衛星雲圖色調強化 Color Enhance of Satellite Image

我們接收到來自氣象衛星的觀測資料，本身只有輻射能量的「強度」，而非「顏色」的資訊，因此我們所得到的衛星雲圖在還沒經過處理之前，基本上是黑白的。

而我們在中央氣象局或其他氣象學術網站上，時常會看到各種色彩繽紛的衛星雲圖，其實是透過電腦處理，將不同的能量強度賦予了顏色之後，才構成現那些如此五花八門的雲圖。

今年來聊聊衛星雲圖的色調強化吧。

古代的衛星雲圖

如同前面所述，一張未經處理的雲圖基本上會是黑白色的，就好像古早年代的黑白底片（不知道這個年代還有多少人知道「底片」是什麼？）。氣象局衛星中心早期就是利用傳統沖洗照片的方式，製作衛星雲圖，當技術人員接收到衛星資料之後，需要到暗房中將雲圖相片沖洗出來，好不容易才能得到一張衛星雲圖，而且是真的能拿在手上的雲圖。

想當然爾，這種方式製作出來的衛星雲圖照片，都以黑白方式呈現，顯示的是地球表面或雲表面輻射能量的強弱，氣象預報員能透過這些雲圖分析雲層發展的高度、天氣系統的分佈、以及目前的天氣概況。

隨著科技的進步，幾十年後的今天，暗房工作已經完全被取代了，電腦的普及讓衛星資料有了更多元的顯示方式，不但可以直接顯示在每一位氣象人員的螢幕上，還可以隨意縮放、平移、加註位置符號，並且大量分送雲圖給所有需要的單位。

除此之外，電腦處理也讓衛星雲圖出現了革命性的進展：色調強化。

什麼是色調強化？

簡而言之，只要在雲圖上對特定數據區間賦予特定顏色者，即為色調強化雲圖。

紅外線雲圖可以提供雲頂溫度的資訊，偏黑色表示高溫，即雲層發展的高度不高；而偏白色則表示低溫，表示雲的垂直高度很高。雖然容易理解，但是分析對流系統的結構時往往會遇到辨識度的問題。

一個對流性的天氣系統，在黑白雲圖上呈現出來的往往是一團像是棉花的白色物體，整個系統都具備了一定的高度，因此我們很難去判斷這團棉花中，哪些區域是發展「特別高」？而這些發展的「特別高」的區域，偏偏又是劇烈降水的位置，是天氣分析的重點，需要氣象人員辨識出來並加強分析。

為了解決這個問題，氣象人員透過電腦的幫助，將雲圖中每一個溫度區間賦予了不同的顏色，例如：10度到0度用藍色表示、0度到0零下10度用綠色表示……，藉此「強化」了雲圖的色調。

經過色調強化之後的衛星雲圖，雲看起來就不再是直觀的黑白漸層，而是類似於地圖等高線的樣式，由一圈圈不同的顏色所組成，色調強化雲圖中高度相近的雲擁有相同的顏色，這個時候，對流系統的結構便一清二楚了。

中央氣象局的色調強化雲圖

氣象局官網上同步衛星所使用的色調強化，代號為MB，是針對大部分的對流系統而設計的色調，讓分析人員可以很容易地分辨強對流所在位置。

MB色調強化的顏色中，藍色表示攝氏0度以上，一般可以視為無雲區或是雲頂高度非常低的層狀雲。0度至零下20度以綠色表示，大多數的情況下綠色表示當地受到低雲的壟罩。不過也有例外，例如高緯度國家：俄羅斯，由於緯度很高且地表溫度相當低，一旦溫度低於零下時，即便是晴空也會顯示綠色。

上圖為紅外線彩色雲圖（左）與色調強化雲圖（右）的比較。圖中可以看到台灣東部外海的對流雲系在彩色雲圖中幾乎都是白茫茫的一片，很難判定對流雲的結構，也不容易判斷3個雲團的差別。不過色調強化雲圖中，可以清楚的顯示對流雲系發展的狀況，可以知道其中2個對流雲發展的較高，也能大致掌握其發展結構。

色調強化不只一種？

除了MB之外，氣象局預報人員還會是情況使用其他色調強化。

• BD：針對熱帶氣旋分析。由於熱帶氣旋垂直方向可以發展的很高，因此在此色階中，一般把比較不重要的高溫區域設定為黑白色系，從零下30度起開始賦予鮮艷的顏色，而負60度以下的溫度區間更密，可突顯颱風眼牆附近的結構，以利分析人員研判。
• MY：針對梅雨鋒面結構而設計，與MB色調強化不同，此色調強化擁有更多種類的顏色區間，有利於分析大範圍的層狀結構。雖然色階對應表最低僅有攝氏負96度，但已足以應付梅雨之類的鋒面系統。
• WV：針對水氣頻道所設計的色調強化，由於水氣頻道位於水氣強吸收帶，雲圖中的亮溫數據普遍很低，不易出現攝氏0度以上的溫度，因此在色階設計時從0度開始，一路到負100度左右。水氣頻道黑白雲圖相當難以分析，因此氣象人員幾乎都會套用調強化，以將這個頻道所能提供的資訊突顯出來。

由此可知，「色調強化」的方式不只一種，色階與數值的對照也不盡相同，根據天氣系統或個人習慣的不同，氣象人員分析時往往會使用不同的色調強化類型，所以使用色調強化雲圖時需要參考正確的溫度對照圖。

與RGB合成圖有什麼不同？

RGB合成圖的精神，在於將各種頻道的差異性以顏色組合呈現，並不會限制特定數值必須以特定顏色顯示。

你可以這樣理解：色調強化侷限了你所有可能出現的顏色，一旦你設定了10種顏色，那麼色調強化雲圖中永遠就只會那出現10種顏色，而你可以根據的不同顏色直接找到相對應的數據。適合分析單一物理量，例如雲的高度。

RGB雲圖中則可能出現各式各樣的顏色：如果你發現某個位置的顏色偏紅，那表示對應到紅色的物理量比較大，若是偏黃色的情況，這表示對應到紅色與綠色的物理量都很大。RGB雲圖在分析上具備了更多的彈性，可以分析較為複雜的現象，例如沙塵暴分佈。但同時RGB的顏色呈現存在著更多變數，因此需要較多經驗的累積。