第六章 海面风场遥感 - 海洋遥感ppt
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海洋遥感技术PPT课件
• 例如，微波具有穿透云层、冰层和植被的能力；红 外线则能探测地表温度的变化等。因而遥感使人们对地 球的监测和对地物的观测达到多方位和全天候。
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3.获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点
• 遥感通常为瞬时成像，可获得同一瞬间大面积区域 的景观实况，现实性好；而且可通过不同时相取得的资 料及像片进行对比、分析和研究地物动态变化的情况 （版图3），为环境监测以及研究分析地物发展演化规 律提供了基础。
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（三）遥感信息处理 • 遥感信息处理是指通过各种技术手段对遥感探测所获得的信息
进行的各种处理。 • 例如，为了消除探测中各种干扰和影响，使其信息更准确可靠
而进行的各种校正（辐射校正、几何校正等）处理，为了使所 获遥感图像更清晰，以便于识别和判读，提取信息而进行的各 种增强处理等。为了确保遥感信息应用时的质量和精度，以及 为了充分发挥遥感信息的应用潜力，遥感信息处理是必不可少 的。
第16页/共43页
• 世界海洋卫星包括三大类： • 海洋水色卫星、 • 海洋地形卫星 • 海洋环境卫星。
第17页/共43页
• 海洋水色卫星是通过星上装载的遥感设备对海洋水色要素进行探测，为海 洋生物资源开发利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发和海洋科学 研究等提供科学依据和基础数据。
• 最具代表性的海洋水色卫星是1997年8月1日美国宇航局成功发射的专用 海洋水色卫星“海星”，它标志着因水色遥感器“沿海水色扫描仪”在 1986年停止运转而中断了10年的全球海洋水色遥感数据又得以继续，而 且可以得到质量更高的海洋水色资料。
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• 遥感通常是指通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接 触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波的反射辐射和发 射辐射），并对这些信息进行 提取、加工、表达和应用的一门 科学和技术。
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3.获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点
• 遥感通常为瞬时成像，可获得同一瞬间大面积区域 的景观实况，现实性好；而且可通过不同时相取得的资 料及像片进行对比、分析和研究地物动态变化的情况 （版图3），为环境监测以及研究分析地物发展演化规 律提供了基础。
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（三）遥感信息处理 • 遥感信息处理是指通过各种技术手段对遥感探测所获得的信息
进行的各种处理。 • 例如，为了消除探测中各种干扰和影响，使其信息更准确可靠
而进行的各种校正（辐射校正、几何校正等）处理，为了使所 获遥感图像更清晰，以便于识别和判读，提取信息而进行的各 种增强处理等。为了确保遥感信息应用时的质量和精度，以及 为了充分发挥遥感信息的应用潜力，遥感信息处理是必不可少 的。
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• 世界海洋卫星包括三大类： • 海洋水色卫星、 • 海洋地形卫星 • 海洋环境卫星。
第17页/共43页
• 海洋水色卫星是通过星上装载的遥感设备对海洋水色要素进行探测，为海 洋生物资源开发利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发和海洋科学 研究等提供科学依据和基础数据。
• 最具代表性的海洋水色卫星是1997年8月1日美国宇航局成功发射的专用 海洋水色卫星“海星”，它标志着因水色遥感器“沿海水色扫描仪”在 1986年停止运转而中断了10年的全球海洋水色遥感数据又得以继续，而 且可以得到质量更高的海洋水色资料。
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• 遥感通常是指通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接 触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波的反射辐射和发 射辐射），并对这些信息进行 提取、加工、表达和应用的一门 科学和技术。
海洋遥感ppt02 辐射与海洋表面的相互作用
2.1 海面的性质及描述-专门名词
Satellite Oceanic Remote Sensing
2.1 海面的性质及描述
• 长度（L）：指海洋波从一个波峰到另一个波峰的距离。
• 周期（T）： 海洋波的两个连续的波峰通过一点所需的时间，
波的周期常用秒表示。
• 空间波数（N）：用海洋波的长度L除2π，即
2.2 大气/海洋界面处的反射、透射和吸收
1）直接辐射的反射率
直接辐射的反射率分解为平行和垂直于入射面的辐射电矢量的反射 率，因为日辐射是无偏的，所以它的反射率可以看成是它们的平均:
dsp ( v h )
特例：入射角与折射角之和为90度时，根据布儒斯特定律有n=tg(i)，只有 垂直入射的光被反射，53.1度时会出现，该角度也称布儒斯特角，此时：
Satellite Oceanic Remote Sensing
2.2 大气/海洋界面处的反射、透射和吸收
界面两侧的立体角、入射角和折射指数之间的关系，称作 Staubel不变定律 △Ω1cosθ1 = ( n2/n1 )2 △Ω2cosθ2 当t =1时，下式称为辐射测量基本定理。 L2 = ( n2/n1 )2 t L1 可见光波段，L1 和 L2 分别水中和大气中的辐亮度，并有 n = n1 / n2 = 1.34, 则当θ < 40°或 t ≈ 0.98 时 L2 = t L1 / n2 ≌ 0.55 L1 相反，当辐射从大气入射， θ <50°时
r (θi ) = (1/2) {[sin(θi – θt) / sin(θi + θt)]2 + [tan(θi – θt) / tan(θi + θt)]2 }
当入射辐射是垂直入射时，反射率变为
海洋遥感之-海面风场概述
常规资料主要通过船舶、海上浮标、沿岸和岛屿气 象台站来测量获得，难以满足宏观、实时海洋监测的需 要，卫星遥感技术起到了非常重要的补充作用。
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6.1 概述
2.海面风场遥感测量的波段与传感器
• 可见光、红外遥感方法 • 微波散射计 • 微波辐射计 • 高度计 • SAR
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6.1 概述
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
0 U , , a0 U , a1U , cos a2 U , cos2
由以上可见，模式函数是风速、风向、入射角、天 线极化方式等参数的非线性函数，加上后向散射系数 测量噪声的影响使得无法利用模式函数直接获得风矢 量信息。
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向) 之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
可通过其它方式如模式风场、现场观测数据、浮标数 据等来配合风向的确定。
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图像
风矢量
图像谱
2000/11/15 UTC 09:44 RADARSAT SAR反演的海面风场
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（4）SAR反演海面风速误差分析
利用合成孔径雷达SAR图像反演高分辨率的海面风 矢量的误差主要与经验模式函数、风向、入射角和后 向散射系数有关。 • 入射角可准确计算，其影响较小； • 误差随风速的增大而增大； • 图像上的噪声造成后向散射系数的误差，从而影
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6.1 概述
2.海面风场遥感测量的波段与传感器
• 可见光、红外遥感方法 • 微波散射计 • 微波辐射计 • 高度计 • SAR
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6.1 概述
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
0 U , , a0 U , a1U , cos a2 U , cos2
由以上可见，模式函数是风速、风向、入射角、天 线极化方式等参数的非线性函数，加上后向散射系数 测量噪声的影响使得无法利用模式函数直接获得风矢 量信息。
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向) 之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
可通过其它方式如模式风场、现场观测数据、浮标数 据等来配合风向的确定。
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图像
风矢量
图像谱
2000/11/15 UTC 09:44 RADARSAT SAR反演的海面风场
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（4）SAR反演海面风速误差分析
利用合成孔径雷达SAR图像反演高分辨率的海面风 矢量的误差主要与经验模式函数、风向、入射角和后 向散射系数有关。 • 入射角可准确计算，其影响较小； • 误差随风速的增大而增大； • 图像上的噪声造成后向散射系数的误差，从而影
海洋遥感
可见光传感器
• 借助于可见光（电磁波的一部分，波长范围是0.38~0.78 微米）实现遥感的仪器 • 特点是空间分辨能力高，对所获取的信息记录在相片上， 比较直观、分析解译较容易、如在测量沿岸水深和水团混 合带，海面石油污染时．可以获得比较精确的图像。 • 缺点是不具有全天时(只能在白天)、全天候(不能透过云雾) 的工作能力。 • 适宜于拍摄云图、观测海冰、海岸形态、沿岸流流向、波 浪折射、浅海测深、海岛和浅滩定位、测定海洋水色透明 度及叶绿素含量等。
•
•
红外传感器的特点是：空间分辨率高，大体上接近于可 见光传感器的水平；照片较直观、解译不很难；热红外传 感器具有全天时(即夜间也能工作)的工作能力。缺点是不 能透过云盖米至30厘米之间的电磁波称为微波，工作在这 一波长范围内的传感器称为微波传感器。各种微波辐射计、 微波散射计、雷达高度计、微波测视雷达和合成孔径雷达 都属于微波传感器。 • 微波有其特定的透射“窗口”。对云层、冰雪、地表植被 有一定的穿透能力；另一方面有水汽和氧的选择带，可以 直接测量大气参数。微波传感器特别适用于海洋，因为海 水是一种导体，微波对海水的导电性能很敏感，可以用微 波测量海水盐度。微波能穿透海冰，所以可以用微波测量 海冰厚度。微波对海面粗糙度也十分敏感．因此可用微波 测量海面风速、风向以及波浪的有关参数， 微波传感器 还可用来测定海面油膜的厚度，以上这些都是可见光和红 外传感器很难胜任的。 • • 微波遥感传感器有无源和有源之分 。
海洋环境监测
•
海洋航运 海洋工程
•
发展趋势
• 海洋遥感技术的出现，使海洋观测系统有了根本 性的转变，目前已逐步转向以卫星遥感为主，辅 以航空遥感、调查船调查、锚泊浮标和岸站系统 的现代海洋观测系统。 • 近20年来，海洋卫星遥感技术发展迅猛异常，并 取得了举世瞩目的成就。现已从实验阶段发展到 业务应用阶段。全世界共发射10多颗专用的海洋 卫星。我国于1998年发射“风云—1(02)”卫 星．其中有3个半通道用于海洋通道；并已立项发 射我国专门的海洋卫星。 • 当前，一个多层、立体、多角度、全方位和全天 候的对地观测网正在形成。
《遥感基本知识》课件
详细描述
遥感技术通过卫星或飞机搭载的传感 器收集地面环境数据，如空气质量指 数、水质参数等，为环境保护部门提 供实时、大范围的环境监测信息。
城市规划
总结词
遥感技术为城市规划提供空间信 息和地理数据支持。
详细描述
在城市规划过程中，遥感数据可 以用于分析城市空间布局、土地 利用变化、城市扩张等方面，为 城市规划决策提供科学依据。
农业管理
总结词
遥感技术有助于农业生产的监测和管理。
详细描述
遥感技术能够实时监测作物生长状况、土壤湿度、病虫害等，为农业生产提供 科学指导，提高农业生产效率和产量。
地质调查
总结词
遥感技术在地质调查中发挥重要作用，可进行矿产资源调查 和地质灾害预警。
详细描述
通过遥感技术获取的地质信息，可以分析矿产分布、地质构 造等信息，同时对地质灾害如滑坡、泥石流等进行预警，减 少灾害损失。
图像分类与识别
监督分类
基于训练样本对遥感图像进行 分类，如支持向量机、决策树
等算法。
非监督分类
利用聚类算法对遥感图像进行 分类，无需预先确定类别。
面ห้องสมุดไป่ตู้对象分类
将遥感图像中的对象作为基本 单元进行分类，具有更高的分 类精度和稳定性。
目标识别
利用计算机视觉技术对遥感图 像中的特定目标进行识别和检
测，如建筑物、车辆等。
04
遥感技术的发展趋势
高光谱遥感
总结词
高光谱遥感技术利用了大量的光谱信息，能够更精确地识别和分类地物，提高了 遥感数据的分辨率和准确性。
详细描述
高光谱遥感技术通过获取地物在不同光谱波段的反射和辐射信息，能够识别出更 多的地物特征和属性。这种技术能够提供更丰富的地物信息，有助于更好地理解 地球表面的生态系统和环境变化。
遥感技术通过卫星或飞机搭载的传感 器收集地面环境数据，如空气质量指 数、水质参数等，为环境保护部门提 供实时、大范围的环境监测信息。
城市规划
总结词
遥感技术为城市规划提供空间信 息和地理数据支持。
详细描述
在城市规划过程中，遥感数据可 以用于分析城市空间布局、土地 利用变化、城市扩张等方面，为 城市规划决策提供科学依据。
农业管理
总结词
遥感技术有助于农业生产的监测和管理。
详细描述
遥感技术能够实时监测作物生长状况、土壤湿度、病虫害等，为农业生产提供 科学指导，提高农业生产效率和产量。
地质调查
总结词
遥感技术在地质调查中发挥重要作用，可进行矿产资源调查 和地质灾害预警。
详细描述
通过遥感技术获取的地质信息，可以分析矿产分布、地质构 造等信息，同时对地质灾害如滑坡、泥石流等进行预警，减 少灾害损失。
图像分类与识别
监督分类
基于训练样本对遥感图像进行 分类，如支持向量机、决策树
等算法。
非监督分类
利用聚类算法对遥感图像进行 分类，无需预先确定类别。
面ห้องสมุดไป่ตู้对象分类
将遥感图像中的对象作为基本 单元进行分类，具有更高的分 类精度和稳定性。
目标识别
利用计算机视觉技术对遥感图 像中的特定目标进行识别和检
测，如建筑物、车辆等。
04
遥感技术的发展趋势
高光谱遥感
总结词
高光谱遥感技术利用了大量的光谱信息，能够更精确地识别和分类地物，提高了 遥感数据的分辨率和准确性。
详细描述
高光谱遥感技术通过获取地物在不同光谱波段的反射和辐射信息，能够识别出更 多的地物特征和属性。这种技术能够提供更丰富的地物信息，有助于更好地理解 地球表面的生态系统和环境变化。
海洋遥感概述
NASA使用MODIS在2000年11月对全球海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的观测
图中红色代表高浓度，绿色代表中等浓度，蓝色代表 低浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿 素浓度，故被称为“海中沙漠”。
赤潮监测
利用HY-1A卫星资料进行海洋赤潮监测是HY-1A卫星的重要任务之一，通 过对海洋赤潮的监测，展示HY-1A卫星在海洋环境监测中的应用能力，为 我国海洋防灾减灾服务。对2002年6月15日、9月3日发生在渤海、华东 沿海和黄海赤潮进行监测，得到赤潮发生的地理位置和区域大小数据， 为海洋环境保护管理提供了科学依据。
对于海洋研究的重要性
• 海洋观测难度大，因此更依赖于卫星 遥感观测 • 在全球气候变化、大洋环流、赤潮监 测等多个领域具有重要作用 • 发展前景看好，对于考研以及今后的 个人发展具有重要意义。
我国的海洋遥感
• 2002年5月15日，中国第一颗海洋卫星 （“海洋一号A”）在太原卫星发射中心由 长征火箭发射升空，结束了中国没有海洋 卫星的历史。 • 2007年4月11日，装备更为精良的“海洋一 号B”卫星，由长征二号丙运载火箭在太原 卫星发射中心成功发射升空。 • 2011年8月16日，中国在太原卫星发射中心 用“长征四号乙”运载火箭，将中国第一 颗海洋动力环境监测卫星“海洋二号”成 功送入太空。
资源开发：二十一世纪是海洋的世纪，海洋蕴藏着巨大的资源与能源，
人类早已经认识到占地球表面70.8％的海洋对人类的作用和重要性。开发利 用海洋资源，日益成为国际竞争的重要领域。
人们预测，二十一世纪人类社会的经济发展将更加依赖海洋实际价值的利 用，海洋经济将会以更高的速度发展，人类在充分开发利用海洋的同时，更 加重视海洋资源和环境的保护以求持续发展，这是海洋事业发展的总趋势。
海洋科学认知—海洋遥感
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
气象数据监测
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
欧洲航天局Envisat卫星于4月22日拍到这张 墨西哥湾海面漂浮泄漏原油的照片，如图所示， 黑色的原油带距离路易斯安那州并不远。
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
4月25日，浮油面积扩大并发出微光
(MODIS)
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
在这张摄于4月28日的航空照片上，墨西哥 湾海面某处形成一条“原油河”。
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
海洋表面现象监测
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
其他应用实例介绍
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
舌状Байду номын сангаас角洲 人工截
流
黄河三角洲在上世纪六七十年代发现了丰厚的油 气资源，成为了我国第二大石油基地—胜利油田。 但是油田的勘探开发也随之带来周边沙环咀境的变化， 我们利用3S技术对黄河三角洲河口进行动态监测与 预报。
➢遥感概述 ➢海洋遥感概述 ➢海洋卫星 ➢应用实例
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
海洋遥感的应用
➢ 海洋渔业方面 ➢ 海洋水色环境监测 ➢ 海表温度监测 ➢ 海洋灾害监测与预报 ➢ 气象数据监测 ➢ 海洋表面现象监测
第六章海洋测绘3
绝对重力测量 测定重力场中一点的绝对重力值，一 般采用动力法。主要利用两种原理，一种是自由落体原理 （伽利略1590) ；另一种是摆的原理(惠更斯 1673)。这两 种原理一直沿用至今。近几年来由于激光干涉系统和高稳定 度频率标准的出现，使自由落体下落距离和时间的测定精度 大大提高，所以许多国家又采用激光绝对重力仪进行绝对重 力测量，其测定精度可达几个微伽。
N
X Dr Y I
H E
F
Z
F H2 Z2 H N2 E2 Z F sin I H F cosI X H cosD E H sin D
通常利用拖曳于工作船后的质子旋进式磁力仪 或磁力梯度仪，对海洋区域的地磁场强度数据进行 采集，将观测值减去正常磁场值，并作地磁日变校 正后得到磁异常。
PROTON4
特征 •灵敏度高（１Ｇｍ） •探知范围广（最大450ｍ） •探测状况通过声音通知和液晶表示 •最大拖航速度8.5节 价格:$10,995.
PULSE12
•探知范围7.3ｍ •探测状况通过声音通知和液晶表示 •最大拖航速度5.2节 价格:$7,995.
§6.2.8 海洋水文测量
海洋水文测量是观测海水物理、动力学参数的 测量活动。海洋水文要素主要包括：海水温度、 盐度、密度、海流、潮汐、潮流、波浪等。
§6.2.7 海洋磁力测量
是测量海上地磁要素的工作。海底下的地层是由不 同的岩性地层组成。不同的岩性具有不同的导磁率和 磁化率，因而产生不同的磁场，在正常磁场背景下出 现磁异常。
主要采用海洋核子旋进磁力仪或海洋磁力梯度仪， 探测海底的磁力分布，发现构造引起的磁力异常。
海洋磁力测量主要目的是寻找石油、天然气有关的 地质构造和研究海底的大地构造。此外，海洋工程测 量中，为查明施工障碍和危险物体，如沉船、管线、 水雷等，也常进行磁力测量发现磁性体。
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F H2 Z2 H N2 E2 Z F sin I H F cosI X H cosD E H sin D
通常利用拖曳于工作船后的质子旋进式磁力仪 或磁力梯度仪，对海洋区域的地磁场强度数据进行 采集，将观测值减去正常磁场值，并作地磁日变校 正后得到磁异常。
PROTON4
特征 •灵敏度高（１Ｇｍ） •探知范围广（最大450ｍ） •探测状况通过声音通知和液晶表示 •最大拖航速度8.5节 价格:$10,995.
PULSE12
•探知范围7.3ｍ •探测状况通过声音通知和液晶表示 •最大拖航速度5.2节 价格:$7,995.
§6.2.8 海洋水文测量
海洋水文测量是观测海水物理、动力学参数的 测量活动。海洋水文要素主要包括：海水温度、 盐度、密度、海流、潮汐、潮流、波浪等。
§6.2.7 海洋磁力测量
是测量海上地磁要素的工作。海底下的地层是由不 同的岩性地层组成。不同的岩性具有不同的导磁率和 磁化率，因而产生不同的磁场，在正常磁场背景下出 现磁异常。
主要采用海洋核子旋进磁力仪或海洋磁力梯度仪， 探测海底的磁力分布，发现构造引起的磁力异常。
海洋磁力测量主要目的是寻找石油、天然气有关的 地质构造和研究海底的大地构造。此外，海洋工程测 量中，为查明施工障碍和危险物体，如沉船、管线、 水雷等，也常进行磁力测量发现磁性体。
海洋参数的遥感反演
两种卫星高度计
①雷达高度计：发射和接收海面返回的微波
②激光高度计：发射和接收海面返回的激光
我国神舟飞船留轨舱携带的是激光高度计
国外卫星通常携带的是雷达高度计
Satellite (Altimeter)
Launch
Funded by
Frequency (GHz)
Altitude (km)
Footprint for calm surface (km) 8
高度计测高误差(续)
③ 电离层的折射率对电磁波传播速度影响带来的误差 电离层内的 自由电子能够减缓电磁波传播速度，可以用电离层折射率的实 部n‘表示，这将影响从卫星到海面的距离R的计算。
④ 对流层的折射率对电磁波传播速度影响带来的误差
⑤ 海浪造成的粗糙海面带来的电磁波偏差 海浪造成的粗糙海面也带来误差。波谷处反射的高度计雷达信 号要比在波峰处反射的多，因此返回能量的中值对应于平均海 平面偏向波谷侧，导致高度计所测海表面高度偏低。
11.海平面（sea level）
12.海平面高度（sea level height） 13.海平面异常（sea level anomaly）
1.距离（Range）、地球等势面（Geop）
①距离是指卫星到海洋表面的距离。
c t R 2
式中c——电磁波的传播速度 R——距离（range） ②地球等势面（geop）的位势等于常数，所以被称为等势面。 ③因为水汽会减缓电磁波在大气中的传播速度，所以卫星携 带微波辐射计同时测量大气中的“垂程水汽含量” ，以便为 高度计的测量数据做大气校正。 ④高度计对海平面高度的测量精度依赖于对距离（range）的 测 量 精 度 ， T/P 卫 星 对 距 离 和 海 平 面 高 度 的测 量 精 度都 是 2.4cm。
遥感第六章 海洋水色观测
第六章海洋水色观测(Ocean Color Observation Using Visible Light)§6.1 简介(General Introduction)§6.1.1 卫星和传感器(satellites & sensors)能够进行水色遥感的卫星传感器有：美国宇航局于1997年发射的海星卫星（SeaStar）上装载的8波段的宽视场海洋观测传感器（SeaWiFS），1997年发射的地球观测系统卫星（EOS-AM，TERRA）和2002年发射的地球观测系统卫星（EOS-PM，AQUA）上装载的36波段的中等分辨率成像光谱仪（MODIS），日本于1996-1997年运行的高级地球观测卫星（ADEOS）上装载的海洋水色和温度传感器（OCTS），中国于2002年发射的海洋一号（HY-1）上装载的中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）和美国于1978-1983年运行的雨云（Nimbus）卫星上装载的沿岸带水色扫描仪（CZCS）等。
我国海洋卫星（HY-1）上装载的中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）与美国的宽视场海洋观测传感器（SeaWiFS）的波段宽度和位置都很接近。
它们可用于探测日间云况及对海面表面绘图，并进一步研究包括海洋初级生产力、旋涡、羽状悬浮物、浅水暗礁、赤潮、极冰、无冰水道、冰的运动、内波在海表面的表现、表面流的边界和云的移动等海洋现象。
SeaWiFS的业务管理部门提供给用户13种资料产品，这些产品是●叶绿素-a浓度(Chlorophyll-a concentration)，单位[mg/m3]●波长490 nm辐射的漫衰减系数(Diffuse attenuation coefficient at 490 nm)，单位 [m-1]●悬浮物浓度(Suspended matter concentration)●气溶胶指数(Aerosol index)●波长865 nm辐射的气溶胶光学厚度(Aerosol optical thickness at 865 nm)●云覆盖部分(Cloud fraction)●海面荧光(Ocean surface fluorescence)●溶解有机物的吸收系数(Dissolved detritus absorption coefficient)●颗石藻覆盖部分(Coccolithophore fraction)，无量纲●毛状藻覆盖部分(Trichodesmium fraction），无量纲●粒子后向散射系数(Particulate backscatter coefficient)，无量纲●植物光合作用活动指数(Photo-synthetically active radiation)●标准化的不同陆地植被指数(Normalized difference land vegetation index)我国国家卫星海洋应用中心也制作了关于中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）资料的类似产品，包括6种离水辐射率（412、443、490、510、555和670波段）、3种气溶胶辐射（670、750和865波段）、叶绿素a浓度分布、海表面温度分布、CZCS色素浓度、第7和8波段气溶胶辐射比、气溶胶光学厚度（865波段）、悬浮泥沙含量分布和漫衰减系数等共16种。
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• CMOD1-12模式函数 • CMOD-IFR2模式函数
模式函数一般采用统计 的方法经验获得。
Ku波段的模式函数
C波段的模式函数
2020/4/26
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14
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式-常用：
Φ为相对方位角，为风 向和雷达方位角之差。
0 U, , a0 U, a1U, cos a2 U, cos2
-
4
6.1 概述
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向)
a0 0u 0d 2 0c / 4
a1 0u 0d / 2
a2 0u 0d 2 0c / 4
风速、入射角和极 化方式的函数。
下标0u、0d和0c分别表示逆风、顺风和横风时观
2020/4/2测6 的后向散射系-数。
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
可见，后向散射系数随摩擦风速u线性增长。
2020/4/26
-
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（3）海面高度z处风速的计算：（Monin-Obukhow方程）
U(z)uskua[ln zz0)((z Lz0)]
us为海面风速，ka为Karman常数（常取0.4），z0可用 经验关系式表达，ψ为考虑大气稳定性的修正值，L为M-O 长度。
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• C波段 – 本质是简化的Morre模型
• 1999年QuikSCAT卫星的SeaWinds散射计提高了测量 精度。
目前测量风速范围在4～24m/s，精度为±2m/s或10％，风向
2020/4/2范6 围0～360°，精度- ±20 °。
6
6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
微波散射计（Ku波段和C波段的微波散射计）通 过测量海面微波后向散射系数，根据它与海面风矢量 的经验模式函数来反演海面风场。
之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
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6.2 微波散射计测量海面风场
1.发展历史
• 1966年Morre教授提出散射计测量海面风场的概念。
• 1973年Skylab卫星S-193散射计和1978年Seasat-A卫星 SASS散射计的成功经验证实了该技术的有效性。
• 1991年ESA的ERS-1卫星上装载了主动微波探测仪，使 卫星散射计风场测量进入业务化监测的新纪元。
Φ为相对方位角，与风向
0f(U,,...,,i) 和雷达观测方位角有关。
试验基础上，已获得后向散射截面与风矢量之 间具有如下关系：
Ar( U 1aco b sco 2 )s
2020/4/26
式- 中系数根据经验确定，取决于入射角θ。13
6.2 微波散射计测量海面风场
※ 模式函数研究进展
• SASS-1模式函数 • SASS-2模式函数 • NSCAT-1模式函数 • NSCAT-2模式函数 • QSCAT-1模式函数 • Ku-2001模式函数
入射角和风向固定时，后向散射截面随风速的变化
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
风速固定时，后向散射系数随相对方位角的变化
2020/4/26
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• Ku波段 - Morre模式
微波散射计的入射角一般大于20度，散射计测量 海面风场以Bragg共振散射模型和双尺度模型为主。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（1）雷达后向散射系数的计算： 0 G(402)23ARw4p(PPtr0)
（2）单位面积后向散射系数的Bragg表达：
0 22 co 1 /2 s s1 /i 2n c4 o g is ( j)1 /2 ( u 1 k g ) 1 /2
常规资料主要通过船舶、海上浮标、沿岸和岛屿气 象台站来测量获得，难以满足宏观、实时海洋监测的需 要，卫星遥感技术起到了非常重要的补充作用。
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6.1 概述
2.海面风场遥感测量的波段与传感器
• 可见光、红外遥感方法 • 微波散射计 • 微波辐射计 • 高度计 • SAR
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海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2020/4/26
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第六章 海面风场遥感
概述 微波散射计测量海面风场 SAR获取海面风场信息 其它方法测量海面风速
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6.1 概述
1.海面风场测量的意义
海面风场测量对于海洋环境数值预报、海洋灾害监 测、海气相互作用、气象预报、气候研究等都具有重要 意义。
0 a 1 U 1 a 2 U 2co a 3 s U 3c2 os
• Ku波段 - Wentz（SASS-II模式）
0A 0A 1co sA 2co 2 s
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A0 a0Ua0
A 1(a1a1loU g )A 0
A 2(a2a2loU g )A 0
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6.2 微波散射计测量海面风场
可见，后向散射系数与海面风速具有较大相关性。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（4）后向散射系数与风向之间的关系：
在风速固定的条件下，后向散射系数在逆风观测
时最大，顺风其次，而横风最小。
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（1）反演步骤
• 计算归一化后向散射系数，并获得不同视角天线 对同一区域的观测；
• 利用风矢量与归一化后向散射系数之间的关系， 进行风速和风向估计；
• 多个可能风矢量解模糊性的消除。
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-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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海面风场微波散射计测量流程
2020/4/26
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式 一般情况下，风矢量反演模式表达为：
模式函数一般采用统计 的方法经验获得。
Ku波段的模式函数
C波段的模式函数
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式-常用：
Φ为相对方位角，为风 向和雷达方位角之差。
0 U, , a0 U, a1U, cos a2 U, cos2
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6.1 概述
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向)
a0 0u 0d 2 0c / 4
a1 0u 0d / 2
a2 0u 0d 2 0c / 4
风速、入射角和极 化方式的函数。
下标0u、0d和0c分别表示逆风、顺风和横风时观
2020/4/2测6 的后向散射系-数。
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
可见，后向散射系数随摩擦风速u线性增长。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（3）海面高度z处风速的计算：（Monin-Obukhow方程）
U(z)uskua[ln zz0)((z Lz0)]
us为海面风速，ka为Karman常数（常取0.4），z0可用 经验关系式表达，ψ为考虑大气稳定性的修正值，L为M-O 长度。
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• C波段 – 本质是简化的Morre模型
• 1999年QuikSCAT卫星的SeaWinds散射计提高了测量 精度。
目前测量风速范围在4～24m/s，精度为±2m/s或10％，风向
2020/4/2范6 围0～360°，精度- ±20 °。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
微波散射计（Ku波段和C波段的微波散射计）通 过测量海面微波后向散射系数，根据它与海面风矢量 的经验模式函数来反演海面风场。
之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
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6.2 微波散射计测量海面风场
1.发展历史
• 1966年Morre教授提出散射计测量海面风场的概念。
• 1973年Skylab卫星S-193散射计和1978年Seasat-A卫星 SASS散射计的成功经验证实了该技术的有效性。
• 1991年ESA的ERS-1卫星上装载了主动微波探测仪，使 卫星散射计风场测量进入业务化监测的新纪元。
Φ为相对方位角，与风向
0f(U,,...,,i) 和雷达观测方位角有关。
试验基础上，已获得后向散射截面与风矢量之 间具有如下关系：
Ar( U 1aco b sco 2 )s
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式- 中系数根据经验确定，取决于入射角θ。13
6.2 微波散射计测量海面风场
※ 模式函数研究进展
• SASS-1模式函数 • SASS-2模式函数 • NSCAT-1模式函数 • NSCAT-2模式函数 • QSCAT-1模式函数 • Ku-2001模式函数
入射角和风向固定时，后向散射截面随风速的变化
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
风速固定时，后向散射系数随相对方位角的变化
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• Ku波段 - Morre模式
微波散射计的入射角一般大于20度，散射计测量 海面风场以Bragg共振散射模型和双尺度模型为主。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（1）雷达后向散射系数的计算： 0 G(402)23ARw4p(PPtr0)
（2）单位面积后向散射系数的Bragg表达：
0 22 co 1 /2 s s1 /i 2n c4 o g is ( j)1 /2 ( u 1 k g ) 1 /2
常规资料主要通过船舶、海上浮标、沿岸和岛屿气 象台站来测量获得，难以满足宏观、实时海洋监测的需 要，卫星遥感技术起到了非常重要的补充作用。
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6.1 概述
2.海面风场遥感测量的波段与传感器
• 可见光、红外遥感方法 • 微波散射计 • 微波辐射计 • 高度计 • SAR
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海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
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第六章 海面风场遥感
概述 微波散射计测量海面风场 SAR获取海面风场信息 其它方法测量海面风速
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6.1 概述
1.海面风场测量的意义
海面风场测量对于海洋环境数值预报、海洋灾害监 测、海气相互作用、气象预报、气候研究等都具有重要 意义。
0 a 1 U 1 a 2 U 2co a 3 s U 3c2 os
• Ku波段 - Wentz（SASS-II模式）
0A 0A 1co sA 2co 2 s
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A0 a0Ua0
A 1(a1a1loU g )A 0
A 2(a2a2loU g )A 0
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6.2 微波散射计测量海面风场
可见，后向散射系数与海面风速具有较大相关性。
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6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（4）后向散射系数与风向之间的关系：
在风速固定的条件下，后向散射系数在逆风观测
时最大，顺风其次，而横风最小。
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（1）反演步骤
• 计算归一化后向散射系数，并获得不同视角天线 对同一区域的观测；
• 利用风矢量与归一化后向散射系数之间的关系， 进行风速和风向估计；
• 多个可能风矢量解模糊性的消除。
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-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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海面风场微波散射计测量流程
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3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式 一般情况下，风矢量反演模式表达为：