前言
小弟和四位大氣系大一的劇烈天氣愛好者（瘋子）規劃了連續兩天的TAHOPE雷達參訪行程。首先來分享我們的Day1（6/25）參訪港南S-Pol雷達站，同時文末也會介紹如何申請。改天我有空再來分享Day2（6/26）參訪位於永安漁港的TEAM-R雷達車。
TAHOPE簡介
礙於篇幅，實在難以完整介紹TAHOPE，因此詳細實驗內容請見：
https://radar.atm.ncu.edu.tw/tahope2022
S-Pol簡介
S-Pol雷達屬於美國國家大氣研究中心（NCAR）財產，可提供各國申請合作觀測實驗。除了雷達本身以外，而是整個團隊到台進行觀測，其中不只有科學家，還有許多支援雷達運作的電機工程師、軟體工程師也一同在雷達站支援觀測。很難得這是S-POL第二次到台灣進行觀測，前一次是2008年在西南部進行觀測實驗。
叫做S-Pol顧名思義這是一顆S波段，也就是波長為10公分的雙偏極化氣象雷達。氣象雷達常用的波段為S band（10cm）、C band（5cm）和X band（3cm）。波長越短，通過降水系統時的信號衰減越大，因此較難完整得看到整個降水系統的全貌。但是根據角解析度與觀測口徑的關係（Rayleigh criterion），由公式$$角解析度=\frac{1.22 \times 觀測波長}{觀測口徑}$$我們可以看出隨著觀測波長的提升，我們需要越大的觀測口徑，也就是天線的碟盤大小，才能達到相同的角解析度。這也是為什麼S-Pol需要直徑10公尺大的天線，相當於四層樓高，在現場看著天線旋轉十分震撼。其實氣象局作業用的雷達大概也是這個尺寸，只是因為天線是藏在天線罩（大球）內部，因此我們看不到它實際的樣子。
S-Pol除了在資料品質方面是世界上數一數二優秀以外，更厲害的是整個雷達站可以像是組裝樂高一樣，將所有零件收到八個貨櫃中，在以海運運送到世界各地進行研究。到達目的地後只需花費兩三周的時間即可組裝完成，同時八個貨櫃在實驗期間就成為雷達站的基座以及辦公室。
我們話不多說，帶大家到處去逛逛！
！！！圖多警告！！！
結構
整個雷達是以貨櫃作為支撐的基座，將中心的天線座和貨櫃屋全部固定在一起，穩固整座天線。或許有人會好奇沒有任何地基的雷達站是否會下陷？答案是會的，因此站內的工作人員每過一兩天就要重新測量水平。如果發現某個方向的水平跑掉，就要微調底座（紅圈處）來校正。
電力
和其他氣象觀測相比，雷達最需要的就是大量且穩定的電力。雖然這次實驗可以直接接市電到觀測場址，但是在國外許多荒郊野外的地區是沒有市電可以接的。因此雷達站必須自帶發電機，下圖看到的紅圈處就是雷達站的兩台發電機。而右後方的那個貨櫃就是提供發電機使用的油槽，可以容納3000公升的柴油。
雖然在台灣有市電可以用，但是仍然有可能遇到停電的時候。但是不用怕，雷達站也配有UPS（不斷電系統）。發生停電的瞬間，UPS會自動「無縫接軌」改以大量的電池供電，並且自動啟動發電機來接手，讓整個雷達站不會因為停電而停擺，更能避免電子設備受到停電而當機或損壞。
倉庫
前面有提到整個S-Pol雷達都是組裝式的，而這個倉庫就是收納天線的位置。10公尺高的碟型天線竟然可以拆解成24片，然後分別放入一格格的架子上。圖中紅圈處則是備用的兩片天線。
水源
或許在台灣要取得水源是件輕而易舉的事情，但是如果S-Pol雷達到一些乾燥地區進行觀測時，要取得生活用水十分困難。因此他們就想到了利用冷氣運轉產生的冷凝水，蒐集起來即可作為生活用水。因此可以看到冷氣機旁邊擺了許多水桶。負責解說的老師還告訴我們，在台灣三個小時就能儲滿一桶水，但是曾經有在極為乾燥的地區竟然花上了三天才集滿一桶水，可見台灣真的是非常潮濕。這時我的大腦裡正在思考除濕機是不是溼度計的一種？（混亂邪惡）
發射機與接收機（機房）
如果將天線說是雷達的眼睛，那麼發射機和接收機就分別是雷達的心臟與大腦，是整個雷達最精隨的地方。因此平常根本沒有機會進入機房看到這些細節，這次的參訪竟然有機會進入平時嚴格管制的機房內，讓我一進去就興奮地拿著手機猛拍。
這是S-Pol的發射機，採用的是與美國作業用氣象雷達NEXRAD同款，好處是維修時零件可以互通。這台發射機的功率是一百萬瓦，竟然和家用的微波爐相比差了1000倍。如此高功率的電磁波是十分危險的，如果近距離直接照射人體會造成嚴重灼傷，所幸所有的氣象雷達都不會直接打向地面（最低仰角為0.5度），因此是安全無慮的。
另外在發射部分還有值得一看的是Mitch Switch。我們平常看到的雙偏極雷達大多數都是H和V兩個偏振方向同時發射。而Mitch Switch內部有一個中空的孔，當Mitch Switch的轉速與雷達的PRF（脈衝重複頻率，即每秒鐘雷達發出的脈波數）相同時，可以讓雷達以H、V、H、V分別依序發射。據說這樣的好處是可以計算LDR，我也不是很懂這個參數。但是Mitch Switch這個零件非常難以維護，因此絕大多數作業中的雷達都沒有設置，僅裝設在少數研究用途的雷達。
大家或許會好奇雷達波是如何從機房送出，答案是沿著牆上交錯複雜的導波管。這些導波管從發射機接出後經過Mitch Switch以及一系列的零件後會送出機房到天線的焦點射出，第一張圖看到左右兩條就是雷達的導波管。
天線接收到反射的雷達波以後，經過一系列的電路，接著就會進到信號處理器，轉化為我們看到的各種觀測參數。
當天同行的同學問到觀測資料的容量會不會很大？其實這個問題的答案光看硬碟陣列的數量就知道了。而且S-Pol這次來台還特地申請了1G/600M的光纖網路，就是為了即時傳輸這些珍貴的觀測資料。
控制室
當我們要進入參觀控制室的時候，負責解說帶隊的老師還特地提醒不要打擾到裡面實驗的進行，因為6/25這天午後對流發展特別劇烈，是TAHOPE的IOP5（加強觀測期5）。沒想到S-Pol來台重要的推手之一「李文兆博士」竟然就在控制室內。當我們向他問起關於當天的對流發展，他先帶著我們到室外看著遠方的積雨雲。哇！中午在騎自行車的時候一邊看著積雲成長，竟然已經在幾個小時內成長為巨大的對流胞。整個天空風雲色變，距離僅僅十公里外的竹東已經籠罩在雨瀑之下。此時李博士請我們回到室內，接著在螢幕上秀出當下的RHI剖面。天呀！竟然和教科書中的理論幾乎完全相符，當下的感動真的是難以用言語形容。
下圖是引用自《Meteorology Today 12th ed.》第387頁圖14.5對於雷雨胞形成的示意圖
下圖是當日（2022/6/25）下午2：35方位角80度的RHI剖面，顯示參數為dBZ（回波強度）
圖中紅圈處是因為輻合作用正在新生成的對流胞，對應到課本上New cell的位置根本超像（整個對流胞的方向和課本是左右相反的），此外以外型來看也是與理論幾乎相符。
接著博士將畫面切為徑向風，圖中暖色系代表遠離雷達，冷色系代表接近雷達，如同我畫的箭頭所示。也是和課本的圖幾乎完全一樣。
最後來看到ZDR，如果還沒有基礎的人可以先去看看我寫過的這篇：
https://hwdes.tw/p/Sfukgm
下圖可以看到融解層大約位於5km。但是在大約80公里的地方有個對流胞發展的特別高，ZDR也特別大。代表此時在宜蘭附近應該正在被強對流劇烈轟炸中。
最後來簡單介紹一下控制室中的螢幕畫面，最讓人訝異的是這些使用者介面竟然都是S-Pol團隊自行開發。因此設計上有許多非常人性化方便科學研究的功能。例如查詢歷史資料的時候可以直接在PPI的回波圖上用滑鼠畫出剖面，系統自動就會叫出該方位角的RHI剖面，如果該方位沒有進行RHI掃描，系統會自動將各仰角的PPI內插得到合成剖面。
參訪申請指引
看完心動了嗎？趕快和朋友糾團報名吧！
（以下說明如果有更改以TAHOPE辦公室公布為準）
必備條件：三劑疫苗且滿14天
人數限制：每梯次至多5人，每天上下午各一梯次
需準備文件（電子檔）：身分證影本、疫苗證明、切結書（列印後需簽名蓋印拍照上傳）
申請網址：https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLScghsylX1XcDcsdfwJ57_jUeSWUlUfdBojNq3m2vhiReir7Wg/viewform
心得後記
原本以為開放參訪就只是帶著繞一繞雷達站而以，沒想到不但有詳細的解說介紹，竟然還有機會與大師當面對談。這次TAHOPE除了運氣好觀測到許多珍貴的資料（此時如果再來一顆颱風就完美了XD），還有一方面做的很棒的就是在科普方面的推廣。不管是上一篇提到的TEAM-R直播以及觀測日誌，或者是S-Pol、TEAM-R的開放參觀，都使得科學研究更貼近民眾。這是我從未見過，也是非常值得未來的大型科學觀測實驗效仿學習。唯有讓科學研究與生活更加貼近，並將結果回饋於人民，才是進行研究的本質。
WOW，竟然寫了三千多字...
而...且...，天亮了！！
