海洋遥感监测技术-大连海事大学海洋环境监测技术课件

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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。

在一个标准大气压下的电导比（R15），从而得到了盐度-氯度
的新的关系式和盐度-相对电导率的关系式，又称为1969年电 导盐度定义： S‰=0.030+1.8050Cl‰ S‰=0.08996+28.29720R15+12.80832R152-
10.67869R153+5.98624R154-1.32311R155
4.3 气候模式
气候模式已经成为研究人员更好地认识海洋温度变
化可信赖的研究工具。学者们用13个数值气候模式开展 的研究表明，模式和观测得到的变率的明显差异，可以 用观测覆盖和仪器以及火山效应加以解释。
图 NASA的Aqua卫星上搭载的日本国家空间开 发局的 AMSR-E 传感器在2003年8月27日给出 的全球海表面温度。

i 0
s
i/2 b i RT
式中第二项为温度修订项，系数a与公式中的相同，系数b分别为：
b0=0.0005，b1=-0.0056，b2=-0.0066，b3=-0.0375，b4=-0.0636， b5=-0.0144，
b i =-0.0000.,K=0.0162(-2℃≤T≤35℃)
5.2 盐度的测量
物理方法：分为比重法、折射法、电导法三种。
• 比重法测量：即一个大气压下，单位体积海水的重量与同温
度同体积蒸馏水的重量之比。由于海水比重和海水密度密切相 关，而海水密度又取决于温度和盐度，所以比重计的实质是： 从比重求密度，再根据密度、温度求盐度。 • 折射率法是通过测量水质的折射率来确定盐度。
上两种方法误差较大、准确度不高、操作复杂、不利于仪器配
表层指海表面以下1m以内水层。
底层规定如下：水深不足50m时，底层为离底2m的水层；

后在海岸带与滩涂资源调查、海洋环境监测、海
冰观测、海洋气象预报、海洋渔场分析、大尺度
海洋现象研究和基础理论工作中进行了遥感技术 的试验。 其中台风跟踪、海冰遥感和海洋环境污染航 空遥感监测已进入实用阶段。
通过卫星遥感获得数据 , 再结合海洋水温
水深、海流、海底地形、盐度、溶解氧等海洋
要素的电磁波特性，可以对海底地形、海洋水
海洋卫星遥感与常规海洋调查手段相比的优点： 1）不受地理位置、天气和人为条件的限制，可以覆盖地理 位置偏远、环境条件恶劣的海区及由于政治原因不能直接去 进行常规调查的海区。卫星遥感是全天时的，其中微波遥感 是全天候的。 2）卫星遥感能提供大面积的海面图像，每个像幅的覆盖面 积达上千平方公里，对海洋资源普查、大面积测绘制图及污
光和近红外的光谱信息来提取海洋的
叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质以及其 它污染物质等水色因子，为海洋环境 监测与海洋资源开发服务。
2. 遥感技术分类
遥感按常用的电磁谱段不同分为可见光遥感、 红外遥感、多谱段遥感、紫外遥感和微波遥感。
根据使用的遥感平台不同，遥感通常分为航天 遥感、航空遥感和卫星遥感。
航空遥感：泛指从飞机、气球、飞艇等空中平台对地面 感测的遥感技术系统。 航天遥感：利用各种空间飞行器为平台的遥感技术系统。 它以地球人造卫星为主体，包括载人飞船、航天飞机和空 间站等。 卫星遥感：用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。
术。
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。
常规的海洋观测手段时空尺度有局

海洋监测项目与分析技术方法
1
2.1 海区监测项目与分析方法
• 水文气象 水文气象监测包括气温、气压、风向、风速、简 易天气现象、水温、水、水色、透明度、海况。
2
水温
温度反映海水热状况的物理量。海洋水温变化-2℃—30℃之间。 海水温度是海洋水文状况中最重要的因子之一，常作为研究水团性 质，描述水团运动的基本指标。研究海水温度的时空分布及变化规 律，不仅是海洋学的重要内容，而且对气象、航海、捕捞业和水声 等学科也很重要。
8
表2.2 海洋沉积物监测项目与分析方法
序号 1 2 3 4 5 项目 总汞 铜 铅 镉 六六六 分析方法 冷原子吸收法 原子吸收法 原子吸收法 原子吸收法 气相色谱法
6
7 8 9 10 11
DDT
多氯联苯 油类 有机质 硫化物 粒度
气相色谱法
气相色谱法 紫外分光光度法、荧光分光 光度法 重铬酸钾氧化-还原容量法 碘量法 粒度计法、沉积法、筛析法
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 项目 pH值 盐度 溶解氧 化学需氧量 活性磷酸盐 亚硝酸盐-氮 硝酸盐-氮 铵-氮 总汞 铜 铅 镉 油类 多氯联苯 悬浮物 砷 总有机碳 叶绿素a 类大肠菌群与异养群 有毒藻类 总磷 其他难降解有机化合物 分析方法 pH计法 盐度计法 碘量分析法 碱性高锰酸钾法 磷钼盐分光光度法 盐酸萘乙二胺比色法 镉柱还原比色法或锌镉还原法 靛酚蓝分光光度法、纳氏试剂比色法 冷原子吸收法 原子吸法、极谱法 原子吸法、极谱法 原子吸法、极谱法 紫外分光光度法、荧光分光光度法 气相色谱法 重量法 无火焰原子吸收分光光度法 过硫酸钾氧化法、总有机碳测定仪法 荧光分光光度法 发酵法 显微镜形态鉴定直接计数法 过硫酸钾氧化法 色-质谱联用法

现场勘察.污染源及历史调查
工业污染源调查
水体污级染调查
生物学调查
监测项目确立与方法的设计的确立
制定监测方法
水样底质等的采集、保存和预处理
海洋污染物的监测
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（1）现场勘查与和污染调查
1.工业污染源调查
（1）工矿、企业的自然条件。 （2）生产原料及产品种、性质等 （3）污染历史与治理状况； （4）污染物的种类，性质及排污量。
透明度 溶解氧 化学需氧量 pH值 氨氮 硝酸盐
亚硝酸盐
活性磷酸盐
硅酸盐 汞（Hg）
目视法
碘量法
碱性高锰酸钾法
pH计法 次溴酸盐氧化法 镉柱法或锌镉还
原法 盐酸萘乙二胺分
光光度法 磷钼蓝分光光度
法 硅钼黄法
原子荧光光度法
GB17387.4 GB17387.4 GB17387.4 GB17387.4 GB17387.4 GB17387.4
风速风向仪 测定法
GB
12763.2—91
测深仪法 或 测 深 绳 GB12763.2—91 风向 法
风速风向仪 测定法
GB
12763.2—91
目视法 GB17378.41998 气温
干湿球温度 计测定法
GB 12763.3—91
目视法 GB 12763.2—91 气压
空盒气压表 测定法
GB
12763.3—91
（北深圳市、赣州市、汕头市、惠州市、东莞市、广州市、中山 市、珠海市、江门市、阳江市、广州省茂名市、湛江市）海洋与
渔业环境监测中心
区
广西海洋监测预报
中心
（北海市、钦州市、防城港市）海洋环境监测预测中心
海南省海洋监测预报

在进行监测资料分析时，可采用多元回归、多因子相关 分析和模糊聚类评价等方法。
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2.5 海洋环境质量评价 2.5.1 海洋环境质量评价的内容
由于评价目的和要求的不同、评价的区域环境条件和主要环 境问题的差异，海洋环境质量评价的内容也不相同。一般说来， 海洋环境质量评价工作的基本内容应包括以下几点： （1）污染源的调查与评价。找出主要污染源和主要污染物，污 染物排放方式、途径、特点和规律，为海洋环境质量现状评价 提供科学依据。 （2）海洋环境现状评价。确定海洋环境污染的现状、污染程序、 污染物的时空变化规律。
示为：
PI
1 n
n i1
PI ij
j
① 加权平均型
PI j
1 n
n i1
Wi PI ij
式中：Wi：第i种污染物的权值
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① 向量模（平方和平方根）型
n
PI j
PIi2j
i1
当PIij>1时， PIij2越大；当PIij<1时， PIij2越小，故可突出 大于1的各项污染指数的影响。
①
① 幂指数型
2 海洋监测项目与分析技术方法
1
2.1 海区监测项目与分析方法
2.1.1水文气象 水文气象监测包括气温、气压、风向、风速、简易天气现 象、水温、水深、水色、透明度、海况。
2.1.2 水质监测项目与分析方法 水质监测项目包括pH值、无机物和有机物等。主要分析
项目和分析方法见表2.1。 2.1.3 海洋沉积物监测项目及分析技术方法
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（3）确定评价参数生物权系数。因各评价参数对海洋环境 质量的影响，对生物和人体健康的危害并不等同，不同的 评价参数可赋予不同的权系数。确定权系数的计算方法有 特尔非法、模糊数学法和序列综合法。 （4）环境质量评价数学模式的建立。根据单元污染状况， 运用适当的计算方法，建立完善的、科学的反映环境质量 状况的数学模式。 （5）环境质量的分析，在采用环境质量评价方法时，一般 按计算数值大小划分几个范围或级别来表示其质量的优劣。

４、定点监测 fixed-point monitoring
在固定站点进行常年更短周期的观测。其中包括在岸（岛）边设一固定 采样点，或在固定站附近小范围海区布设若干采样点两种形式观测。
５、应急监测 emergency monitoring 在海上发生有毒有害物质泄放或赤潮等灾害紧急事件时，组织反应快速 的现场观测，或在其附近固定站临时增加的针对性观测。
六、海洋环境监测的分类 *
包括海洋污染监测和海洋环境要素监测。前者包括近岸海域污染监测、污染 源监测、海洋倾废区监测、海洋油污染监测、自 然保护区监测，后者主 要指海洋水文气象要素、生物要素、化学要素和地质要素。
七、海洋环境监测的原则
1、监测对象的选择：毒性大、持久性强、生物富集性高、危害 严重、影响 范围大的污染物。
5、计划的执行 （1）计划经批准后,必须严格执行。若需变动时,要经主管部门批准。 （2）作业中有关航行安全，在制定计划时应予充分考虑。一般在执行任务中，不得 以航行安全为由而任意弃站。遇恶劣天气未能作业的测站应尽可能补齐。 （3）应急监测计划不宜过细，项目负责人或首席科学家在现场有权根据实际情况对 计划进行修改和补充。 （4）常规监测中，发现重要海洋现象或海损事件，技术负责人有权决定跟踪探索， 但必须同时上报主管部门。
五、海洋环境监测的任务***
1、掌握主要污染物的入海量及海洋环境质量； 2、检验海洋环保政策与防治措施的效果； 3、研究、验证污染物转移、扩散模式，预测新增污染物和二次污染对海 洋环境的影响；
4、监控可能发生的主要环境与生态问题，为早期预警提供依据； 5、维护国家权益，进行海洋权益监测； 6、为维护人类健康、维护生态平衡和合理开发利用海洋资源服务。
3、海上作业
（1）项目负责人或首席科学家负责同船长协调海上作业与船舶航行的关系。在 保证安全的前提下，航行应满足监测作业的需要。

叶绿素a、初级生产力、次级生产力
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
（2）优先监测指标 选择方法相对简便，易于推广，对生态环境变化反应相对灵敏， 具有直观性和良好显示度，或者虽相对稳定，但能较好地反映 生态环境变化趋势，以及研究基础较好，便于分析和评价生态 环境状况的指标作为各生态监测站的优先监测指标。
澳大利亚塔斯马尼亚岛海滩，大批鲸鱼集 体搁浅
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
目前对生态监测都强调以下几点：第一，将生态学的原理作 为生态监测的理论基础；第二，监测的对象是生态系统，或者 从广义上来说是生物圈；第三，监测的内容不只局限于环境污 染物的浓度，而着重于人类的各种涉及生态系统所产生的整 体影响和变化。
底栖动物群落 生物量、种类数、优势种及优势度、种类
生物生
丰度
态指标 潮间带生物群落 生物量、种类数、优势种及优势度
微生物
渔业资源 生产力
异样细菌总数、异样细菌属组成、 石油 烃分解细菌数/异样细菌数、弧菌数/异样 细菌数、化能无机菌数/异常细菌数、大 肠杆菌群数、粪大肠杆菌群数
渔获总量、渔获物种类、渔获鱼类年龄组 成、增养殖种类的存活率、肥满度
表8-1
海洋生态监测指标体系
指标系列 指标组
指标
常规水质 pH、悬浮物、总有机碳、浊度、溶解氧、 化学需氧量、生化需氧量

温气象因素和海洋生物进行深入的研究，从宏
观上了解海洋生态系统的动态变化，为海洋研
究提供了新的技术手段，开拓了新的研究领域。
14.2.2 光学遥感在海洋环境监测中应用技术
光学遥感信息在赤潮、溢油监测等方面有突破性进展。
赤潮监测
•从可见光遥感机理出发找到了最佳监测可见光遥感波 段，利用卫星探测到的离水辐射率与水色水温等要素 尝试了离水辐射率多波段差值法，多波段差值比值法， 水色水温综合法和纵向比较法等多种赤潮信息的提取 模式。
“泰罗斯”气 象卫星
海洋卫星类别
海洋水色 卫星 海洋地形 卫星
海洋动力环境 卫星
海洋水色卫星
主要用于探测海洋水色要素，如叶绿素浓度、悬 浮泥沙含量、有色可溶有机物等，此外也可获得浅 海水下地形、海冰、海水污染以及海流等有价值的
信息。美国于1997年8月发射的SeaStar卫星是一
例，此外，还有其他多颗这样的卫星。
14 海洋遥感监测技术
任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。 60年代在航空摄影和判读的基础上随航天 技术和电子计算机技术的发展，逐渐形成了一 种综合性感测技术——遥感技术。
14.1 海洋遥感概述
1. 遥感技术
遥感技术是20世纪60年代兴起的一种不直接与目
标物接触而感知其性质和状态的探测技术，是根据电磁
波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标，从而 对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。
遥感是一种远离目标，通过非直接接触而判定、 测量并分析目标性质的技术。
遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集 地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技
海洋地形卫星
主要用于探测海表面拓扑，即海平面高度的空间
分布。此外，还可探测海冰、有效波高、海面风速和

标准曲线（Standard curve）:标准系列的 测定步骤比样品测定步骤有所简化的校 准曲线。
工作曲线（Working curve）:标准系列的 测定步骤与样品测定步骤完全相同的校 准曲线。
精密度（Precision）:在规定条件下，相 互独立的测试结果之间的一致程度。(精 密度仅依赖于随机误差)
3.3 生物样品
3.3.1 样品的采集 采样位置 采样季节 样品的年龄和大小
3.3.2 采样的现场描述 日期、位置、深度、海区特征、采样方
法、采集的生物种类。 3.3.3 样品的运输——冷冻
提问与解答环节
Questions And Answers
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
准确度（Accuracy）:测试结果与被测量 真值（名义值）或约定真值间的一致程 度。
方法灵敏度（Sensitivity）:反映被测定的 物质量与信号指示量的比率。
检出限（Limit of detection）：指95%的 概率,能定性区别于零的最低浓度或量。
未检出：低于检出限的测定结果。
2.3.4数值修约 ※四舍六入，逢五奇进偶舍。 14.14→14.1 11.1483→11.15 0.3500→0.4
0.4500→0.4 1.0500→1.0 15.4546→15
2.3.5异常值的统计检验 2.3.6显著性检验
2.4 实验室内部分析质量控制
2.4.1分析方法验证（略） 2.4.2分析质量控制图（略）
相对标准偏差（RSD）或叫变异系数（CV） （Relative Standard Deviation）(Coefficient of Variation)：样本标准偏差与样本均值之比。