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英國科傳老將──亞當˙哈特戴維斯

蔡明燁
・2011/12/15 ・3657字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

科學傳播除需架構一完整知識體系外,更需要加入「人」的角度詮釋。(圖片來源:Knowledge Review)

林照真教授在《台灣科學社群40年風雲》一書中,引用了中研院數學所李國偉研究員說過的一段話:「科技」的次文化至少需要包含兩個向度,其一是「科技知識」所架構的世界,此一知識世界的探討,著重在理性、邏輯、方法、真理、演化等問題;其二是「科技人員」所集結的社群,而對科技社群的描寫,則需要借重政治、經濟、社會的概念,進行權力網絡的動態分析。

雖然在遣辭用句和研究重點上或有差異,但我覺得上述這段文字套用在穿領域科學傳播/科學教育上,其實也有吻合之處,也就是說,要在國內推廣科學傳播,除了需要對理念、法則、源流等知識加以探討,架構一個完整的知識體系外,從人的角度來認識科傳/科教社群,使我們進一步了解此一活動在不同的政治、經濟、社會網絡中所扮演的角色,也應有助於我們更確實掌握這門學問,從而將之在地化,為我們更加自如地運用。

Adam Hart-Davis。(圖片來源:http://www.adam-hart-davis.org/index.html)

站在這個出發點上,本文要介紹一位英國科學傳播界的老將──亞當˙哈特戴維斯(Adam Hart-Davis),他不像英國廣播公司(British Broadcasting Corporation,簡稱BBC)自然生態節目的泰斗──艾登堡(David Attenborough)那樣擁有全球性的知名度,也不像這兩年突然崛起於英國媒體圈的物理學家卡克斯(Brian Cox)那般充滿了年輕的魅力,然而哈特戴維斯所代表的,卻是老一輩英國科學傳播人一步一腳印的傳統取逕,從他身上,我們約莫可以看出自1970年代以來,英國人是如何進行科學傳播的?是什麼樣身分背景的人在從事這樣的工作?隨著時代的變遷,他們面臨了什麼挑戰?又如何因應這些挑戰?此外,透過哈特戴維斯,我們是否在某個層面上也窺視了英國社會權力結構的一些端倪呢?

哈特戴維斯出生於1943年,他的父親魯伯特(Sir Rupert Hart-Davis)擁有爵士頭銜,是英國貴族階層的一員,和英國女王及現任保守黨首相卡麥隆(David Cameron)都有血緣關係。亞當˙哈特戴維斯畢業於貴族學校伊頓學院(Eton College),接著他選擇就讀牛津大學莫爾頓學院(Merton College)的化學系,隨後又到約克大學(University of York)攻讀有機金屬化學的博士學位,並在加拿大做了三年的博士後研究工作,回到英國以後,他開始在牛津大學出版社(Oxford University Press)負責編輯科學方面的出版品,以及各種西洋棋手冊,直到1977年,時年34歲的哈特戴維斯以研究員的身份,加入了約克夏地區電視台(Yorkshire Television,簡稱YTV),正式展開了他的媒體生涯。

話說英國電視產業肇始於公共電視BBC,到了1955年才成立了商業性的獨立電視(Independent Television,簡稱ITV)。ITV雖然以廣告維生,還是屬於英國公共電視體系的一環,由不同的地區性電視台聯合組成,不過ITV的組成份子並不固定,因為每隔一段時間英國政府就會公開招標,根據投標者過去的表現、現有的資源和對未來的規劃,評定由誰得標。

以英格蘭東北部地區觀眾為對象的YTV,從1968年起成為ITV的一員,有很長一段時間,對科學性電視節目相當重視,而哈特戴維斯在YTV的起始任務,便是協助不同的節目進行幕後研究,例如1970年代間一個叫做《別問我》(Don’t Ask Me)的談話節目,邀請專家到現場回答觀眾各種和日常生活有關的科學問題,其中三位經常受邀的嘉賓包括科學家派克(Magnus Pyke)和植物學家貝勒米(David Bellamy),兩人的形象都很符合「瘋狂科學家」的典型,動作也都很誇張,不過派克像個老紳士,貝勒米像個老頑童;第三位因本節目而在1970、1980年代馳名英國科傳界的專家,則是女醫師史特波哈德(Miriam Stoppard),她還主持了一個醫療性節目《有生之處》(Where There’s Life)。此外,哈特戴維斯也是《克拉克神秘世界》(Arthur C. Clarke’s Mysterious World)系列節目的研究員,克拉克是科幻小說家,節目的開頭跟結尾都由他現身說法,但節目內容主要由旁白和紀錄片的方式來呈現,探索各種神秘的傳說,例如飛碟、海怪之類。

哈特戴維斯除電視節目作品外,更是科普專業作家,(The Book of Time)即為今年最新著作。(圖片來源:http://www.adam-hart-davis.org/index.html)

1980年代間,哈特戴維斯獲得實際製作電視節目的機會,多以科學性兒童節目為主,例如《我和我的電腦》(Me & My Micro),由喜劇演員哈里斯(Fred Harris)主持,哈里斯在進入傳播界以前是小學老師,在ITV和BBC主持了很多以電腦、數學為主題的教育性節目;《好玩的遊戲》(Fun & Games)由另一位喜劇演員轉戰科傳界的波爾(Jonny Ball)主導,波爾沒有大學學位,不過對數學和機械很有興趣,懂得用簡單的語言把複雜的概念解釋清楚,非常受到觀眾的喜愛,很快成為七、八O年代主持BBC兒童科學節目的大將,他的《想個數字》(Think of a Number)、《再想一想》(Think Again)、《倒著想》(Think! Backwards)以及《這麼想》(Think! This Way)等系列,到今天仍被公認為推廣數學的極佳典範。與此同時,哈特戴維斯也參與了兒童教學節目《科學眼》(Scientific Eye)的製作。

累積了近20年的電視經驗,年近半百的哈特戴維斯終於在1990年代初期開始正式主持節目,代表作為YTV的《地方英雄》(Local Heroes)和BBC的《羅馬人對咱們有啥貢獻?》(What the Romans Did for Us?)。雖然這兩個節目都是以一般觀眾為訴求,但哈特戴維斯學會了擺脫老學究的面孔,在《地方英雄》系列中,他踩著單車、穿著色彩鮮豔的服飾,穿梭在北英格蘭的曠野和大街小巷,走訪古往今來各種與當地相關的科技發明,除了介紹歷史、風土、人情,也親自操作設計實驗,生動再現某項發明的過程,獲得廣泛的迴響,因此《地方英雄》很快被BBC網羅,擴大成為面向全英國的科學性節目;至於《羅馬人對咱們有啥貢獻?》,也是一個結合了考古、科技、人文與社會等多重面向的系列節目,透過追溯羅馬人的各種發明,反映羅馬歷史與文化,並探討其對現代英國社會的影響,這個節目的成功衍生出了一系列類似的作品,包括講維多利亞時代的(the Victorians)、都鐸王朝的(the Tudors)、古代文明(the Ancients)等所在多有。

媒體的取材態度,往往直接影響節目內容的水平和質感。(圖片來源:Knowledge Review)

進入21世紀的哈特戴維斯,在英國科學傳播界依然非常活躍,不僅在電視及廣播節目的幕前、幕後都有擔綱,更重要的是他勤寫不輟。英國的科學性電視節目多半都有書籍搭配出版,所以像艾登堡、卡克斯、派克、乃至波爾等人,也都寫過不少深入淺出的電視節目相關作品。不過哈特戴維斯除了這類配合電視節目的出版品之外,也是科普專業作家,迄今已出版了將近30本書,全都圖文並茂,他今年剛出爐的新作是《時間之書》(The Book of Time),從哲學家如何定義「時間」,到不同時代、不同地區的人們如何發明不同的科技來測量時間,再到時間的概念如何影響人類世界的發展等,可以說上至天文、下至地裡,無所不包,而配合新書發表,哈特戴維斯也是英倫各大小文學節(literature festival)的常客,直接在不同的大城小鎮跟讀者面對面,並在會場中示範簡易的實驗,扮演一位老少咸宜的科普推手。

從哈特戴維斯平時在報章雜誌上發表的評論來看,他顯然很擔憂科學性電視節目日益譁眾取寵的走向,這或許也是促使他不斷寫書、發表文章、製作網路及籌辦巡迴演講的動力之一?不過從這兩年在英國播出的電視節目看來,我個人倒是認為這些節目的水準無論在質或量上,其實都是往上提升,而非向下沉倫的,而這可能是業界和非業界人士基於不同的經驗與視角所造成的價值判斷上的差異,如要細究,只好等來日專文另議了。

Adam Hart-Davis (亞當‧哈特戴維斯) (mp3)

參考書目:
林照真(2010),《台灣科學社群40年風雲──記錄六、七O年代理工知識份子與【科學月刊】》。新竹:交大出版社。
蔡明燁(2001),《媒體世界》。台北:幼獅文化。
蔡明燁(2005),【英國廣電業與數位化的現況】,《東西交叉口部落格》,http://blog.chinatimes.com/mingyeh/archive/2008/01/10/234234.html

想了解更多資訊,可前往 >>亞當˙哈特戴維斯(Adam Hart-Davis)個人官網 

原刊載於 東西交叉口跨科際閱讀

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蔡明燁
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蔡明燁,英國里茲大學傳播研究所研究員。


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解析「福衛七號」的觀測原理——它發射升空後,如何讓天氣預報更準確?

科技大觀園_96
・2021/10/25 ・2915字 ・閱讀時間約 6 分鐘

2019 年 6 月 25 日,福爾摩沙衛星七號(簡稱福衛七號)在國人的引頸期盼下升空。一年多來(編按:以原文文章發佈時間計算),儘管衛星還沒有全部轉換到預定的軌道,但已經回傳許多資料,這些資料對於天氣預報的精進,帶來很大的助益。中央大學大氣系特聘教授黃清勇及團隊成員楊舒芝教授、陳舒雅博士最近的研究主題,就是福衛七號傳回的資料,對天氣預報能有哪些改善。

掩星觀測的原理

要介紹福衛七號帶來的貢獻,得先從它的上一代──福衛三號說起。福衛三號包含了 6 顆氣象衛星,軌道高度 700~800 公里,以 72 度的傾角繞著地球運轉(繞行軌道與赤道夾角為 72 度)。這些衛星提供氣象資訊的方式,是接收更高軌道(約 20,200 公里)的 GPS 衛星所放出的電波,這些電波在行進到氣象衛星的路程中,會從太空進入大氣,並產生偏折,再由氣象衛星接收。換句話說,氣象衛星接收到的電波並不是走直線傳遞來的,而是因為大氣的折射,產生了偏折,藉由偏折角可推得大氣資訊。

▲低軌道衛星(如福衛三號)持續接收 GPS 衛星訊號,直到接收不到為止,整個過程會轉換成一次掩星事件,讓科學家取得大氣溫濕度垂直分佈。圖/黃清勇教授提供

氣象衛星會一邊移動,一邊持續接收電波,直到接收不到為止,在這段過程中,電波穿過的大氣從最高層、較稀薄的大氣,逐漸變為最底層、最接近地面的大氣,科學家能將這段過程中每一層大氣所造成的偏折角,通過計算回推出折射率,而折射率又和大氣溫度、水氣、壓力有關  ,因此可再藉由每個高度的大氣折射率,得出溫濕度垂直分布,這種觀測方式稱為「掩星觀測」。掩星觀測所得到的資料,可以納入數值預報模式,進一步做各種預報分析。 

資料同化──觀測與模式的最佳結合

在將掩星觀測資料納入數值預報模式時,必須先經過「資料同化」的過程。數值預報模式內含動力方程式,可以模擬任何一個位置的氣塊的運動,但是因為大氣環境非常複雜,模擬時不可能納入全部的動力條件,因此模擬結果不一定正確。而另一方面,掩星觀測資料提供的是真實觀測資訊,楊舒芝形容:「觀測就像拿著照相機拍照,不管什麼動力方程式,拍到什麼就是什麼。」但是,觀測的分布是不均勻的—唯有觀測過的位置,我們才會有觀測資料。

所以,我們一手擁有分布不均勻但很真實的觀測資料,另一手擁有很全面但可能不太正確的模式模擬。資料同化就是結合這兩者,找到一個最具代表性的大氣初始分析場,再以這個分析場為起點,去做後續的預報。資料同化正是楊舒芝和陳舒雅的重點工作之一。 

中央大學分別模擬 2010 年梅姬颱風和 2013 年海燕颱風的路徑,發現加入福三掩星觀測資料之後,可以降低颱風模擬路徑的誤差。圖/黃清勇教授提供

由於掩星觀測取得的資料與大氣的溫度、濕度、壓力有密切關係,因此在預報颱風、梅雨或豪大雨等與水氣量息息相關的天氣時,帶來重要的幫助。黃清勇的團隊針對福衛三號的掩星觀測資料對天氣預報的影響,做了許多模擬與研究,發現在預測颱風或氣旋生成、預報颱風路徑,以及豪大雨的降雨區域及雨量等,納入福衛三號的掩星觀測資料,都能有效提升預報的準確度。

黃清勇進一步說明,由於颱風都是在海面上生成的,而掩星觀測技術仰賴的是繞著地球運行的衛星來收集資料,相較於一般位於陸地上的觀測站,更能夠取得海上大氣資料,因此對於預測颱風的生成有很好的幫助。另一方面,這些資料也能幫助科學家掌握大氣環境,例如對於太平洋高壓的範圍抓得很準確,那麼對颱風路徑的預測自然也會更準。根據團隊的研究,加入福衛三號的掩星觀測資料,平均能將 72 小時颱風路徑預報的誤差減少約 12 公里,相當於改進了 5%。

豪大雨的預測則不只溫濕度等資訊,還需要風場資訊的協助,楊舒芝以 2008 年 6 月 16 日臺灣南部降下豪大雨的事件做為舉例,一般來說豪大雨都發生在山區,但這次的豪大雨卻集中在海岸邊,而且持續時間很久。為了找出合理的預測模式,楊舒芝探討了如何利用掩星觀測資料來修正風場。 

從 2008 年 6 月 16 日的個案發現,掩星資料有助於研究團隊掌握西南氣流的水氣分佈。上圖 CNTL 是未使用掩星資料的控制組,而 REF 和 BANGLE 皆有加入掩星資料(同化算子不一樣),有掩星資料可明顯改善模擬,更接近觀測值(Observation)。圖/黃清勇教授提供

福衛七號接棒觀測

隨著福衛三號的退休,福衛七號傳承了氣象觀測的重責大任。福衛七號也包含了 6 顆氣象衛星,不過它和福衛三號有些不同之處。

福衛三號是以高達 72 度的傾角繞著地球運轉,取得的資料點分布比較均勻,高緯度地區會比低緯度地區密集一些。相較之下,福衛七號的傾角只有 24 度,它所觀測的點集中在南北緯 50 度之間,對臺灣所在的副熱帶及熱帶地區來說,密集度更高;加上福衛七號收集的電波來源除了美國的 GPS 衛星,還增加了俄國的 GLONASS 衛星,這些因素使得在低緯度地區,福衛七號所提供的掩星觀測資料將比福衛三號多出約四倍,每天可達 4,000 筆。

福衛三號與福衛七號比較表。圖/fatcat 11 繪

另一方面,福衛七號的軟硬體比起福衛三號更加先進,可以獲得更低層的大氣資料,而因為水氣主要都集中在低層,所以福衛七號對水氣掌握會比福衛三號更具優勢。

從福衛三號到福衛七號,其實模式也在逐漸演進。早期的模式都是納入「折射率」進行同化,而折射率又是從掩星觀測資料測得的偏折角計算出來的。「偏折角」是衛星在做觀測時,最直接觀測到的數據,相較之下,折射率是計算出來的,就像加工過的產品,一定有誤差。因此,近來各國學者在做數值模擬時,愈來愈多都是直接納入偏折角,而不採用折射率。黃清勇解釋:「直接納入偏折角會增加模式計算的複雜度,也會增加運算所需的時間,而預報又是得追著時間跑的工作,因此早期才會以折射率為主。」不過現在由於電腦的運算能力與模式都已經有了進步,因此偏折角逐漸成為主流的選擇。 

由左至右依序為,楊舒芝教授、黃清勇特聘教授、陳舒雅助理研究員。圖/簡克志攝

福衛七號其實還沒有全部轉換到預定的軌道,不過這一年多來的掩星觀測資料,已經讓中央氣象局對熱帶地區的天氣預報,準確度提升了 4~10%;陳舒雅也以今年 8 月的哈格比颱風為案例,成功地利用福衛七號的掩星觀測資料,模擬出哈格比颱風的生成。

除了福衛七號,還有一顆稱為「獵風者」的實驗型衛星,預計 2022 年將會升空。獵風者的任務是接收從地表反射的 GPS 衛星電波,然後推估風速。可以想見,一旦有了獵風者的加入,我們對大氣環境的掌握度勢必更好,對於颱風等天氣現象的預報也能更加準確。就讓我們一起期待吧!

科技大觀園_96
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