的判釋者

時，判釋工作便不易完成。而且航空照片

只能用來進行土地覆蓋／利用判釋，無法

像衛星影像能以輻射光譜推算地物的特

性，例如分析建地與植被的差異。

航空照片也不若衛星影像可以在短時間

內更新影像，因為航空攝影需安排照片拍

攝專用飛機的航次，且需考量天候狀況。

衛星則以固定軌道繞行地球，無論天候狀

況好壞，都能取得影像。即使天候狀況不

佳，地表被大量雲朵遮蔽，不利影像分

析，仍能定期取得影像。一旦天候好轉，

就可快速更新高品質的地表資訊。因此，

衛星遙測可說是監測地景動態變遷的最佳

工具。

目前，國際上有許多重要的衛星在進行

全球性的影像收集。例如TERRA與AQUA

衛星上搭載的中解析度成像光譜儀（moder-

ate resolution imaging spectro-radiometer,

MODIS），就是目前功能最齊備的感測器，

化進行調整與動態變動。舉例來說，景觀功

能在生態面向上包含如水平衡、生態系統能

量平衡、物質流動與平衡、群落變動等概

念。

衛星遙測

遙感探測是很有用的工具，不用接觸物

體就可取得物體的相關資訊以提供分析。這

可實現從區域整體進行某物件特性的描述、

觀察、量化與分析，並取得具有時序性變化

的空間資料。近年來，衛星遙測已成為遙感

探測的主要手段，是許多國家進行國土監測

資訊蒐集與管理的最佳方式。

目前在台灣與土地覆蓋、利用相關的研

究領域，如地理、地質、動物、植物、生

態、環境等，常缺乏最新的地表資訊。若要

取得新資料，得從農林航空測量所拍攝的航

空照片，或華衛二號等拍攝的衛星影像進行

判釋。

航空照片的優點在於空間解析度高，可

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照片上的雲是使用衛星影像監測地表最大的困擾，除了直接遮蔽之外，還有太陽角度導致的雲影影響了地物在不同波段

的反射率。

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可蒐集大氣、海洋、陸地等的

光譜資訊，有助於長期觀測和

研究地球系統的環境變遷。

TERRA與AQUA衛星是

由美國航太總署（NASA）發

射，提供地球表面變化的整體

觀測資料，主要目的在於從太

空觀測取得海洋、陸地、冰雪

圈的相關資訊，以利分析土地

利用和土地覆蓋，並研究氣候

在季節與年間的變化、自然災

害監測、長期氣候變化、大氣

臭氧層變化等。

TERRA與AQUA衛星又

與地球觀測系統計畫有關。在

1989年，美國與一些國家共

同發起「行星地球計畫」，展

開一系列以遙測方式觀測地球

系統變動的研究，其中包括建

立地球觀測系統（earth obser-

vation system, EOS）。EOS的

目標在於：「建立針對地球的

整合性空間觀測系統，研究地

球系統的各次系統，如陸地、

海洋與大氣，及相關自然運作

過程。期待能建立整套的資訊

系統，並持續蒐集至少 10年

以上各種完整的環境資料。」

最佳敲門磚

MODIS具有 36個光譜通

道，分布在電磁波譜範圍 0.4

∼ 14微米內，多波段資料可

以同時提供陸地、雲邊界、雲

特性、海洋水色、浮游植物、

生物地理、化學，大氣中水

桃園台地與彰雲嘉平原在春季與秋季時，都呈現有植被覆蓋的紅色；但在夏季

與冬季時，呈現著與裸露地相似的亮藍色。台灣的農業生態系統主要包含稻作

與旱作生態系統，其中稻作生態系統在不同季節的變動非常清楚，主要原因在

於稻作用地在不同耕種時期會呈現類似裸露地、水體及植被 3種不同的土地覆

蓋類型。

春季 夏季

秋季 冬季

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各種不同的自然與人文因子共同作用在地表時，

最終會以地景的整體特性呈現，因此確實掌握地景的變化有其重要性。

Julian Day033∼048

Julian Day049∼065

Julian Day066∼080

Julian Day081∼096

Julian Day097∼112

Julian Day113∼128

Julian Day129∼144

Julian Day145∼160

Julian Day161∼176

Julian Day177∼192

Julian Day001∼016

Julian Day017∼032

Julian Day193∼208

Julian Day209∼224

Julian Day225∼240

Julian Day241∼256

Julian Day257∼272

Julian Day273∼288

Julian Day289∼304

Julian Day305∼320

Julian Day321∼336

Julian Day337∼352

Julian Day353∼365

藉由23張台灣的影像可以觀察全年的地景動態變遷。Julian Day是太陽日的意思，意指全年的日期是用順序的方式排列，例如1月

1日是001、1月2日是002，依此類推⋯⋯在各張圖上可見時有白色覆蓋在影像上，這些白色的部分是雲，從其出現次數可知，對於

台灣而言，雲覆蓋地表的問題是使用衛星遙測方式最大的困擾。即便有雲覆蓋的問題，使用衛星遙測方式依舊是一個有效的方式。

畫籌組了MODIS資料處理和應用的國際研

究團隊。這個團隊會把重要的新訊息與各

種常態性說明放置在網頁上，也供下載各

個科學團隊的相關技術文件，有助於快速

了解MODIS各項研究的進展與成果。這入

口網站請見http://modis.gsfc.nasa.gov/。

MODIS取得的影像資料可在下述幾個

研究領域發揮重要的作用：地表覆蓋變化

和全球生產力—包括區域性地表覆蓋變化

的趨勢和模式、作物種類，以及全球初級

生產力；自然災害監測—包括洪澇、乾

旱、森林草原火災、雪災等；短期氣候預

測—季、年的氣候預測，方便改進對短期

氣候異常發生時間、地點的預報；長期氣

候變化研究—幫助科學家識別長期氣候變

化及其趨勢的機制和因素，包括人類影

響；大氣臭氧監測—幫助科學家監測大氣

臭氧的變化，分析變化產生的原因及對地

球系統的影響。

從資源的角度來思考，MODIS也可以

應用於：土地資源（土地利用現狀和土地覆

蓋類型，精確到畝）；水資源（山區積雪、

地表和淺層地下水、土壤含水量、大氣水

汽、雲中液態水、降水等）；生物資源（植

被、森林、草場、農作物和分類狀況、植物

分類狀況、裸露地和沙漠化狀況）及其旬／

月／季／年變化的監測；氣候狀況（日照、

地表溫度／濕度、大氣溫度／濕度等）。

地景動態變遷

各種不同的自然與人文因子共同作用在

地表時，最終會以地景的整體特性呈現，

因此確實掌握地景的變化有其重要性。衛

星遙測影像的優勢在於可即時取得地表現

況，提供人類進行相關研究或政府做重大

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汽、地表溫度、雲頂溫度、大氣溫度、臭

氧、雲頂高度等資訊，適用於對地表、生物

圈、固態地球、大氣和海洋進行長期的全球

觀測。

MODIS空間解析度很高，且每日或每

兩日可獲取一次全球觀測資料。此外，

MODIS日夜都可提供影像資料，在軌道的

白天時段，所有波段都能取得影像資料；在

軌道的夜間時段，則只有熱紅外波段的影像

資料。

為了建立資料處理模式和演算法，並指

導MODIS資料的科學討論和應用，EOS計

由於地景具有動態變化的特性，若能透過整體性的觀察，

且以時間序列進行同一地點不同時間點的監測，將能提供重要的環境生態資訊。

利用遙測影像可協助研究者記錄真實世界的資料，

研究者能在某個特定的空間範圍內，以整體或抽象

不可見的空間單元（例如集水區）為分析的對象，

並藉以分析衛星影像或衍生出其他影像（例如NDVI

影像）。透過遙測影像，能快速地監測地物反射光譜

的變化；透過植被指數，能更清楚地把地物的反射

光譜轉換成更容易分析的資訊，尤其植被指數是目

前國際上最常用來進行地景監測的指標。

真實世界

網格資料

MODIS影像

台灣的空間範圍

集水區

NDVI影像

環境決策時的考量依據。

在國外，利用遙測影像進行整體性動態

監測已經非常普遍。在台灣，目前可用華

衛二號進行遙測，但因先前受限於缺乏屬

於台灣的資源監測衛星，因此過往的研究

大多採用 SPOT衛星或Landsat系列衛星拍

攝的影像，地面永久樣區定期監測的配合

也非常缺乏。

台灣的土地覆蓋主要由「森林」、「旱

作」、「稻田」、「都市」等生態系統構成，其

中以「森林」生態系統為最主要的類型。因

此，針對森林生態系統的探討應該更加注重

與深入。其次，以面積來看，「旱作」與

「稻田」也占了非常重要的比率。

國內以往的相關研究，對於地景在時間

序列上的觀察較少，原因在於缺乏能快速取

得且覆蓋全區的衛星影像資料。MODIS影

像可使政府或研究者從整體上來觀察台灣在

時間序列上的變動特性，是個很重要的突破

與改變。

目前，使用MODIS影像因缺乏地面

樣區調查的配合，因此在生態研究的應用

面向上，仍有許多的限制。未來若能配合

地面樣區的調查資料，將能更進一步使

衛星影像與環境生態研究緊密結合。例

如地面樣區調查與從衛星光譜資訊演算

而得的植被指數結合，植被指數可用來

估計跟植被相關的變數，例如綠覆蓋面

積、葉面積指數、被吸收做為光合作用的

輻射量、蒸發散等。

由於地景具有動態變化的特性，若能

透過整體性的觀察，且以時間序列進行

同一地點不同時間點的監測，將能提供

重要的環境生態資訊。因此以衛星遙測

影像監測，是未來環境研究上不可缺少

的重要方式。 □

林孟龍

真理大學觀光事業學系

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農田正處於插秧的階段，注滿了水，因而稀疏秧苗的稻田與稻子成熟後的稻田，在光譜特性上迥然不同。呈現相同的土

地使用方式，卻有不同的光譜數值，增添衛星監測土地使用變遷的困難度。