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氣象雷達蓋不蓋?

文 / 曾開治、鄒宗晏

近日新聞報導中央氣象局計劃花費四億七千萬元,在屏東縣新園鄉設置全國第三座防災降雨雷達站。[1]由於氣象上的極端降水情形,例如莫拉克風災時南部山區的瞬間豪大雨,通常無法依靠大尺度的氣象觀測來預測,因此高密度的小範圍監控有其必要性,興建防災雷達也正是為這個原因。[2]雖然氣象局再三強調,新園雷達站和七股雷達站並不相同,所發出的輻射值甚至比手機還低,但不可避免的,人們對電磁波的疑慮,成為興建雷達站最大的阻力。究竟防災雷達是什麼?而它所產生的電磁波又會對人造成什麼影響呢?

氣象雷達如何觀測氣象?

氣象用雷達主要的功能在探測大氣中的降水類型(例如雨、雪和冰雹等)、分佈、移動與演變,並能利於預報員對於強降水系統未來的分佈和演變做出短期預報。氣象用雷達透過單一方向性朝天空中發射電磁波,電磁波在遭遇空氣中的水滴或冰晶後,便會散射,其中一部分散射後衰弱的電磁波會被雷達站所接受。雷達站透過接收散射回來的電磁波衰減程度,便能觀測空氣中的水氣,並進一步分析這些資料做出對未來的預測,對於氣象用雷達更詳盡的介紹則可以參考 PanSci 上的另一篇文章[3]。全台目前共有四座氣象作業用雷達站,分別位於台北五分山、花蓮、墾丁和台南七股。前三座雷達站皆地處偏遠,雷達站方圓數公里內並無住宅。惟七股雷達站(圖一)與最近的民宅距離 100 m,而氣象局欲建立的屏東新園雷達站與最近的民宅距離為 700 m。

七股氣象雷達站

(圖一) 台南七股氣象雷達站照片。資料來源:中央氣象局

氣象雷達的死角和對地面人類的電磁波影響

氣象雷達發射的電磁波其波長範圍介於 1 cm到 10 cm之間,屬於微波,其波長大約是水滴和冰晶直徑的十倍,因此對空氣中水氣極為敏感。作業用氣象雷達通常有三個波段 S、C、X 波長分別是 10 cm、5 cm以及 3 cm,其中波長為 10 cm的雷達應用最為廣泛。因低對流層(離海平面2.2km)以內包含了將近 63 %的大氣中的水氣,雷達電磁波在此層內會以極快的速率減弱,這也是作業用的衛星雷達,因為回波資訊的不確定性極高,通常將離地 2 km 高度的低對流層視為衛星雷達死角的原因。另外氣象用雷達業可以選擇發射更高頻的雷達電磁波(例如Ka-band,波長約為 7 mm)來進行觀測,但這種能量較高的電磁波,電磁波束會長得更密集,游離輻射量也相對較少。再更高頻的電磁波觀測,則多以被動式接收為主,觀測器本身並不會發出訊號。

因此氣象雷達本身的設計,為使雷達電磁波能有效地觀測大氣中的水氣,通常將發射器對準天空作 360o 的掃瞄,同時利用拋物型反射面以利電磁波的集中。所以大部分的電磁波會射向天空,只有少部分電磁波以散射的形式抵達地面,此外因為雷達發射器大多架設在離地面 20~30 m的高台上,因此會受到發射仰角、塔高和地球曲率半徑的影響(圖二),根據雷達回波高度公式:[4](h為平台高度,r是雷達站與目標物之間距離,θ為雷達仰角,作業用雷達通常為0.5o或1.4o,R為地球半徑,IR為大氣層折射率通常設為1.21)電磁波在抵達離發射源一公里以外的地區,其直接能接受到雷達電磁波的高度大約離地 40~50 m,如圖三所示。也因此對地面居民的影響,多以碰到障礙物後散射的游離電磁波為主。同時考慮電磁波強度隨距離平方成反比遞減,在離雷達站 1 km以外接受到的游離輻射約與環境背景值接近。

雷達迴波高度

(圖二) 雷達回波高度公式示意圖。由發射器射出的雷達電磁波其高度將由雷達仰角、塔高和地球曲率共同決定。theta角為雷達仰角,phi角則是雷達站和欲量測雷達電磁波高度的地點,其兩者和地心的夾角。

距離

(圖三) 發射後雷達離地高度對與雷達站距離圖。橫軸為雷達電磁波離地高度,縱軸為和雷達站的距離。圖中所展示的是一架設在離地30m高架上,以1.4O仰角發射電磁波的雷達站。由圖可得知,當距離此雷達站1km時,電磁波離地高度約為60m。此外可以看出地球曲率的影響,在距離雷達站較遠時才會顯現出來。

雷達電磁波對人體的影響輕微

氣象雷達所產生的電磁波在種類上屬於微波,微波並不像阿法、貝塔、珈瑪射線那樣具有很高的能量,可以打斷分子的鍵結造成分子離子化。微波的能量只夠使分子轉動,因而造成溫度的升高,微波爐便是利用在一個封閉空間內,透過能和水分子產生共振的微波波段,將能量傳給食物中的水分子,來達到加熱食物的效果。氣象雷達所發出的微波和微波爐所發出的微波在單位電磁波上能量相近,但因為氣象雷達所發出的電磁波在單位平面上通過的電磁波束較微波爐稀少,因此實際上造成的能量影響不高。另外氣象雷達微波的頻率並無法像微波爐微波一樣和水分子達成共振,所以即便被人體吸收也不易產生像微波爐一樣的加熱效果。

氣象雷達如前面提過的,是對著天空做 360o 掃描,如果又設址在偏僻的地點,距離雷達站一公里以外的地方除非是高樓,不然也不會受到電磁波的直接照射,至於因為散射而外溢的雷達電磁波在空氣中也很快就會減弱至接近背景輻射值。對於在氣象雷達站內的工作人員,雖然可能有接受到較高劑量雷達電磁波照射的風險,但氣象雷達站的建築也會有相應的電磁波防護措施,例如加厚並塗上防電磁波漆的牆壁、人員會接受電磁波防護安全訓練等等。綜合以上的討論,氣象雷達雖然可能會對人體造成影響,但是能透過妥善的安全措施以及與民宅保持距離的地理位置來盡可能將風險降低,而台灣目前所擁有的四座氣象作業用雷達站,除七股雷達站和民宅的距離有待商榷外,其餘的雷達站並無傳出附近居民受影響的報導。

台南七股雷達站的電磁波致癌爭議

根據記者朱淑娟在 2012 年 3 月 10 日所做的報導[5],1994年中央氣象局核定「台灣地區都卜勒氣象雷達觀測網」,其中把原位於高雄壽山的雷達站遷到台南七股,台南七股氣象雷達站於 2002 年 6 月 1 日開始正式運作。依當時規定,設置雷達不必做環境影響評估或舉辦說明會,因此直到雷達站設置完成,上至鄉長、村長,下至附近的居民,皆不知情。而雷達站鄰近 100 m 就有民宅、魚塭等附近居民日常生活、工作的地點。自 2002 年開始運作,直到五年後村民因為健康出現異狀才開始向相關單位陳情。根據台灣電磁輻射公害防治協會理事長陳椒華所做調查,雷達設置後到 2007 年有 16 個癌症病人,比雷達設置前約增加 3 倍。與全台南縣比,鹽埕村民的癌症在雷達設置之後超過 1.5 倍以上,漁民則超過 10 倍以上。

當地村民質疑這些病症皆與設置在當地的雷達站有關,但七股雷達站 100 到 1000 公尺之間,經過多次檢測最高直達 0.00252 mW/cm2,是當時電磁波環境建議值 1 mW/cm2 的四百分之一左右,因此環保署在面對當地居民的陳情時,常以一句「合乎國家標準」便不再做後續的處理。[6]但陳椒華認為雖未超過環境建議值,但「環境建議值」並不等同於「安全值」。奇美醫院神經內科醫師林高章也認為,環境的因素很複雜,個人的因素也很複雜,每個人對電磁波的反應並不ㄧ致。另外世界衛生組織支持的國際癌症研究署在 2002 年將極低頻電磁波列入「 2B 級可能致癌物」,2010 年 5 月基於無線電話導致惡性腦瘤的研究,也將射頻電磁波列入「2B級可能致癌物」,與塑化劑、苯乙烯、咖啡等同屬 2B 級可能致癌物,這些物質的共同特色就是高劑量、長時間曝露便可能導致癌症。

結語

台南七股雷達站已於 2011 年 1 月 12 日由立院三讀通過遷移案[7],並於 2013 年 3 月 7 日與村民達成共識,預計 2017 將雷達站遷移至距離現址一點五公里處[8]。環保署也在2012年11月30 日將原先規範極低頻 833 mG、射頻 1 mW/cm2 的「電磁波環境建議值」改為「參考位準值」,並明確定義這個值指的是短期曝露效應[9],這顯示之後政府需要重新檢視氣象雷達站電磁波對附近居民健康風險的影響。

氣象雷達在做好規劃管控下,理論上其所產生的雷達電磁波並不會對人造成危及健康影響,而為了因應短時間內高強度的降雨,增加地面氣象作業用雷達的設置有其需要。但是在屏東新園鄉的雷達選址爭議中,氣象局除了詳細介紹新建雷達站的優點外,也應該做出興建雷達站可能產生的風險,並且同樣詳盡地告知當地居民,畢竟雷達站對於居住在當地又無安全防護措施的居民依然可能產生影響。政府施政時,應提供人民一個對於政策在未來完整的圖像,同時和人民充分的溝通,以尋求理解和共識,避免再發生像台南七股雷達站一樣的爭議。

參考資料:

[1]《防災雷達說明會,兩百鄉親抗議》聯合新聞網
[2]災害預測新技術 (二):無山不崩雷達測雨全面網羅
[3]氣象學之「眼」:雷達
[4]美國海洋大氣總署對雷達回波高度公式的介紹
[5]【我愛鹽山不要雷達】
[6]氣象雷達站距民宅100公尺七股居民要求遷移
[7]七股氣象雷達站遷移重大突破立院決議6年內應遷移
[8]小漁民站出來電磁波規範轉向!
[9]電磁波安全值爭議重大突破! 833毫高斯是「短期曝露值」非「長期安全值」

 

作者-

鄒宗晏

大學唸的是化工系,但因為交友不慎,目前興趣開始轉向人文社會領域,目標是讓工程變得更有人情味。

曾開治

目前就讀臺灣大學大氣系碩士(準備登入國軍online),目標是當個地物流力學家。個人網站:https://sites.google.com/site/q1q2dynamic/2010

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