海洋遥感与浮标观测共44页

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5.4 海洋水色要素浓度反演
（1）叶绿素浓度反演
a.代数法（基于模型的解析算法）
浮游植物色素浓度C的反演：
利用吸收系数：
a( ) aw ( ) f1 ( ) exp( f 2 ( )) C
利用衰减系数：
b( 500 nm) 0.3C 0.62
4.海洋水色遥感的几个基本概念
a. 海洋水体分类
根据Morel等提出的双向分类法，可分为：
- Ⅰ类水体：光学特性主要由浮游植物及其分解物决定；
- Ⅱ类水体：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。
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5.1 概述
综合以上诸式可得：
※遥感反射率：
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r
E d ( ,0 )

Eu ( ,0 ) Q Lu ( ,0 )
Lw

L
(

,
0
)
u
Eu ( ,0 )

R
ti REd ( ,0 ) ti (1 ) R
Lw ( , v )

E0 ( ) cos st ( , s )
常用的经验关系：蓝绿比值经验算法
C A(
Lw (i ) B
)
Lw ( j )
log C log A B log(
Lw (i )
)
Lw ( j )
利用水体随着叶绿素浓度的增大，离水辐射度光谱峰从
蓝波段向绿波段偏移的机理而提出蓝绿比值经验算法。

风速
风向
有效波高 波浪周期
0°~ 360° 10°
0 ~ 20m 2s ~ 20s
1s
0.67s 0.67s
10min
20min 20min
±15 °
±0.5m ±1s
0.1m 1s
潜标
能够在海面以下几十米至几千米的剖面上对海洋环 境进行长期连续的监测，具有全天候的能力，主要 监测要素为海流、水温、盐度、水下噪声和内波等 固定潜标 活动潜标
多云或小雨
SMMR
盐度观测

盐度影响海水的介电常数，从而影响到海水的微 波辐射发射率 遥感测盐技术要求在21cm波段测定发射率，在 8cm波段的微波辐射极少受到介电常数影响，可 以反映现场水温，两通道的微波传感器将能同时 提供盐度和所需的水温观测值
目前航空盐度遥感的反演精度达到0.3psu


雷达散射计 有云层或轻度降水 扫描多道微波辐射 (SMRR)
QuikSCAT观测的东北太平洋海域的风场示例
海浪观测


海面状态的描述可以通过三种形式即有效波高，表面波 动率谱和实际图像来进行 有效波高：范围1~20m，准确度±1m，有效波高±25%
TOPEX/Poseidon高度计星下点测量进行插值 获得的全球范围的有效波高
能在恶劣海况下全天候或全天时工作体积小造价低使用方便适用范围广可在船上或飞机上投放漂流浮标的重要测量要素就是海流要尽可能的降低风对浮标移动的影响观测要素测量范围分辨率采样间隔采样时间系统准确度气压9001050015hpa4s110min1hpa气温405001瞬时瞬时表层次表层水温535016瞬时瞬时05风速040ms1ms1s10min1ms风向360101s10min1520m01m067s20min05m波浪周期2s20s1s067s20min1s能够在海面以下几十米至几千米的剖面上对海洋环境进行长期连续的监测具有全天候的能力主要监测要素为海流水温盐度水下噪声和内波等

• 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。
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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。
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• 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。

（赤潮，油污水中物质组合）（括号中可不记）
22.①吸收系数：
a() lim A()
r0 r
(m1)
（上式各量意义自记） ②散射系数：
b() lim B()
r0 r
(m1)
（上式各量意义自记）
③衰减系数：吸收
系数与散射系数之 和
c() a() b()
(m1)
（上式各量意义自记）
④体散射函数：每单位距离，每单位角度光谱散射比的极限。
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
5.海面粗糙度判据:与波长和入射角有关 6.辐射能量Ｗ：以电磁波形式向外辐射的能量，单位为焦耳（J） 7.辐射通量（Radiant flux、辐射功率）Φ：单位时间内通过某一面的辐射能量，单位是 瓦/微米（W/μm），表示为：Φ=dｗ /dt。 8.总辐射通量：为各波段的和（积分）。 9.辐射通量密度 E′：单位时间内通过单位面积的辐射能量/通过单位面积的辐射通量，表 示为： E′=d Φ/dt，单位是瓦/米 2·微米（W/m 2·μm ）。 10.立体角（Solid angle)：为圆锥体所拦截的球面积σ与半径 r 的平方之比，表示为： Ω
= σ/r2。（单位用球面度（Steradian，简写为 Sr）表示，球面面积为 4πr2 的球， 其立体角为 4π球面度。 ） 11，辐射强度（Radiant intensity）I：是描述点辐射源的辐射特性的，即指点辐射源在 某一方向上单位立体角内的辐射通量，单位是瓦/球面度·微米（W/Sr·μm ）。表示为 ： I=d Φ/dΩ。（辐射强度 I 具有方向性，因此 I(θ)是θ的函数。对于各向辐射同性辐射源， I=

（1）复折射率
n n in
Snell折射定律： n sin 1 / sin 2 c / v
n′表示电磁波在界面处传播速度和方向的变化，
在可见光范围可用折射仪测得； n〞表示电磁波在
介质中传播的衰减程度， n〞=kλ/4π 。
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
1.反射波段(VIS-VNIR)的相互作用机制
（2）海洋辐照度模型
太阳
b. 穿过海面的总下行辐照度模型
Ed ( ,0 ) Edd ( ,0 ) Eds ( ,0 )
大气
Edd ( ,0 ) Edd ( ,0 )(1 d )
d dsp f
1
2
dsp ( v h )
对于零度角入射：
入射角与折射角之和为90度
（入射角53.1度时出现）：
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dsp
与折射率和入射角有关
(n 1) 2
v h
(n 1) 2
dsp
1 (n 1) 2

2 (n 1) 2
2.2 电磁波与海水相互作用机制
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海表
2.2 电磁波与海水相互作用机制
1.反射波段(VIS-VNIR)的相互作用机制
（2）海洋辐照度模型 – a.海面上到达海面的下行辐照度模型
• 到达海面的瑞利散射：
Lr ( ) E0 ( ) cos s toz ( ) t w ( ) to ( ) t aa ( )(1 t r0.95 ) 0.5
Rh


Evi cos n 2 sin 2 cos r sin 2

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。

• 薄卷云的反射率法
• 薄卷云的IR识别法 • 夜间层状低云和雾识别发 • SST合理性检测法 • 气候和相互比较法
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.4 云检测
与AVHRR云检测算法的不同：
(1) 反射率检测
白天使用MODIS1波段 (660nm) 和2波段 (870nm) 数 据。应用阈值和反射率比值法。
卫星海洋遥感导论
An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
武汉大学 遥感信息工程学院
第四章 海洋表面温度遥感
海洋表面温度（sea surface temperature，SST）是一个重要 的海洋环境参数，是海洋环境非常重要的基础信息。几乎所有的 海洋过程，特别是海洋动力过程都直接或间接的与温度有关。
(2) 薄卷云的反射率检测
18波段 (936nm) 和 26波段 (1.375 μm)都位于强水汽 吸收波段的中心。
(3) 空间和时间均匀性检测
在时间均匀性检测方面，特定像元的亮度温度和反射率
与7d前的观测比较，如超过设定阈值，则认为是云。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
白 天 和 夜 晚 强 风 的 情 况
白 天 弱 风 和 强 太 阳 照 射 的 情 况
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
• Ts 和 T11μm在几秒钟内响应蒸发、传导和辐射引起 的平衡变化；
• T10GHZ被黏性过程主导，响应时间尺度是分钟级。 • 在弱风条件下，Tb反应的是一天内水体加热和冷 却的状态时间尺度是数小时；

海洋遥感与浮标观测.
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
END
பைடு நூலகம்
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃

第十七页，共36页。
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
Ku波段 - Wentz（SASS-II模式）
第十八页，共36页。
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
C波段 – 本质是简化的Morre模型
第十页，共36页。
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。
第十一页，共36页。
海面风场微波散射计测量流程
2022/10/11
2022/10/11
第二十三页，共36页。
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（4）实际求解中的最大似然反演法
研究表明，在绝大数情况下，真实的海面风矢量就是最大似然意义上的第一或第二解，而且这两个解之间存在180度的方向差。一般情况下，有60%的最可能风矢量解接近真实风速和风向，大约30%的最可能解与实际真实风向相反。 对此，技术上主要采用中值滤波方法进行多解消除处理。
第六章 海面风场遥感 - 海洋遥感
第一页，共36页。
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
第二页，共36页。
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。 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。

海洋观测装置是一种用于收集海洋数据的设备
• 包括浮标、潜标和水下传感器等 • 可以实时监测海洋环境参数 • 为海洋科学研究提供数据支持
海洋观测装置在海洋科学研究中的作用
海洋观测装置是海洋科学研究的重要工具
• 可以帮助科学家了解海洋环境的变化规律 • 为海洋环境保护和开发提供科学依据 • 有助于预测和防范海洋灾害
海洋观测装置在应用 中面临的挑战
• 海洋观测装置在应用中面临的挑战主要包括以下几个方面 • 高性能设备的研发和制造成本较高 • 在恶劣海况下的观测性能和稳定性有待提高 • 数据处理和分析技术需要进一步完善 • 设备的布放和维护难度较大
海洋观测装置的未来 发展方向
• 海洋观测装置的未来发展方向主要包括以下几个方面 • 发展高性能、低成本的海洋观测装置 • 加强海洋观测装置的智能化和自主化研究 • 完善数据处理和分析技术，提高数据质量 • 拓展海洋观测装置的应用领域，为海洋科学研究和社会经济发 展提供更多支持
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• 潜标在海洋观测中的应用实例较多 • 水文潜标：如全球海洋观测计划（GOOS）中的潜标 • 化学潜标：如全球海洋化学观测计划（GOCAD）中的潜标 • 生物潜标：如海洋生物调查中的潜标 • 多功能潜标：如我国东海海洋观测网中的多功能潜标
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水下传感器的种类、特点与应用
水下传感器的定义与分类
水下传感器是一种用于收集水下环境参数的设备
• 包括温度传感器、盐度传感器、深度传感器等 • 可以与潜标、浮标等设备配合使用 • 为海洋科学研究提供数据支持
水下传感器按照观测功能和原理的不同，可分为以下几类