งานวิจัย/ความรู้ งานวิจัยด้านทรัพยากรน้ำและอากาศ ระบบแสดงภาพอุณหภูมิผิวน้ำทะเล และ ค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล..
|
ระบบแสดงภาพอุณหภูมิผิวน้ำทะเล และ ค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ Images Processing System of Sea Surface Temperature and Sea Surface Height Anomalies for Climate Change Observation ปริญญา เรืองจิตรานนท์, ปรารถนา ดีประเสิรฐกุล, รอยล จิตรดอน Parinya Reungjitranon, Prattana Deeprasertkul, Royol Jitradon สถาบันสารสนเทศทรัพยากรน้ำและการเกษตร (องค์การมหาชน)
อีเมลนี้จะถูกป้องกันจากสแปมบอท แต่คุณต้องเปิดการใช้งานจาวาสคริปก่อน
,
อีเมลนี้จะถูกป้องกันจากสแปมบอท แต่คุณต้องเปิดการใช้งานจาวาสคริปก่อน
,
อีเมลนี้จะถูกป้องกันจากสแปมบอท แต่คุณต้องเปิดการใช้งานจาวาสคริปก่อน
, บทคัดย่อ ค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล (Sea Surface Height Anomalies: SSHA) และ ค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเล (Sea Surface Temperature: SST) เป็นดัชนีตัวหนึ่งที่ใช้ติดตามการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศตามฤดูกาล, แสดงการเคลื่อนตัวของความกดอากาศและกระแสน้ำ ตลอดจนสามารถใช้ศึกษาการเกิดพายุได้อีกทางหนึ่ง ดังนั้นในบทความนี้จะกล่าวถึงระบบงานสำหรับแสดงผลแผนภาพการเปลี่ยนแปลงของค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเล และ แผนภาพการเปลี่ยนแปลงของค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล ซึ่งประมวลผลภาพโดยหาค่าเฉลี่ยในช่วงเวลา เพื่อหาผลต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยผิวน้ำทะเลและค่าเบี่ยงเบนความสูงเฉลี่ยของระดับน้ำทะเล ระหว่างสัปดาห์และระหว่างเดือน วัตถุประสงค์ของระบบงานนี้เพื่อศึกษาและติดตามการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ รวมถึงเป็นแนวทางในการพิจารณาแนวโน้มการเกิดพายุในอนาคต Sea Surface Height Anomalies (SSHA) and Sea Surface Temperature (SST) are ones of the essential parameters for identifying weather variation, air pressure, and water flow as well as for storm observation. In this paper, we present an image processing system used for generating different images of SST and SSHA. The system aims to calculate the difference of the average values on temperature and height anomalies weekly and monthly. The objective of this system is to study and observe weather variation and storm prediction in the future.
บทนำ ค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล เป็นค่าที่ได้จากการวัดความสูงของระดับน้ำทะเล ณ. ช่วงเวลาหนึ่ง เทียบกับค่าความสูงเฉลี่ยของระดับน้ำทะเลในตำแหน่งเดียวกัน ซึ่งการวัดระดับความสูงนี้จะวัดโดยการใช้ดาวเทียมด้านการสำรวจเป็นตัววัด โดยค่าความสูงระดับน้ำทะเลจะสะท้อนถึงกระแสน้ำเย็น และน้ำอุ่นในช่วงฤดูกาล เนื่องจากบริเวณกระแสน้ำอุ่นจะมีความหนาแน่นต่ำกว่าบริเวณกระแสน้ำเย็น ทำให้บริเวณกระแสน้ำอุ่นมีแนวโน้มที่จะมีความสูงมากกว่าบริเวณกระแสน้ำเย็น โดยความสูงดังกล่าวไม่ใช่เป็นแค่ความสูงที่เกิดจากอุณภูมิของผิวหน้าน้ำทะเล หากแต่เป็นผลสืบเนื่องที่เกิดจากอุณหภูมิของปริมาตรน้ำทั้งหมดที่อยู่ในพื้นที่หนึ่ง ๆ ซึ่งการหาค่าความเบี่ยงเบนที่เกิดขึ้นนี้สามารถนำมาช่วยในการเฝ้าติดตามปรากฏการณ์เอลนีโญและลานีญา ตลอดจนวัฏจักรระยะยาว เช่น Pacific Decadal Oscillation เป็นต้น [1]
รูปที่ 1 (ก) แผนภาพค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล (ข) แผนภาพค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเล ค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเล เป็นการวัดค่าอุณหภูมิน้ำทะเลในช่วงความลึกตั้งแต่ 1 ไมโครเมตรถึง 1 เมตร ขึ้นอยู่กับกรรมวิธีการวัดที่แตกต่างกัน [2] โดยค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเลสามารถนำมาใช้ประกอบการพิจารณาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้โดยคร่าวว่า ฤดูกาลในแต่ละปีเริ่มต้นที่ช่วงเวลาใด สิ้นสุดที่ช่วงเวลาใด นอกจากนี้แล้วการสังเกต ค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเล สามารถช่วยการคาดการณ์สภาพอากาศได้ในระดับหนึ่ง อาทิเช่นการเกิดพายุ เนื่องจากพายุเป็นปรากฎการณ์เกิดจากความไม่สมดุลของพลังงานในมหาสมุทร และสามารถตรวจจับได้จากค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเล [3] ซึ่งโดยทั่วไปแล้วค่าอุณหภูมิจะก่อตัวจากน้อยไปมากจนกระทั่งเกิดพายุ เช่นการพิจารณาค่าอุณหภูมิบริเวณที่สูงเกินกว่า 26.5 องศาเซลเซียสและแตกต่างจากบริเวณข้างเคียงมากขึ้นเท่าไร มักเป็นสัญญาณเตือนถึงการการเกิดพายุในเขตร้อนมากขึ้นเท่านั้น [4] สำหรับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ หรือ การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ที่เกิดขึ้นกับสภาพอากาศ ย่อมส่งผลกระทบต่อทั้งอุณหภูมิผิวน้ำทะเล และ ค่าความเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล โดยเฉพาะการเปลี่ยนแปลงในช่วงฤดูกาล หรือ การเกิดพายุ ซึ่งถ้าหากพิจารณาความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในแกนเวลาแล้ว จะสามารถมองเห็นข้อมูลโดยคร่าว ที่สัมพันธ์กับเหตุการณ์ทางปรากฏการณ์ธรรมชาติต่าง ๆ ได้ ระบบงานนี้พัฒนาขึ้นเพื่อประมวลผลภาพจากค่าความเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล และค่าอุณหภูมิผิวน้ำทะเล โดยหาความแตกต่างที่เกิดขึ้นของค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาหนึ่ง เพื่อนำมาสร้างเป็นแผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลง สำหรับใช้ประกอบการวิเคราะห์สภาพอากาศ ตลอดจนเหตุการณ์ทางธรรมชาติ เช่น พายุ ได้อีกทางหนึ่ง ซึ่งข้อมูลที่ใช้ได้แก่ ข้อมูลแผนภาพอุณหภูมิผิวน้ำทะเล ราย 12 ชั่วโมงโดย Ocean Weather inc [5], แผนภาพค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเลจากดาวเทียม Jason-1 GFO และ ENVISAT โดย Aviso [6] และ ค่าความเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล โดย Collecte Localisation Satellites [7] ซึ่งจากการใช้งานแผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ พบว่า สามารถใช้เป็นข้อมูลประกอบการพิจารณาเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ได้อย่างชัดเจนและมีประสิทธิภาพ หลักการ และขั้นตอนการดำเนินงาน ข้อมูลที่นำมาใช้ในการประมวลภาพนั้น มีทั้งข้อมูลที่เป็นภาพจากแหล่งอื่น และเป็นข้อมูลไบนารี โดยมีคุณลักษณะแตกต่างกันทั้งขนาดของข้อมูล ความถี่ของข้อมูล ซึ่งข้อมูลแต่ละชนิดสามารถสรุปได้ดังแสดงในตารางที่ 1 และระบบโดยรวมจะประกอบไปด้วยหน้าที่การทำงาน ดังแสดงในรูปที่ 2 ซึ่งการทำงานจะเริ่มจากการอ่านข้อมูลนำเข้า และทำการแปลงให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายต่อการคำนวณ จากนั้นข้อมูลดังกล่าวจะถูกนำไปประมวลผลเพื่อหาเฉลี่ยและค่าความแตกต่าง และทำการบันทึกเป็นรูปภาพผลลัพธ์ ที่เป็นแผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงของค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล และ แผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิผิวน้ำทะเล โดยทั้งนี้ ในกระบวนการต่าง ๆ จะมีการบันทึกข้อมูลในแต่ละขั้นตอนบันทึกเก็บไว้บนพื้นที่สำรอง เพื่อประโยชน์ด้านความรวดเร็วในการประมวลผลข้อมูลดังกล่าวซ้ำอีกครั้งหนึ่งในภายหลัง
รูปที่ 2 ภาพรวมของระบบแสดงภาพการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิผิวน้ำทะเล โดยหน้าที่หลักจะเป็นส่วนการประมวลผลที่มีหน้าที่รวบรวมข้อมูลในช่วงเวลาที่ต้องการ เพื่อหาค่าเฉลี่ยในช่วงระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นจึงหาผลต่างของค่าเฉลี่ยสองช่วง [8] เพื่อนำมาสร้างเป็นแผนภาพตามต้องการ ดังแสดงในรูปที่ 3 ซึ่งกระบวนการทั้งหมด สามารถเขียนอธิบายได้ ดังสมการที่ (1), (2) และ (3) โดย Fn เป็นข้อมูลที่เกิดจากการเฉลี่ยค่าของตำแหน่งใด ๆ ในช่วงเวลา n ผลลัพธ์ข้อมูล Fn ได้จากสมการ
โดยที่ N คือจำนวนชุดข้อมูลในช่วงเวลา n ดังนั้นข้อมูล Fdiff ซึ่งเป็นผลลัพธ์ข้อมูลที่ได้จากการหาผลต่างของข้อมูลเฉลี่ยในช่วงเวลา a และ b โดยที่ช่วงเวลา a เกิดขึ้นก่อนช่วงเวลา b และ T เป็นช่วงเวลาใด ๆ ดังสมการ
จากสมการ (1) จะได้
โดยที่ Na และ Nb คือจำนวนชุดข้อมูลในช่วงเวลา a และ b ตามลำดับ
รูปที่ 3 การประมวลผลโดยการหาค่าเฉลี่ยและนำมาหาผลต่าง เพื่อสร้างเป็นแผนภาพข้อมูล ในการประมวลผลนั้น พารามิเตอร์ที่สำคัญตัวหนึ่งคือ การเลือกค่าช่วงเวลา (T, a, b) ที่เหมาะสม เนื่องจากการเลือกค่าช่วงเวลาของข้อมูลย่อมส่งผลโดยตรงต่อการนำแผนภาพผลลัพธ์ไปใช้งาน รวมไปถึงข้อมูลแต่ละชนิด มีคุณลักษณะที่แตกต่างกัน ตลอดจนภาพผลลัพธ์ที่ได้มีเป้าหมายการนำไปใช้งานที่แตกต่างกันออกไป จึงจำเป็นที่ต้องเลือกค่าช่วงเวลาให้เหมาะสมกับลักษณะงานนั้น ๆ จากการทดลองใช้งานระบบพบว่า ค่าช่วงเวลาที่เหมาะสมกับการนำไปใช้งานแต่ละประเภทนั้น สรุปไว้ดังตารางที่ 2
ผลการทำงาน และอภิปรายผล ภาพผลลัพธ์ที่ได้จากระบบ แสดงถึงความแตกต่างของค่าเฉลี่ยของสองช่วงเวลาที่ต่างกัน โดยเหตุผลที่ต้องใช้งานค่าเฉลี่ยของช่วงเวลา a และ b เนื่องจากตัวข้อมูลในรายคาบมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา จึงจำเป็นต้องหาค่ากลาง หรือค่าเฉลี่ยเพื่อเป็นตัวแทนกลุ่มข้อมูลชุดนั้นๆ นอกจากนี้ยังต้องคำนึงถึงความเหมาะสมในการนำไปใช้งานจริงด้วยอีกทางหนึ่ง กล่าวคือถ้าเลือกช่วงเวลาที่ยาวนานจนเกินไป ก็ย่อมไม่ทราบถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาสั้น ๆ ภายในช่วงเวลานั้น เป็นต้น จากรูปจะสามารถมองเห็นภาพโดยคร่าวได้ว่า ฤดูกาลในปี ค.ศ. 2008 ช่วงกลางเดือน มกราคม จนถึงเดือนมีนาคม เป็นช่วงที่ฤดูกาลเกิดการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น โดยดูได้จากบริเวณผิวน้ำทะเลที่อุณหภูมิสูง และ ต่ำ เริ่มมีการย้ายตำแหน่งแทนที่ซึ่งกันและกัน ซึ่งถ้าหากพิจารณาโดยละเอียด ด้วยแผนภาพการเปลี่ยนแปลงราย 2 สัปดาห์ของอุณหภูมิผิวน้ำทะเล ดังรูปที่ 5 จะพบว่าฤดูกาลเริ่มมีการเปลี่ยนแปลงในช่วงสัปดาห์ ของวันที่ 10 กุมภาพันธ์ ถึง 22 มีนาคม เป็นต้น
รูปที่ 4 แผนภาพการเปลี่ยนแปลงรายเดือนของอุณหภูมิผิวน้ำทะเล
รูปที่ 5 แผนภาพการเปลี่ยนแปลงราย 2 สัปดาห์ ของอุณหภูมิผิวน้ำทะเล ช่วงเดือน ม.ค. ถึง เม.ย. ปี 2008 ตัวอย่างหนึ่งที่นำไปใช้คือการพิจารณาการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเลเมื่อเกิดเหตุการณ์พายุ จุดมุ่งหมายเพื่อหารูปแบบความเกี่ยวข้องที่เกิดขึ้นเพื่อหาแนวทางการทำนายพายุในอนาคต ดังแสดงในรูปที่ 6 เป็นช่วงเวลาที่เกิดพายุ Nargis (27 เม.ย – 3 พ.ค. 2008) โดยสีที่แสดงในภาพจะใช้สีแดงเข้ม แทนบริเวณที่ค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเลมีค่าการเปลี่ยนแปลงในทางบวก 10 เซนติเมตร และไล่ระดับสีลงไปตามความเปลี่ยนแปลงที่ลดลง จนกระทั่งสีน้ำเงินเข้มจะแทนบริเวณที่มีความเปลี่ยนแปลงในทางลบ 10 เซนติเมตร โดยแผนภาพจะแสดงค่าการเปลี่ยนแปลงในรายสัปดาห์ก่อนเกิดพายุ, ช่วงเกิดพายุ และหลังจากพายุผ่านพ้นไป โดยจะเห็นได้ว่าในภาพ (ข) ที่เป็นช่วงขณะเกิดพายุนั้น ค่าความเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเลจะมีระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นมากกว่าช่วงก่อนหน้า และจะมีระดับที่ลดต่ำลงในภาพ (ค) ซึ่งเป็นช่วงพายุเข้าสู่ชายฝั่งและลดกำลังลง ทั้งนี้ ในการศึกษาหาความเกี่ยวข้องระหว่างการเกิดพายุ เทียบกับความเปลี่ยนแปลงค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเลนั้น ยังไม่สามารถแสดงผลได้ชัดเจนพอ เนื่องจากการเกิดพายุ มีปัจจัยที่เกี่ยวข้องหลายด้าน อีกทั้งในการทำนายการเกิดพายุ จำเป็นต้องประกอบไปด้วยการทำนายจุดที่จะเกิดพายุ และเส้นทางของพายุ ซึ่งการใช้ค่าความเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเลเพียงอย่างเดียวไม่สามารถกระทำได้เนื่องจากมีความแปรปรวนในทะเลมาก อีกทั้งค่าความสูงระดับน้ำทะเล เป็นผลสืบเนื่องจากเหตุการณ์ต่าง ๆ ทางธรรมชาติ ยังมิใช่เป็นสาเหตุของการเกิดเหตุทางธรรมชาติโดยตรง ทำให้เงื่อนไขในการหาปัจจัยการเกิดพายุจำเป็นต้องใช้ข้อมูลอีกหลายด้านในการประกอบการพิจารณา
รูปที่ 6 แผนภาพแสดงความเปลี่ยนแปลงของค่าเบี่ยงเบนระดับความสูงน้ำทะเล สรุปผล ในการพิจารณาแผนภาพการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิผิวน้ำทะเลนั้น พบว่าสามารถใช้ในการติดตามการเปลี่ยนแปลงทางด้านสภาพอากาศและฤดูกาลได้ชัดเจน โดยพบว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจะเป็นการถ่ายเทพลังงานความร้อนระหว่างบริเวณเหนือเส้นศูนย์สูตร และ ใต้เส้นศูนย์สูตร ในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ ของรอบปี ในขณะที่แผนภาพการเปลี่ยนแปลงของค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล เพื่อใช้ในการศึกษาพายุ นั้นยังไม่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ชัดเจนเพียงพอ เนื่องจากความแปรปรวนที่เกิดขึ้นในทะเล ประกอบกับค่าความเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล มิใช่เป็นสาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงทางภูมิอากาศ หากแต่เป็นผลสืบเนื่องจากผลกระทบทางธรรมชาติ แต่ทั้งนี้ ระบบแสดงภาพการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิผิวน้ำทะเล และ การเปลี่ยนแปลงของค่าเบี่ยงเบนความสูงระดับน้ำทะเล เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศนี้ ถือได้ว่าเป็นเครื่องมือตัวหนึ่งในการสร้างข้อมูลสำหรับการประกอบการพิจารณาการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศได้ โดยการประยุกต์ใช้งานกับข้อมูลที่ต้องการนำเสนอให้เหมาะสม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่จะนำไปใช้วิเคราะห์ในอนาคตต่อไป
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
| แก้ไขล่าสุด ใน วันอังคารที่ 02 ธันวาคม 2014 เวลา 15:48 น. |
