第五章海洋水色遥感

1. 狭义广义遥感狭义遥感：主要指从远距离、高空以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术系统。

（利用电磁波进行遥感）广义遥感：利用仪器设备从远处获得被测物体的电磁波辐射特征（光，热），力场特征（重力、磁力）和机械波特征（声，地震），据此识别物体。

（除电磁波外，还包括对电磁场、力场、机械波等的探测）两者探测手段不一样2. 遥感技术系统信息源－信息获取－信息纪录和传输－信息处理信息应用3. 遥感的分类（1）按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等（2）按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感4. 遥感的应用内容上可概括：资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划、全球宏观研究5. 海洋遥感的意义（1）海洋气候环境监测的需要海洋占全球面积约71%，海洋是全球气候环境变化系统中不可分割的重要部分厄尔尼诺、拉尼娜、热带气旋、大洋涡流、上升流、海冰等现象都与海洋密切相关。

厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相互作用下造成的气候异常。

（2）海洋资源调查的需要海洋是人类最大的资源宝库，是全球生命支持系统的基本组成部分，海洋资源的重要性促使人们采用各种手段对其进行调查研究海岸带是人类赖以生存和进行生产活动的重要场所，海岸带资源的相关调查对于沿海资源的合理开发与利用非常重要（3）海洋遥感在海洋研究中的重要性海洋遥感具有大范围、实时同步、全天时、全天候多波段成像技术的优势可以快速地探测海洋表面各物理量的时空变化规律。

它是20 世纪后期海洋科学取得重大进展的关键学科之一。

重要性体现在：是海洋科学的一个新的分支学科；为海洋观测和研究提供了一个崭新的数据集，并开辟了新的考虑问题的视角；多传感器资料可推动海洋科学交叉学科研究的发展1. 海洋遥感的概念（重点）、研究内容海洋遥感：指以海洋及海岸带作为监测、研究对象，利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理来观测和研究海洋的遥感技术。

海洋遥感知识点总结本文将从海洋遥感技术的基本原理、常用遥感技术和海洋遥感的应用领域等方面进行详细的介绍，并结合一些实际案例，希望可以为读者对海洋遥感技术有一个更全面的了解。

一、海洋遥感技术的基本原理海洋遥感技术是通过传感器对海洋进行观测和测量，然后将获取到的数据传输到地面处理系统进行分析，从而得到关于海洋的信息。

传感器可以是搭载在卫星上的遥感仪器，也可以是在飞机、船只等平台上安装的探测设备。

遥感技术主要依靠电磁波在大气和海洋中的传播和反射特性来获取海洋信息。

具体而言，通过用不同波段的电磁波对目标进行监测和探测，再利用电磁波与目标反射或散射作用时的特性来获取目标物体的信息。

遥感技术主要包括被动遥感和主动遥感两种方式。

被动遥感是指通过接收目标物体所发出的自然辐射或反射的电磁波，比较常用的是太阳辐射。

而主动遥感是指通过发送特定频率的电磁波到目标物体上，然后将目标物体发射的辐射或反射返回的信号进行分析。

被动遥感和主动遥感一般配合使用，可以获取更加全面的目标物体信息。

二、常用的海洋遥感技术1. 被动微波遥感被动微波遥感是通过接收海洋表面微波辐射来获取海洋信息的一种遥感技术。

微波辐射可以在大气中穿透，因此即使在云层遮挡的情况下，也可以对海洋进行探测。

被动微波遥感技术可以用来测量海洋表面温度、海洋表面风速、盐度等信息，对海洋动力学和大气海洋相互作用研究有着重要的意义。

2. 被动光学遥感被动光学遥感是通过接收海洋表面反射的太阳光来获取海洋信息的一种遥感技术。

光学遥感可以测量海洋表面的叶绿素浓度、海水透明度、沉积物含量等信息，可以用于海洋生态系统监测和海洋污染监测等方面。

3. 合成孔径雷达遥感合成孔径雷达（SAR）是一种主动遥感技术，通过发送微波信号到海洋表面，然后接收被海洋表面物体反射的信号，来获取海洋表面的信息。

SAR可以用来监测海洋表面风场、海洋表面粗糙度、海洋污染等信息，对海上风暴预警、海洋污染监测等具有重要的应用价值。

基于遥感在海洋资源勘查中的应用
遥感是一种以卫星、飞机等空中平台进行观测和测量的技术手段，通过获取地表和物体表面的电磁能谱信息，可以实现对海洋资源的勘查和监测。

遥感在海洋资源勘查中的应用包括海洋水色遥感、海洋温度遥感、海洋色素遥感、海洋浮游植物遥感、海洋浮游动物遥感、海洋沉积物遥感等多个方面。

海洋水色遥感是通过测量和分析海洋水体的反射光谱和吸收特性，来获取海洋水质信息的技术。

利用遥感技术可以实时监测水体体积浓度、浊度、营养盐含量等参数，从而评估海洋水质的变化和污染程度，为海洋环境保护提供科学依据。

海洋温度遥感是通过测量海水的辐射热能，来获取海洋温度分布和变化的技术。

利用遥感技术可以实时获取海洋表面温度和垂直温度剖面，并结合大气热力学模型，预测海洋环流和海气相互作用等海洋动力学过程，为海洋资源的合理开发和利用提供支持。

海洋浮游植物遥感是通过测量海水中浮游植物的荧光辐射和散射特性，来获取海洋光合作用和生态系统功能的技术。

利用遥感技术可以实时监测海洋中浮游植物的生理状态和生长速率，评估海洋碳循环和气候变化的影响，为海洋资源的可持续利用提供决策依据。

遥感在海洋资源勘查中的应用具有广阔的发展前景，可以为海洋环境保护、海洋资源管理和海洋经济发展提供可靠的技术支持。

随着遥感技术和数据处理方法的不断改进和发展，相信在未来会有更多有效的遥感技术应用于海洋资源勘查中。

海洋遥感[填空题]1复介电常数参考答案：又称为相对介电常数或相对电容率，是描述海面发射率的一个关键参数，它是频率ω ，水温T 和海水盐度S 的函数。

[填空题]2后向散射系数参考答案：入射方向上的目标每单位面积上的平均雷达截面，与目标的复介电常数、表面粗糙度、雷达系统参数等有关。

[填空题]3直射辐照度参考答案：太阳光经大气衰减后，直接到达水面的辐射[填空题]4漫射辐照度参考答案：直射光经散射后到达水面的辐射[填空题]5海水表观光学量参考答案：由光场和水中的成分而定，包括向下辐照度、向上辐照度、离水辐亮度、遥感反射率、辐照度比等，以及这些量的衰减系数。

[填空题]6Ⅱ类水体参考答案：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由水体的各成分以非线性方式来影响[填空题]7海洋初级生产力参考答案：在单位海洋面积内，浮游植物通过光合作用固定碳的速率或能力，与平均叶绿素相关，单位为mg·m-2·d-1[填空题]8海水固有光学量参考答案：与光场无关，只与水中成分分布及其光学特性有关，直接反应媒介的散射和吸收特征，如：吸收系数；散射系数；体积散射函数等[填空题]9论述海洋遥感发展的现状、展望与趋势。

参考答案：现状：（1）海表温度遥感（2）海洋水色遥感（3）海洋动力遥感观测（4）海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量（5）海洋污染监测（6）海冰监测（7）海洋盐度测量（8）船舶和尾迹探测展望：（1）建立以海洋卫星为主导的立体海洋监测体系（2）海洋遥感监测技术的精确化与定量化（3）海洋遥感信息系统的建设（4）小卫星海洋遥感技术我国：（1）建立稳定运行的海洋卫星体系（2）从多方面入手提高海洋遥感精度（3）开展同化技术研究以提高应用水平[填空题]10与国际先进水平相比较，我国海洋遥感的发展在哪些方面存在着一定的差距？参考答案：（1）基础研究落后：主要表现在海洋光谱特性的测量与研究相对滞后（2）专门为海洋遥感设计的传感器较少，而且至今还没有发射专门的微波遥感卫星，与美国等先进国家比，海洋微波遥感有10~15年差距（3）美国SeaStar卫星的SeaWIFS遥感器的辐射精度为5%，我国目前发射的水色遥感器要求达到的辐射测量精度为7%~10%，处于国际先进水平，但中国在微波遥感卫星资料处理方面还停留在利用国外遥感预处理半成品进行再加工研究阶段，尚不具备以业务应用为目的的微波遥感处理能力，更谈不上高精度的定量分析。

ISSN100922722 CN3721118/P海洋地质动态Marine Geology Letters第25卷第10期Vol25No10文章编号:100922722(2009)1020036206地质构造三维可视化系统设计与实现陈　军1,2,权文婷3,周冠华3,温珍河1,2(1国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室;2青岛海洋地质研究所,青岛266071;3北京师范大学资源学院,北京100875)摘　要:地质构造三维可视化是地质勘探数据处理的重要环节,是正确认识地质构造的重要手段,从而为油藏模拟提供科学的依据。

在与Arcengine技术的支持下,结合地质构造数据特征及其应用要求,设计实现了地质构造三维分析与可视化系统。

试验结果提供了从整体到局部的多角度显示手段与几种常用的数据挖掘方法,从而有助于研究人员准确快速掌握地质构造信息,为进一步的地质研究提供科学依据。

关键词:地质构造;三维可视化;数据挖掘中图分类号:P618.02 文献标识码:A 地质对象相比于地理对象而言,具有平面分布、Z值变化连续、内部信息不完全(或者称地质对象是灰色的)和数据采集代价大等特点[1]。

长期以来,地质工作者习惯于用二维地图产品来抽象形成大脑中的三维地物,这给许多地学专家进行地学分析带来极大不便,单靠二维信息无法较好地描述地质体的三维结构。

为此,多年来地质工作者一直关注地质体三维可视化及建模技术[2]:1992年国际勘探地球物理学家协会和欧洲勘探地球物理学家协会成立了Seg/Eaeg3D建模委员会,开展了3D建模工程;1997年在巴塞罗那召开的国际数学地质会议上,Graeme和Bonham等强调地质材料收稿日期:2009207202基金项目:国家地质大调查专项“我国海域1∶100万地质地球物理系列图”(1212010511302);十一五国家科技支撑项目(2008BAC34B03)作者简介:陈　军(1982—),男,实习研究员,从事地理信息系统与遥感研究.E2mail:chenjun820711@ 3D可视化的重要性[3]。

近海海洋水色遥感技术对赤潮的监测我国近海区域海水水质随着沿海经济的发展呈现变坏的趋势，近几十年发生过多次赤潮，其主要原因就是水体富营养化。

在渔业上，赤潮直接带来了巨大损失，有时候赤潮还威胁到人类与动物的生命。

因此，找到发生赤潮的规律及赤潮产生的原因至关重要，这就需要对近海区域海水水质进行长时间的监测，除了现场采集海水样品进行分析研究之外，利用卫星遥感数据对海水水质的监测越来越受到人们的重视。

1 水体富营养化富营养化是指水体在自然因素和（或）人类活动的影响下，大量营养盐（如氮、磷等）随着流水流入到湖泊、水库、河口、海湾等水体，使水体在比较短的时间内由贫营养状态向的富营养状态变化的一种现象。

在不受人类干扰或很少受到人类干扰的自然条件下，湖泊这种从贫营养状态过渡到富营养状态的自然过程非常缓慢，一般需要上千年或更长时间；而人为排放的工业废水与生活污水中含有大量的使水体富营养化的营养物质，因此在短时间内可以使水体富营养化，且这种状态会持续较长时间。

其最主要的表现是：藻类及其它浮游生物的繁殖速度变快，藻类等大量生物越来越多，使水体含氧量下降，水质逐渐恶化，因为缺少氧气而使得鱼类及其他生物大量死亡。

水体出现富营养化现象时的最主要表现是：浮游藻类大量繁殖，即所谓的“水华”。

由于占优势的浮游藻类因种类不同而拥有不同的颜色，水面往往呈现不一样的颜色：例如蓝色、红色、棕色、乳白色等。

海洋中的“赤潮”就是海水中出现了这样的现象。

评价水体富营养化的方法主要有：营养状态指数法，营养度指数法和评分法。

营养状态指数法中根据水体透明度制定的卡尔森指数是最常用的评价水体富营养化的方法之一。

后来，日本的相崎守弘等人提出了修正的营养状态指数（TSIM），即以叶绿素a浓度为基准的营养状态指数。

这也是近海水域海水水质监测使用最多的一个指数。

除了浮游植物对水色的影响，悬浮物和黄色物质对海洋水色也会产生一定的影响。

因此，在研究近海海洋水色时，也要考虑到这些因素。

利用陆地卫星遥感有两种方法：一种是目视解译方法，凭光谱规律、地学规律和解译者的经验，从陆地卫星图像的颜色、纹理、结构、位置等各种特征解译出各种土地利用/土地覆盖类型（主要是土地利用调查）；另一种是计算机图像分类方法，选择分类特征，利用模式识别模型，确定每一像元的土地利用/土地覆盖类型（主要是土地覆盖调查）。

大气辐射校正不同：海洋水色是在海洋表面观测的向上散射辐射率的可见光谱。

该辐射率与水体光学特性及在水体中各种要素的光学特性密切相关。

由于海洋水色信号比较微弱，大气对水色遥感信息的影响十分严重。

在可见光波段大气的分子及气溶胶的后向散射占了传感器接收辐射量的80%以上。

而陆地遥感信号较强收大气的影响相对较弱，所以在大气辐射校正的处理上较少，在一定范围内，从地理相关性的观点上认为大气的辐射程度是相同的，除非是云雨天气，否则其影响一般低于30%。

几何校正陆地遥感的几何校正可以通过地面控制点进行较为精确的校正。

但是在海洋上，没有控制点，而且洋流的不断运动，海浪潮流、涡流以及近海面风等海洋表面特性印象使得对海洋图像的几何校正不同于一般陆地影响。

数据处理对象不同陆地影响的变化较大，研究的主要是其静态的资源分布的信息。

而海洋表面总体上是准均匀的，其动态特性却成了认识和监测海洋特性的关键收到。

光谱处理范围不同电磁波的他侧局限在对电磁波有很强吸收和散射顺好的还没和邻近海面的次海表层。

而陆地影响的电磁波范围则更广，不仅涵盖大气窗口，还有微波、红外等频段。

星载海洋水色探测传感器接收到的辐射能量主要由以下辐射所贡献。

太阳辐射L s在大气中传输时受到大气的散射与吸收。

部分散射光作为天空光与太阳直射光同时入射到海面，部分散射光不经海面而直接进入传感器视场，成为路径辐亮度L*。

到达海面的太阳辐射，一部分L r被海面反射回天空，另一部分透过海面进入水体，受到海水、溶解物与悬浮物的散射与吸收。

海洋水色遥感有能力对近海面浮游植物色素的时空分布进行综观观测，为海洋生物学家对海洋过程认识提供了新的手段。

海洋遥感把传感器装载在人造卫星、宇宙飞船、飞机、火箭和气球等工作平台上,对海洋进行远距离非接触观测,取得海洋景观和海洋要素的图象或数据资料。

基本原理海洋不断地向周围辐射电磁波能量，同时，海面还会反射(或散射)太阳和人造辐射源(如雷达)照射其上的电磁波能量,利用专门设计的传感器,把这些能量接收、记录下来,再经过传输、加工和处理,就可以得到海洋的图象或数据资料。

基本性能海洋遥感系统必须具备如下性能：①具有同步、大范围、实时获取资料的能力，观测频率高。

这样可把大尺度海洋现象记录下来，并能进行动态观测和海况预报。

②测量精度和资料的空间分辨能力应达到定量分析的要求。

③具备全天时(昼夜)、全天候工作能力和穿云透雾的能力。

④具有一定的透视海水能力，以便取得海水较深部的信息。

遥感方式按照传感器工作方式，可以把海洋遥感划分为主动式和被动式两种。

主动式遥感，传感器向海面发射电磁波,然后接收由海面散射回来的电磁波,从散射回波中提取海洋信息或成象。

主动式传感器包括侧视雷达、微波散射计、雷达高度计、激光雷达和激光荧光计等。

被动式遥感,传感器不发射电磁波,只接收海面热辐射能量或散射太阳光和天空光能量，从这些能量中提取海洋信息或成象。

被动式传感器有各种照相机、可见光和红外扫描仪、微波辐射计等。

按工作平台划分，海洋遥感则可分为航天、航空和地面三种遥感方式。

发展概况海洋遥感始于第二次世界大战期间。

发展最早的是在河口海岸制图和近海水深测量中利用航空遥感技术。

1950年美国使用飞机与多艘海洋调查船协同进行了一次系统的大规模湾流考察，这是第一次在物理海洋学研究中利用航空遥感技术。

此后，航空遥感技术更多地应用于海洋环境监测、近海海洋调查、海岸带制图与资源勘测方面。

从航天高度上探测海洋始于1960年。

这一年美国成功地发射了世界第一颗气象卫星"泰罗斯-1"号。

卫星在获取气象资料的同时，还获得了无云海区的海面温度场资料，从而开始把卫星资料应用于海洋学研究。

海洋遥感名词解释海洋遥感是一种通过卫星、飞机或其他遥感技术获取海洋信息的方法。

它利用传感器获取海洋表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为有关海洋特征的数字数据。

以下是一些与海洋遥感相关的重要名词解释：1.卫星遥感：卫星遥感是利用在太空中运行的卫星搭载的传感器，通过获取和记录地球表面的辐射数据来研究和监测海洋。

卫星遥感提供了广阔的覆盖范围和连续观测能力。

2.遥感传感器：遥感传感器是安装在卫星或飞机上的仪器，用于测量和记录海洋的电磁辐射。

不同类型的传感器可以接收不同波段的辐射，包括可见光、红外线和微波等。

传感器的选择取决于所需的观测目标和研究应用。

3.遥感图像：遥感图像是利用遥感传感器获取的海洋辐射数据经过处理和重建后生成的图像。

这些图像可以展示海洋的表面温度、水色、海洋生态系统分布、海洋溢油等信息，为海洋研究和监测提供重要数据。

4.水色遥感：水色遥感是指利用遥感技术观测海洋水体中各种溶解和悬浮物质对可见光的吸收和散射特性。

通过测量水体的光谱特征，可以推断出海洋中的浊度、叶绿素含量和溶解有机物等重要参数，进而了解海洋生态系统的健康状况。

5.海表温度遥感：海表温度遥感是通过遥感技术测量海洋表面温度的方法。

海表温度是一个重要的海洋参数，它对海洋循环、气候变化和海洋生态系统具有重要影响。

遥感技术可以提供大范围、高时空分辨率的海表温度数据，为研究海洋热力学和气候变化提供重要依据。

6.海洋气象遥感：海洋气象遥感是利用遥感技术观测和监测海洋气象现象的方法。

通过遥感传感器获取的数据，可以研究海洋表面风场、波浪、风暴潮等气象要素，为海上交通、海洋灾害预警和海洋气象研究提供重要信息。

总结起来，海洋遥感是一种利用遥感技术获取海洋信息的方法，它可以提供海洋温度、水色、气象等方面的数据。

通过遥感传感器获取的辐射数据，经过处理和解译，可以获得海洋的图像和参数，为海洋研究、海洋管理和气候变化等领域提供重要支持。