第十一章海洋卫星遥感
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海洋科学导论思考题
《海洋科学导论》思考题第一章：1、如何理解地球科学是一个复杂的科学体系？2、海洋科学的研究对象和特点是什么？3、海洋科学研究有哪些特点？4、回顾海洋科学发展历史，从中你能够得到哪些启示？5、中国海洋科学发展的前景如何？第二章：1、简述地球运动的主要形式及其产生的重要自然现象。
2、地球外部圈层与内部圈层是怎样划分的？说明它们之间的内在联系和区别。
3、说明全球海陆分布特点以及海洋的划分。
4、什么是海岸带？说明其组成部分是如何界定的。
5、大陆边缘分为几种主要来源？说明各自的构成及其主要特点。
6、什么是大洋中脊体系，它有哪些主要特点？7、简述大陆漂移、海底扩张与板块构造的内在联系与主要区别。
8、根据板块构造原理说明大洋盆地和边缘海盆地的形成与演化。
9、滨海沉积物主要有哪些？说明各自趁机作用的控制因素及沉积特点。
10、大陆架沉积作用过程有哪些？说明现代陆架沉积物的主要来源类型及分布规律。
11、按照大洋沉积物的成因将其分为哪几种主要类型，请归纳它们的分布规律、12、按照矿产资源形成的海洋环境和分布特征，海洋矿产资源有哪些主要类型？如何认识海洋是巨大的资源宝库？第三章：1、简述海水组成与纯水的异同点。
何谓海水盐度？2. 简述海水的主要热学与力学性质，它们与温度、盐度和压力的关系如何?3. 何谓海水的位温？有何实用价值？4. 简述海水密度的表示方法（历史上和现在的）。
何谓海水状态方程？5. 海水结冰与淡水结冰的过程有何不同？为什么？6. 海冰的主要物理性质是什么？海冰对海况有何影响？7. 海洋热平衡方程中各项的物理含义是什么？它们是怎样对海洋的热状况产生作用的？8. 世界大洋热平衡的分布与变化规律如何？9. 简述世界大洋中温度、盐度和密度的空间分布基本特征。
10. 大洋温度和盐度的平面分布与铅直分布有什么异同点？11. 何谓大洋主温跃层和极峰？何谓季节性温跃层？12. 为什么大洋热带海域盐度的最大与最小值总是出现在表层以下？13. 何谓海洋水团？它和水型、水系有什么关系？14. 何谓海洋混合？引起混合的主要原因有哪些？15. 涡动混合与对流混合效应有何异同之处？在不同纬度的海域中和不同季节中它们对海况的影响有什么变化与不同？16. 海洋中温度、盐度与密度细微结构的基本特征如何？第四章：1、海水的组成为什么有恒定性？2、海水中的常量元素主要有哪些？3、海水的pH值一般是多少?海水的缓冲能力主要由哪种作用控制？4、海水中营养盐有哪些？有哪些主要形式？5、海洋污染如何防治？第五章：1、简述海流的定义、形成原因及表示方法。
《海洋遥感卫星组网观测仿真系统设计》范文
《海洋遥感卫星组网观测仿真系统设计》篇一一、引言随着科技的飞速发展，海洋遥感技术已经成为我们探索和保护海洋资源的重要手段。
通过高效和准确的遥感技术，我们能够监测到海水的污染程度、海况、海流等多种重要信息。
为此，本文设计了一个海洋遥感卫星组网观测仿真系统，通过仿真分析，以期实现更精确的海洋信息获取和更高效的资源利用。
二、系统设计目标本系统的设计目标主要有以下几点：1. 高效地收集和传输海洋信息，以实现实时的海洋环境监测。
2. 通过卫星组网技术，实现对海洋的全方位、多角度观测。
3. 利用仿真技术，预测和优化海洋遥感卫星的观测效果。
4. 提供一个用户友好的界面，方便用户进行操作和数据分析。
三、系统设计架构本系统主要由以下几个部分组成：卫星组网模块、数据收集与传输模块、数据处理与分析模块以及用户界面模块。
1. 卫星组网模块：该模块负责卫星的定位、组网以及控制。
通过精确的卫星定位和组网技术，实现对海洋的全方位、多角度观测。
2. 数据收集与传输模块：该模块负责从卫星上收集数据，并通过高速数据传输网络将数据传输到数据中心。
3. 数据处理与分析模块：该模块负责对收集到的数据进行处理和分析，包括数据的预处理、数据分析和结果输出等。
4. 用户界面模块：该模块提供了一个用户友好的界面，方便用户进行操作和数据分析。
四、系统设计流程1. 卫星组网：根据观测需求，精确地定位卫星并实现组网。
2. 数据收集与传输：通过卫星传感器收集数据，并利用高速数据传输网络将数据传输到数据中心。
3. 数据处理与分析：对收集到的数据进行预处理，包括去除噪声、校正误差等，然后进行进一步的数据分析和结果输出。
4. 结果输出与展示：将分析结果以图表、报告等形式展示给用户，方便用户进行决策和分析。
五、仿真系统设计为了更准确地预测和优化海洋遥感卫星的观测效果，本系统设计了一个仿真系统。
该仿真系统可以模拟卫星的观测过程，包括卫星的定位、观测角度、观测时间等，从而预测出观测结果。
《海洋遥感卫星组网观测仿真系统设计》范文
《海洋遥感卫星组网观测仿真系统设计》篇一一、引言随着科技的不断进步，海洋遥感技术已经成为研究海洋环境、资源以及生态的重要手段。
为了更有效地进行海洋观测，海洋遥感卫星组网观测仿真系统的设计显得尤为重要。
本文将详细阐述海洋遥感卫星组网观测仿真系统的设计思路、方法及实现过程。
二、系统设计目标海洋遥感卫星组网观测仿真系统的设计目标主要包括以下几点：1. 提高观测效率：通过卫星组网，实现全方位、多角度的海洋观测，提高观测效率。
2. 提升观测精度：利用遥感技术，提高海洋环境、资源及生态的观测精度。
3. 实时数据处理：对收集到的遥感数据进行实时处理，为科研、监测及预报提供支持。
4. 系统可扩展性：系统设计应具备可扩展性，以适应未来技术发展和需求变化。
三、系统设计思路海洋遥感卫星组网观测仿真系统的设计思路主要包括以下几个方面：1. 卫星组网设计：根据观测需求，选择合适的卫星进行组网，实现全方位、多角度的海洋观测。
2. 数据采集与传输：通过卫星遥感技术，采集海洋环境、资源及生态的相关数据，并将数据传输至地面接收站。
3. 数据处理与分析：对收集到的遥感数据进行预处理、图像分析和信息提取，为科研、监测及预报提供支持。
4. 系统仿真：通过仿真技术，模拟卫星组网观测过程，评估系统性能及可行性。
四、系统设计方法1. 卫星选型与组网：根据观测需求，选择合适类型的卫星进行组网，如光学卫星、雷达卫星等。
2. 数据采集与传输技术：采用高分辨率遥感技术，实现高精度的海洋观测数据采集。
同时，利用先进的通信技术，将数据实时传输至地面接收站。
3. 数据处理与分析技术：采用图像处理、信息提取及数据分析等技术，对收集到的遥感数据进行处理和分析。
4. 系统仿真技术：利用仿真软件，模拟卫星组网观测过程，评估系统性能及可行性。
同时，对仿真结果进行优化，以提高系统性能。
五、系统实现过程1. 系统需求分析：根据实际需求，确定系统功能、性能及可靠性等要求。
海洋遥感（OceanicRemoteSensing）
海洋遥感（OceanicRemoteSensing）第十一章海洋遥感(OceanicRemoteSensing)概述（Summary）一、海洋遥感及空间海洋观测历史背景(Backgroundofremotesensingandspatialoceanobservation)：1.1957年苏联发射第一颗人造卫星(man-madesatellite)。
1960年NASA （NationalAeronauticsandSpaceAdministration，美国宇航局）发射了第一颗电视与红外(infrared)观测卫星。
1961年美国水星(Aqua)计划。
1973年Skylab证实了可见光(visiblelight)和近红外(nearinfrared)遥感对地球连续观测的能力。
1975年GEOS-3卫星高度计(SatelliteAltimeter)。
2.NOAA(NationalOceanicandAtmosphericAdministration，美国海洋大气局)1972-1976发射NOAA-1，2，3，4，5卫星，装载了红外扫描辐射计(infraredscatteringradiometer)和微波辐射计(microwaveradiometer)，估计海表温度(seasurfacetemperature)、大气温度(atmospheretemperature)、湿度剖面(moistureprofile)。
1978NASA发射了三颗卫星，喷气动力实验室（JPL）研制的SeasatAGoddard空间飞行中心（GSFC）研制的TIROS-N和Nimbus-7卫星3.SeasatA海洋实验卫星装载了微波辐射计SMMR微波高度计(MicrowaveAltimeter)RA、微波散射计(MicrowaveScatterometer)SASS、合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar)SAR、可见红外辐射计VIRR5种传感器，提供的海洋信息：SST、海面高度、海面风场、海浪(seawave)、海冰、海底地形、风暴潮(stormsurges)、水汽(vapour)和降雨(precipitation)等。
《海洋遥感卫星组网观测仿真系统设计》范文
《海洋遥感卫星组网观测仿真系统设计》篇一一、引言随着科技的飞速发展，海洋遥感技术已经成为研究海洋环境、资源及生态的重要手段。
海洋遥感卫星组网观测仿真系统设计，旨在通过集成多颗遥感卫星的数据，实现对海洋环境的全面、实时、动态监测。
本文将详细阐述海洋遥感卫星组网观测仿真系统的设计思路、技术实现及未来应用前景。
二、系统设计目标本系统设计的主要目标是实现以下功能：1. 集成多颗海洋遥感卫星数据，提高观测精度和覆盖范围；2. 构建仿真系统，对海洋环境进行实时动态监测；3. 提供数据可视化界面，方便用户快速获取观测信息；4. 具备数据存储、处理和分析功能，为海洋科学研究提供支持。
三、系统架构设计本系统采用分层设计的思路，主要包括数据采集层、数据处理层、数据存储层和应用层。
1. 数据采集层：负责从多颗海洋遥感卫星中采集数据，包括光谱数据、雷达数据等。
2. 数据处理层：对采集的数据进行预处理、校正、融合等操作，提高数据质量和可用性。
3. 数据存储层：将处理后的数据存储到数据库中，方便后续查询和分析。
4. 应用层：提供数据可视化界面、数据处理和分析功能，以及与其他系统的接口。
四、技术实现1. 数据采集：采用卫星通信技术，实现多颗卫星数据的同步采集和传输。
2. 数据处理：利用遥感图像处理算法，对采集的数据进行预处理、校正和融合。
3. 数据存储：采用分布式数据库技术，实现海量数据的存储和管理。
4. 数据可视化：通过开发Web GIS系统，实现数据的可视化展示和交互操作。
5. 系统接口：提供标准的数据接口，方便与其他系统进行数据交换和共享。
五、系统功能实现1. 数据同步：实现多颗卫星数据的同步采集和传输，保证数据的时效性和准确性。
2. 动态监测：通过仿真系统对海洋环境进行实时动态监测，包括海面风浪、海流、水温等参数的监测。
3. 数据可视化：通过Web GIS系统，实现数据的可视化展示和交互操作，方便用户快速获取观测信息。
第十一章：卫星海洋遥感
NOAA-3 visible range VHRR image of Hurricanes Ione (left) and Kirsten (right.) The rare effect of two interacting hurricanes is termed the Fujiwhara effect. Photo Date: 1974 August 24 1749 GMT
第十一章：卫星海洋遥感
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
海洋科学导论 11.1.3
§ 11.1
概述（引言）
卫星海洋遥感系统
3.数据传输 星载传感器通常产生测量电压或频率信号，然后进行数据编 码，大部分情况下以数字信号的形式传输到地面接收站。在采用 二进制编码中，一般用0～255或0～1023或0～2047对辐射扫描数 据进行数字化处理，每个象元要求8bit、10bit或12bit。 数据接收站
第十一章 ： 卫星海洋遥感
第十二章 ： 中国近海区域海洋学
复习考试 ：
6学时
4学时
第十一章：卫星海洋遥感
海洋科学导论
主 要 内 容：
§11.1 引言 §11.2 卫星海表温度遥感
§11.3 海色卫星遥感
§11.4 微波高度计
§11.5 微波散射计
§11.6 星载合成孔径雷达
第十一章：卫星海洋遥感
第十一章：卫星海洋遥感
海洋科学导论 11.1.2
§ 11.1
概述（引言）
海洋遥感及空间海洋观测历史背景
1960年4月NASA （美国宇航局）发射了第一颗电视与红外 观测卫星（TIROS－I ）。随后发射的TIROS－II卫星开始涉 及海温观测；
1960年4月NASA 发射了第一颗电视与红外观测卫星（TIROS－I ）
海洋学导论
图4-4 世界主要海上石油 运输路线（Clark，1989）
图4-5表明了海上溢油的分解过程。其中较轻的组分挥发了；水溶性组分 溶于海水；最重要部分——不溶性残渣乳化为小球，最终沉入海底或冲到海岸， 被缓慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取决于生物的种类和溢油的地区。
图4-5 海上溢油的分解过程（Spears，1974）
海水中的溶解有机物十分复杂，主要是它与金属能形成稳定络合物。
图4－1 海水的化学组成 （Thurman，1997）
海水的成分分类（P110） ①主要成分 海水中浓度>1mg/kg的成分 （提示：教材中1×10-6 mg/kg有误） Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Cl- SO4- Br- HCO3-(CO32-) F- H3BO3占盐份总量的99.9%
天然放射系--4n+2系
天然放射系--4n+3系
天然放射系----(4n)系
人工放射系-- 4n+1系
4.1.4 海洋化学污染物 (P120)
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接由人类向大洋和河口 排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命 （如鱼类）的现象。
Stumm（1975）把海水中的微量金属元素按照粒子大小分为七种形式见图4-3。
二、海水的氧化还原电位
海水的氧化还原电位,是控制金属污染物溶存形式的主要因素之一。用于定
量分析重金属在海水中氧化还原转化。
当海水是一个氧化还原的平衡体系，相对电对氧化－还原平衡的半电池反
应为： 电极电位可以表示为
aox+ne—→ared
上述这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动 和总盐度的变化对其影响都不大，所包含的13种元素称为保守元素。
图4-5表明了海上溢油的分解过程。其中较轻的组分挥发了；水溶性组分 溶于海水；最重要部分——不溶性残渣乳化为小球，最终沉入海底或冲到海岸， 被缓慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取决于生物的种类和溢油的地区。
图4-5 海上溢油的分解过程（Spears，1974）
海水中的溶解有机物十分复杂，主要是它与金属能形成稳定络合物。
图4－1 海水的化学组成 （Thurman，1997）
海水的成分分类（P110） ①主要成分 海水中浓度>1mg/kg的成分 （提示：教材中1×10-6 mg/kg有误） Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Cl- SO4- Br- HCO3-(CO32-) F- H3BO3占盐份总量的99.9%
天然放射系--4n+2系
天然放射系--4n+3系
天然放射系----(4n)系
人工放射系-- 4n+1系
4.1.4 海洋化学污染物 (P120)
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接由人类向大洋和河口 排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命 （如鱼类）的现象。
Stumm（1975）把海水中的微量金属元素按照粒子大小分为七种形式见图4-3。
二、海水的氧化还原电位
海水的氧化还原电位,是控制金属污染物溶存形式的主要因素之一。用于定
量分析重金属在海水中氧化还原转化。
当海水是一个氧化还原的平衡体系，相对电对氧化－还原平衡的半电池反
应为： 电极电位可以表示为
aox+ne—→ared
上述这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动 和总盐度的变化对其影响都不大，所包含的13种元素称为保守元素。
海洋遥感技术与应用
海洋遥感技术与应用海洋遥感技术是一种通过卫星、飞机等远距离传感器获取海洋信息的技术手段，通过对海洋表面、海洋底部以及海洋大气等不同要素的监测和分析，可以为海洋科研、资源开发利用、环境监测等提供重要数据支持。
海洋遥感技术的应用领域涵盖广泛，涉及海洋资源调查、海洋环境监测、海洋灾害预警等多个方面，对于推动海洋事业的发展具有重要意义。
一、海洋遥感技术的原理和方法海洋遥感技术是利用卫星、飞机等平台搭载的传感器对海洋区域进行观测和监测，通过接收、记录和解译传感器所获取的电磁波信号，获取海洋表面、海洋底部以及海洋大气等不同要素的信息。
海洋遥感技术主要包括微波遥感、红外遥感、激光遥感等多种手段，其中微波遥感在海洋遥感中具有重要地位，可以实现对海洋表面风场、海温、海冰、海洋色彩等参数的监测。
二、海洋遥感技术在海洋资源调查中的应用海洋遥感技术在海洋资源调查中发挥着重要作用，可以实现对海洋渔业资源、海洋能源资源、海洋矿产资源等的监测和评估。
通过遥感技术，可以实现对海洋渔业资源的动态监测，及时掌握渔业资源的分布和数量，为渔业生产提供科学依据。
同时，海洋遥感技术还可以用于海洋油气资源的勘探和开发，通过对海洋地质构造和沉积物的遥感监测，为海洋油气资源的勘探提供数据支持。
三、海洋遥感技术在海洋环境监测中的应用海洋遥感技术在海洋环境监测中也具有重要意义，可以实现对海洋水质、海洋生态环境、海洋污染等方面的监测和评估。
通过遥感技术，可以实现对海洋水质参数如叶绿素浓度、浮游植物种类等的监测，及时发现海洋环境变化和异常情况。
此外，海洋遥感技术还可以用于监测海洋生态系统的变化，保护海洋生物多样性，维护海洋生态平衡。
四、海洋遥感技术在海洋灾害预警中的应用海洋遥感技术在海洋灾害预警中扮演着重要角色，可以实现对海洋台风、海啸、赤潮等灾害事件的监测和预警。
通过遥感技术，可以实现对海洋气象要素如风速、风向、海浪高度等的监测，及时预警海洋台风等极端天气事件。
海洋科学导论思考题
《海洋科学导论》思考题第一章：1、如何理解地球科学是一个复杂的科学体系？2、海洋科学的研究对象和特点是什么？3、海洋科学研究有哪些特点？4、回顾海洋科学发展历史，从中你能够得到哪些启示？5、中国海洋科学发展的前景如何？第二章：1、简述地球运动的主要形式及其产生的重要自然现象。
2、地球外部圈层与内部圈层是怎样划分的？说明它们之间的内在联系和区别。
3、说明全球海陆分布特点以及海洋的划分。
4、什么是海岸带？说明其组成部分是如何界定的。
5、大陆边缘分为几种主要来源？说明各自的构成及其主要特点。
6、什么是大洋中脊体系，它有哪些主要特点？7、简述大陆漂移、海底扩张与板块构造的内在联系与主要区别。
8、根据板块构造原理说明大洋盆地和边缘海盆地的形成与演化。
9、滨海沉积物主要有哪些？说明各自趁机作用的控制因素及沉积特点。
10、大陆架沉积作用过程有哪些？说明现代陆架沉积物的主要来源类型及分布规律。
11、按照大洋沉积物的成因将其分为哪几种主要类型，请归纳它们的分布规律、12、按照矿产资源形成的海洋环境和分布特征，海洋矿产资源有哪些主要类型？如何认识海洋是巨大的资源宝库？第三章：1、简述海水组成与纯水的异同点。
何谓海水盐度？2. 简述海水的主要热学与力学性质，它们与温度、盐度和压力的关系如何?3. 何谓海水的位温？有何实用价值？4. 简述海水密度的表示方法（历史上和现在的）。
何谓海水状态方程？5. 海水结冰与淡水结冰的过程有何不同？为什么？6. 海冰的主要物理性质是什么？海冰对海况有何影响？7. 海洋热平衡方程中各项的物理含义是什么？它们是怎样对海洋的热状况产生作用的？8. 世界大洋热平衡的分布与变化规律如何？9. 简述世界大洋中温度、盐度和密度的空间分布基本特征。
10. 大洋温度和盐度的平面分布与铅直分布有什么异同点？11. 何谓大洋主温跃层和极峰？何谓季节性温跃层？12. 为什么大洋热带海域盐度的最大与最小值总是出现在表层以下？13. 何谓海洋水团？它和水型、水系有什么关系？14. 何谓海洋混合？引起混合的主要原因有哪些？15. 涡动混合与对流混合效应有何异同之处？在不同纬度的海域中和不同季节中它们对海况的影响有什么变化与不同？16. 海洋中温度、盐度与密度细微结构的基本特征如何？第四章：1、海水的组成为什么有恒定性？2、海水中的常量元素主要有哪些？3、海水的pH值一般是多少?海水的缓冲能力主要由哪种作用控制？4、海水中营养盐有哪些？有哪些主要形式？5、海洋污染如何防治？第五章：1、简述海流的定义、形成原因及表示方法。
(完整版)海洋遥感总结
4.海洋遥感传感器及其应用（重点）
5.海洋遥感的应用（论述题）（重点） （1）海表温度遥感 海表温度是重要的海洋环境参数，如在海洋渔业中的应用(利用海温与海况信息来分析渔场 形成、渔期的迟早、渔场的稳定性等，可用于寻找渔场)。 主要采用热红外波段和微波波段的信息进行海表温度的遥感反演。 （2）海洋水色遥感 利用海洋水色遥感图像得到的离水辐射率,来反映相关联的水色要素如叶绿素浓度、悬浮泥 沙含量、可溶有机物含量等信息。 利用可见光、红外多光谱辐射计就可给出赤潮全过程的位置、范围、水色类型、海面磷酸盐 浓度变化以及赤潮扩散漂移方向等信息,以便及时采取措施加以控制。 （3）海洋动力遥感观测 风力、波浪、潮流等是塑造海洋环境的动力，可以通过遥感技术获得。 海洋风力的监测有助于台风、大风预报和波浪预报； 海浪观测可以通过 SAR 反演波浪方向谱，或通过动力模式来解决表面波场问题； 采用雷达高度计可观测潮流或潮汐。 （4）海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量 可通过卫星高度计确定海洋水准面（±20cm），通过测量雷达发射脉冲与海面回波脉冲之间 的延时而得到高度计天线离海面的距离；通过遥感绘制海图和测量近岸水深； 水下地形的 SAR 图像为亮暗相间的条带，利用这个关系可定量获取水下地形信息。 （5）海洋污染监测 利用遥感技术可以监测进入海洋中的陆源污染水体的迁移、扩散等动态变化，还能探测石油 污染（如测定海面油膜的存在、油膜扩散的范围、油膜厚度及污染油的种类）。 （6）海冰监测 海冰是海洋冬季比较严重的海洋灾害之一，海冰遥感能确定不同类型的冰及其分布，从而提 供准确的海冰预报。SAR 具有区分海水和海冰的能力，可准确获得海冰的覆盖面积；并且可 以区分不同类型的海冰以及海冰的运动信息。热红外与其它的微波传感器也是获得海冰定量 资料的有效手段。
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• 上述三颗卫星构成了海洋卫星的三部曲，它标志着卫星海洋遥感新纪元的 开始，并反映了可见光、红外、微波海洋遥感的概貌。
• 11.1.2卫星海洋遥感系统
•
一、空间平台及轨道
• 装载传感器的空间运载工具称为空间平台，它
包括人造卫星、宇宙飞船、天空实验室等。卫星
作为海洋遥感的空间平台，除安装传感器外，还
• 这个数据集的工作平台在离地球800～1000km的卫星上，与传统的船 舶、浮标数据相比，具有以下无可比拟的优点：
• (1)大面积同步测量，且具有很高或较高的空间分辨率。可满足区域 海洋学研究乃至全球变化研究的需求。20世纪后期国际海洋界执行和 参与的大型研究计划，如世界气候研究计划(WCRP)，热带海洋与全 球大气研究计划(TOGA)，世界大洋环流实验(WOCE)，全球海洋通量 联合研究计划(JGOFS)，海岸带海陆相互作用计划(LOICZ)等，都采 用了卫星海洋遥感所提供的数据集。
有如下设备：电源、热控制器、方位控制器、数
据处理系统等。电源通常采用太阳能电池，并与
蓄电池相连以提供夜间能源。热控制器为保证传
感器及其它电子装置正常工作。方位控制器用于
控制空间平台的方位，例如极轨卫星，必须控制
其缓慢自转并使卫星的同一侧面保持朝下并指向
地心。假设地球是形状规则、密度均匀的正球体，
仅考虑地球引力，则卫星按椭圆轨道运行，地球
第十一章 卫星海洋遥感
11.1 引言
•
11.1.1卫星海洋遥感及空间海洋观测历史背景
•
卫星海洋遥感，或称空间海洋学，是利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理，
从卫星平台观测和研究海洋的分支学科。它属于多学科交叉的新兴学科，其内容涉及
物理学、海洋学和信息学科，并与空间技术、光电子技术、微波技术、计算机技术、
• 其次，卫星海洋遥感为海洋观测和研究提供了一个崭新的数据集。 这个数据集之大，超过百余年来船舶与浮标数据的总和。这个数据集 覆盖了相当部分海洋环境参数和信息，包括海表温度、大气水汽、叶 绿素浓度、悬移质浓度、DOM浓度、海洋初级生产力、海洋光学参 数、大气气溶胶、海平面高度、大地水准面、海流、重力异常、海洋 降雨、有效波高、海浪方向谱、海面白帽、内波、浅海地形、海面风 场、海面油膜、海面污染、CO2海/气交换等方面。
• TIROS—N上装载高级甚高分辨率辐射计AVHRR和TIROS业务化垂直探测 器TOVS。NOAA于1981年推出MCSST卫星海表温度业务化反演算法。因此， TIROS—N奠定了卫星海表温度进入气象、海洋业务化预报的基础。它实际 上是NOAA—6及其后发射的NOAA极轨系列卫星的样机。
• Nimbus—7装载了7台传感器，其中多通道扫描微波辐射计SMMR和沿岸带 海色扫描仪CZCS与海洋观测有关。CZCS专用于海色测量，它奠定了海色卫 星遥感的基础。1978—1986年间CZCS提供了8年的全球海色图象以及海洋 次表层叶绿素浓度参数。
• 1969年NASA在Williams大学召开研讨会，推动了1973年Skylab航天器和1975年 GEOS—3卫星高度计的发展。地球实验海洋卫星GEOS—3主要用于测量卫星至海面的 距离。天空实验室Skylab航天器同时证实了可见光和近红外遥感对地球进行连续观测 的潜力。以此为基础，NASA研制了一系列高分辨率多光谱扫描仪。这些扫描仪装载在 Landsat系列卫星上沿用至今，除陆地信息外，提供了有关河口和沿岸水域的海色及浑 浊度信息。同时，美国海洋大气局(NOAA)在1970年1月发射改进型TIROS卫星，在 1972—1976年发射NOAA—1,2,3,4,5卫星，这些卫星装载了红外扫描辐射计和微波辐 射计，用以估计海表温度和大气温度、湿度剖面，主要用于气象学研究。
• 11.1.3卫星遥感对海洋科学研究的价值
• 卫星海洋遥感是海洋科学的一个新的分支学科。它是物理学、信息科 学和海洋科学三门学科交叉的产物，其理论基础为电磁波与海洋、大 气的相互作用以及海洋/大气辐射传递。卫星海洋遥感涉及广阔的电磁 波范围，包括可见光、红外和微波。可见光遥感利用太阳光源，红外 遥感利用海面热辐射，微波遥感分为海面微波辐射被动源和星载微波 雷达主动源。将来，激光可能成为星载主动源。卫星海洋遥感的研究 内容包括物理机制、海洋卫星传感器方案、反演理论和模型、图象处 理与信号处理、卫星数据海洋学应用、海洋GIS等。值得注意的是， 卫星海洋遥感对于海洋的观测和研究不仅限于船舶与浮标所测量的参 数以及在此基础上所得出的海洋学规律，卫星海洋遥感还开辟了一个 新的考虑问题的视角。
• (2)可满足动态观测和长期监测的需求。90年代，各国海洋卫星计 划已构成10～20年时间尺度的连续观测，以满足海洋环境业务化监测 和气候研究的迫切要求。
• (3)实时或准实时性。可满足海洋动力学观测和海洋环境预报的需求。 目前，卫星对于同一海域的观测时间间隔为半小时至一个月。
• (4)卫星资料不仅具有大面积同步测量的特点，同时具有自动求面积 平均值的特点，尤其适用于数值模型的检验和改进。卫星资料在海洋 数值模式中的数据同化是当今的前沿研究课题之一。
• (5)卫星观测可以涉及船舶、浮标不易抵达的海区。
• 第三，卫星海洋遥感多传感器资料可推动 海洋科学交叉学科研究的发展。卫星海洋
遥感各种传感器所提供的海洋环境参数和
信息，涉及海洋动力学、海洋生物学、海
岸带、全球变化、海气相互作用、海洋通 量、海洋生态学等。90年代以来，国际上 的海洋卫星计划提供了多传感器同步应用
的条件。这样，不仅推动了卫星海洋遥感
自身的深入发展，同时，推动了卫星海洋
遥感与各海洋学分支的交叉研究以及海洋 学各分支学科的交叉研究。
• 11.1.4 90年代的海洋卫星计划
•
1991年ERS—1卫星发射成功，它被称
为90年代海洋卫星计划的先驱。其上装载
即从电磁场到物质性质或地球物理性质的逆运算。从卫星平台观测海洋，海洋信息经 过复杂的海洋/大气系统而被星载传感器接收，然后再传输到卫星地面站。被动遥感(可 见、红外、微波)的反演问题，主要是消除信息传输过程中海洋/大气的影响。主动遥感 (微波为主)的反演问题，主要是从微波与海面相互作用中提取海洋信息。 • 海洋信息往往比陆地信息小2～3个量级，并且海洋属于动态环境，因此，海洋卫星 资料的反演问题更为复杂和重要。反演方法有准解析、数值模拟、统计回归或以上几 种的结合。反演方法和模式有适用于全球的，也有适用于区域的。后者一般比前者有 高的反演精度。
• 五、图象处理与数据处理
• 卫星海洋遥感图象处理与数据处理的程序框图如图11— 2所示。其中，从卫星数据反演海洋环境参数的细节将在 下面各节涉及。其它部分的细节需要参考有关计算机图象 处理、信号处理、模式识别方面的书籍。
• 六、海洋卫星资料的反演 • 所谓卫星资料的反演，是指从卫星原始数据获得定量海洋环境参数的数学物理方法，
• 四、卫星地面接收站
• NOAA卫星地面接收站遍及各地和各部门，在中国和国 际上有许多产品。NOAA卫星地面接收站如图11—1所示。 相对来说，其价格较低。
• 值得一提的是，由于海洋是动态环境，原则上所有数据 都应归档，因此，卫星海洋遥感的数据存档对数据库、图 象库、海洋GIS的研究提出了新课题。
•
• 1978年美国NASA发射了三颗卫星，为海洋观测和研究提供了一种崭新的技 术手段。这三颗卫星是：喷气动力实验室(JPL)研制的SeasatA卫星，God－ dard空间飞行中心(GSFC)研制的TIROS—N和Nimbus—7卫星。它们充分展 现了卫星对海洋的监测能力。
• 第一颗海洋实验卫星SeasatA上装载了微波辐射计SMMR、微波高度计RA、 微波散射计SASS、合成孔径雷达SAR、可见红外辐射计VIRR等5种传感器。 提供的海洋信息包括海表温度、海面高度、海面风场、海浪、海冰、海底地 形、风暴潮、水汽和降雨等。虽因电源故障，SeasatA寿命仅为108天，却获 得极其宝贵的大量的海洋信息。因此，SeasatA被称为卫星海洋遥感的里程 碑。
• 三、数据传输 • 星载传感器通常产生测量电压或频率信号，然后进行数据编码。大
部分情况下以数字信号的形式传输到地面接收站。在采用二进制编码 中，一般用0～255或0～1023或0～2047对辐射扫描数据进行数字化 处理，每个象元要求8bit、10bit或12bit。由于海洋信息往往比陆地低 许多，因此，对于专为海洋应用的传感器，可将数字化数据的最大值 和最小值限制在一定范围内，在给定数据传输率的条件下，提高传感 器的输出准确度。对于非扫描式传感器，由于其测量频率较低，可以 在提高数据传输率的同时，尽可能提高数据分辨率。对于扫描式传感 器，其数据几乎是连续产生，则须在采样率、数字化间隔及数据传输 率之间求得平衡。一般情况下传感器自身还产生少量校准信号，例如 标准黑体信号，使传感器的输出能够精确的加以校正。此外，卫星还 提供相关的位置、方位、环境参数以及电源本身的辅助信息。在设计 数模控制器时，产生一个与某一固定输入电压相对应的数字化数据作 为测试扫描信号的校准数据。在扫描传感器中，每个扫描数列都配有 这种校准数据。这些信号都随数据流一起传输到地面接收站。
位于椭圆的一个焦点上。
• 二、卫星传感器 • 目前用于海洋观测的所有卫星传感器，均根据电磁辐射原理获取海
洋信息。遥感技术采用的电磁波包括可见光、红外、微波。其中，可 见光谱范围在0.4～0.7μm，红外波谱在1～100μm，微波波段在0.3～ 100GHz。传感器按工作方式可分为主动式和被动式。被动传感器如 可见红外扫描辐射计，微波辐射计等；主动式如微波高度计、微波散 射计、合成孔径雷达等。 • 卫星传感器的种类很多，目前用于海洋研究的传感器主要有： • ①海色传感器：主要用于探测海洋表层叶绿素浓度、悬移质浓度、 海洋初级生产力、漫射衰减系数以及其他海洋光学参数。 • ②红外传感器：主要用于测量海表温度。 • ③微波高度计：主要用于测量平均海平面高度、大地水准面、有效 波高、海面风速、表层流、重力异常、降雨指数等。 • ④微波散射计：主要用于测量海面10m处风场。 • ⑤合成孔径雷达：主要用于探测波浪方向谱、中尺度涡旋、海洋内 波、浅海地形、海面污染以及海表特征信息等。 • ⑥微波辐射计：主要用于测量海面温度、海面风速以及海冰水汽含 量、降雨、CO2海—气交换等。
• 11.1.2卫星海洋遥感系统
•
一、空间平台及轨道
• 装载传感器的空间运载工具称为空间平台，它
包括人造卫星、宇宙飞船、天空实验室等。卫星
作为海洋遥感的空间平台，除安装传感器外，还
• 这个数据集的工作平台在离地球800～1000km的卫星上，与传统的船 舶、浮标数据相比，具有以下无可比拟的优点：
• (1)大面积同步测量，且具有很高或较高的空间分辨率。可满足区域 海洋学研究乃至全球变化研究的需求。20世纪后期国际海洋界执行和 参与的大型研究计划，如世界气候研究计划(WCRP)，热带海洋与全 球大气研究计划(TOGA)，世界大洋环流实验(WOCE)，全球海洋通量 联合研究计划(JGOFS)，海岸带海陆相互作用计划(LOICZ)等，都采 用了卫星海洋遥感所提供的数据集。
有如下设备：电源、热控制器、方位控制器、数
据处理系统等。电源通常采用太阳能电池，并与
蓄电池相连以提供夜间能源。热控制器为保证传
感器及其它电子装置正常工作。方位控制器用于
控制空间平台的方位，例如极轨卫星，必须控制
其缓慢自转并使卫星的同一侧面保持朝下并指向
地心。假设地球是形状规则、密度均匀的正球体，
仅考虑地球引力，则卫星按椭圆轨道运行，地球
第十一章 卫星海洋遥感
11.1 引言
•
11.1.1卫星海洋遥感及空间海洋观测历史背景
•
卫星海洋遥感，或称空间海洋学，是利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理，
从卫星平台观测和研究海洋的分支学科。它属于多学科交叉的新兴学科，其内容涉及
物理学、海洋学和信息学科，并与空间技术、光电子技术、微波技术、计算机技术、
• 其次，卫星海洋遥感为海洋观测和研究提供了一个崭新的数据集。 这个数据集之大，超过百余年来船舶与浮标数据的总和。这个数据集 覆盖了相当部分海洋环境参数和信息，包括海表温度、大气水汽、叶 绿素浓度、悬移质浓度、DOM浓度、海洋初级生产力、海洋光学参 数、大气气溶胶、海平面高度、大地水准面、海流、重力异常、海洋 降雨、有效波高、海浪方向谱、海面白帽、内波、浅海地形、海面风 场、海面油膜、海面污染、CO2海/气交换等方面。
• TIROS—N上装载高级甚高分辨率辐射计AVHRR和TIROS业务化垂直探测 器TOVS。NOAA于1981年推出MCSST卫星海表温度业务化反演算法。因此， TIROS—N奠定了卫星海表温度进入气象、海洋业务化预报的基础。它实际 上是NOAA—6及其后发射的NOAA极轨系列卫星的样机。
• Nimbus—7装载了7台传感器，其中多通道扫描微波辐射计SMMR和沿岸带 海色扫描仪CZCS与海洋观测有关。CZCS专用于海色测量，它奠定了海色卫 星遥感的基础。1978—1986年间CZCS提供了8年的全球海色图象以及海洋 次表层叶绿素浓度参数。
• 1969年NASA在Williams大学召开研讨会，推动了1973年Skylab航天器和1975年 GEOS—3卫星高度计的发展。地球实验海洋卫星GEOS—3主要用于测量卫星至海面的 距离。天空实验室Skylab航天器同时证实了可见光和近红外遥感对地球进行连续观测 的潜力。以此为基础，NASA研制了一系列高分辨率多光谱扫描仪。这些扫描仪装载在 Landsat系列卫星上沿用至今，除陆地信息外，提供了有关河口和沿岸水域的海色及浑 浊度信息。同时，美国海洋大气局(NOAA)在1970年1月发射改进型TIROS卫星，在 1972—1976年发射NOAA—1,2,3,4,5卫星，这些卫星装载了红外扫描辐射计和微波辐 射计，用以估计海表温度和大气温度、湿度剖面，主要用于气象学研究。
• 11.1.3卫星遥感对海洋科学研究的价值
• 卫星海洋遥感是海洋科学的一个新的分支学科。它是物理学、信息科 学和海洋科学三门学科交叉的产物，其理论基础为电磁波与海洋、大 气的相互作用以及海洋/大气辐射传递。卫星海洋遥感涉及广阔的电磁 波范围，包括可见光、红外和微波。可见光遥感利用太阳光源，红外 遥感利用海面热辐射，微波遥感分为海面微波辐射被动源和星载微波 雷达主动源。将来，激光可能成为星载主动源。卫星海洋遥感的研究 内容包括物理机制、海洋卫星传感器方案、反演理论和模型、图象处 理与信号处理、卫星数据海洋学应用、海洋GIS等。值得注意的是， 卫星海洋遥感对于海洋的观测和研究不仅限于船舶与浮标所测量的参 数以及在此基础上所得出的海洋学规律，卫星海洋遥感还开辟了一个 新的考虑问题的视角。
• (2)可满足动态观测和长期监测的需求。90年代，各国海洋卫星计 划已构成10～20年时间尺度的连续观测，以满足海洋环境业务化监测 和气候研究的迫切要求。
• (3)实时或准实时性。可满足海洋动力学观测和海洋环境预报的需求。 目前，卫星对于同一海域的观测时间间隔为半小时至一个月。
• (4)卫星资料不仅具有大面积同步测量的特点，同时具有自动求面积 平均值的特点，尤其适用于数值模型的检验和改进。卫星资料在海洋 数值模式中的数据同化是当今的前沿研究课题之一。
• (5)卫星观测可以涉及船舶、浮标不易抵达的海区。
• 第三，卫星海洋遥感多传感器资料可推动 海洋科学交叉学科研究的发展。卫星海洋
遥感各种传感器所提供的海洋环境参数和
信息，涉及海洋动力学、海洋生物学、海
岸带、全球变化、海气相互作用、海洋通 量、海洋生态学等。90年代以来，国际上 的海洋卫星计划提供了多传感器同步应用
的条件。这样，不仅推动了卫星海洋遥感
自身的深入发展，同时，推动了卫星海洋
遥感与各海洋学分支的交叉研究以及海洋 学各分支学科的交叉研究。
• 11.1.4 90年代的海洋卫星计划
•
1991年ERS—1卫星发射成功，它被称
为90年代海洋卫星计划的先驱。其上装载
即从电磁场到物质性质或地球物理性质的逆运算。从卫星平台观测海洋，海洋信息经 过复杂的海洋/大气系统而被星载传感器接收，然后再传输到卫星地面站。被动遥感(可 见、红外、微波)的反演问题，主要是消除信息传输过程中海洋/大气的影响。主动遥感 (微波为主)的反演问题，主要是从微波与海面相互作用中提取海洋信息。 • 海洋信息往往比陆地信息小2～3个量级，并且海洋属于动态环境，因此，海洋卫星 资料的反演问题更为复杂和重要。反演方法有准解析、数值模拟、统计回归或以上几 种的结合。反演方法和模式有适用于全球的，也有适用于区域的。后者一般比前者有 高的反演精度。
• 五、图象处理与数据处理
• 卫星海洋遥感图象处理与数据处理的程序框图如图11— 2所示。其中，从卫星数据反演海洋环境参数的细节将在 下面各节涉及。其它部分的细节需要参考有关计算机图象 处理、信号处理、模式识别方面的书籍。
• 六、海洋卫星资料的反演 • 所谓卫星资料的反演，是指从卫星原始数据获得定量海洋环境参数的数学物理方法，
• 四、卫星地面接收站
• NOAA卫星地面接收站遍及各地和各部门，在中国和国 际上有许多产品。NOAA卫星地面接收站如图11—1所示。 相对来说，其价格较低。
• 值得一提的是，由于海洋是动态环境，原则上所有数据 都应归档，因此，卫星海洋遥感的数据存档对数据库、图 象库、海洋GIS的研究提出了新课题。
•
• 1978年美国NASA发射了三颗卫星，为海洋观测和研究提供了一种崭新的技 术手段。这三颗卫星是：喷气动力实验室(JPL)研制的SeasatA卫星，God－ dard空间飞行中心(GSFC)研制的TIROS—N和Nimbus—7卫星。它们充分展 现了卫星对海洋的监测能力。
• 第一颗海洋实验卫星SeasatA上装载了微波辐射计SMMR、微波高度计RA、 微波散射计SASS、合成孔径雷达SAR、可见红外辐射计VIRR等5种传感器。 提供的海洋信息包括海表温度、海面高度、海面风场、海浪、海冰、海底地 形、风暴潮、水汽和降雨等。虽因电源故障，SeasatA寿命仅为108天，却获 得极其宝贵的大量的海洋信息。因此，SeasatA被称为卫星海洋遥感的里程 碑。
• 三、数据传输 • 星载传感器通常产生测量电压或频率信号，然后进行数据编码。大
部分情况下以数字信号的形式传输到地面接收站。在采用二进制编码 中，一般用0～255或0～1023或0～2047对辐射扫描数据进行数字化 处理，每个象元要求8bit、10bit或12bit。由于海洋信息往往比陆地低 许多，因此，对于专为海洋应用的传感器，可将数字化数据的最大值 和最小值限制在一定范围内，在给定数据传输率的条件下，提高传感 器的输出准确度。对于非扫描式传感器，由于其测量频率较低，可以 在提高数据传输率的同时，尽可能提高数据分辨率。对于扫描式传感 器，其数据几乎是连续产生，则须在采样率、数字化间隔及数据传输 率之间求得平衡。一般情况下传感器自身还产生少量校准信号，例如 标准黑体信号，使传感器的输出能够精确的加以校正。此外，卫星还 提供相关的位置、方位、环境参数以及电源本身的辅助信息。在设计 数模控制器时，产生一个与某一固定输入电压相对应的数字化数据作 为测试扫描信号的校准数据。在扫描传感器中，每个扫描数列都配有 这种校准数据。这些信号都随数据流一起传输到地面接收站。
位于椭圆的一个焦点上。
• 二、卫星传感器 • 目前用于海洋观测的所有卫星传感器，均根据电磁辐射原理获取海
洋信息。遥感技术采用的电磁波包括可见光、红外、微波。其中，可 见光谱范围在0.4～0.7μm，红外波谱在1～100μm，微波波段在0.3～ 100GHz。传感器按工作方式可分为主动式和被动式。被动传感器如 可见红外扫描辐射计，微波辐射计等；主动式如微波高度计、微波散 射计、合成孔径雷达等。 • 卫星传感器的种类很多，目前用于海洋研究的传感器主要有： • ①海色传感器：主要用于探测海洋表层叶绿素浓度、悬移质浓度、 海洋初级生产力、漫射衰减系数以及其他海洋光学参数。 • ②红外传感器：主要用于测量海表温度。 • ③微波高度计：主要用于测量平均海平面高度、大地水准面、有效 波高、海面风速、表层流、重力异常、降雨指数等。 • ④微波散射计：主要用于测量海面10m处风场。 • ⑤合成孔径雷达：主要用于探测波浪方向谱、中尺度涡旋、海洋内 波、浅海地形、海面污染以及海表特征信息等。 • ⑥微波辐射计：主要用于测量海面温度、海面风速以及海冰水汽含 量、降雨、CO2海—气交换等。