基礎(chǔ)海洋學(xué)第10章-遙感

1、基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 海海 洋洋 學(xué)學(xué)Fundamental Oceanography第十章第十章 海洋衛(wèi)星遙感海洋衛(wèi)星遙感 第一節(jié)第一節(jié) 引言引言一、衛(wèi)星海洋遙感一、衛(wèi)星海洋遙感n 衛(wèi)星海洋遙感衛(wèi)星海洋遙感，或稱空間海洋，或稱空間海洋學(xué)，是利用電磁波與大氣和海洋學(xué)，是利用電磁波與大氣和海洋相互作用原理，從衛(wèi)星平臺(tái)觀測(cè)相互作用原理，從衛(wèi)星平臺(tái)觀測(cè)和研究海洋的分支學(xué)科。它屬于和研究海洋的分支學(xué)科。它屬于多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，其內(nèi)容多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，其內(nèi)容涉及物理學(xué)、海洋學(xué)和信息學(xué)科，涉及物理學(xué)、海洋學(xué)和信息學(xué)科，并與空間技術(shù)、光電子技術(shù)、微并與空間技術(shù)、光電子技術(shù)、微波技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)波技術(shù)

2、、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)密切相關(guān)。密切相關(guān)。n 衛(wèi)星海洋遙感是近海洋科學(xué)取衛(wèi)星海洋遙感是近海洋科學(xué)取得重大進(jìn)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。得重大進(jìn)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。第一節(jié)第一節(jié) 引言引言二、衛(wèi)星海洋遙感系統(tǒng)二、衛(wèi)星海洋遙感系統(tǒng)n 1 1、空間平臺(tái)（人造衛(wèi)星）及運(yùn)行軌道、空間平臺(tái)（人造衛(wèi)星）及運(yùn)行軌道n 2 2、衛(wèi)星傳感器：海色、紅外、微波高度計(jì)、衛(wèi)星傳感器：海色、紅外、微波高度計(jì) 等等n 3 3、數(shù)據(jù)傳輸：計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)射器、數(shù)據(jù)傳輸：計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)射器n 4 4、衛(wèi)星地面接收站、衛(wèi)星地面接收站n 5 5、圖像處理和數(shù)據(jù)處理：計(jì)算機(jī)為主、圖像處理和數(shù)據(jù)處理：計(jì)算機(jī)為主n 6 6、海洋衛(wèi)星資料的反演：計(jì)算機(jī)人

3、、海洋衛(wèi)星資料的反演：計(jì)算機(jī)人n 7 7、GISGIS系統(tǒng)：資料庫(kù)、可視化系統(tǒng)：資料庫(kù)、可視化第一節(jié)第一節(jié) 引言引言三、衛(wèi)星遙感對(duì)海洋科學(xué)研究的價(jià)值三、衛(wèi)星遙感對(duì)海洋科學(xué)研究的價(jià)值n 1 1、衛(wèi)星遙感是海洋科學(xué)的一個(gè)新的分支學(xué)、衛(wèi)星遙感是海洋科學(xué)的一個(gè)新的分支學(xué)科。衛(wèi)星遙感對(duì)于海洋的觀測(cè)和研究不僅限于科。衛(wèi)星遙感對(duì)于海洋的觀測(cè)和研究不僅限于船舶與浮標(biāo)所測(cè)量的參數(shù)以及在此基礎(chǔ)上所得船舶與浮標(biāo)所測(cè)量的參數(shù)以及在此基礎(chǔ)上所得出的海洋學(xué)規(guī)律，衛(wèi)星遙感還開辟了一個(gè)新的出的海洋學(xué)規(guī)律，衛(wèi)星遙感還開辟了一個(gè)新的考慮問題的視角?？紤]問題的視角。海洋一號(hào)海洋一號(hào)B衛(wèi)星衛(wèi)星第一節(jié)第一節(jié) 引言引言2 2、衛(wèi)星海洋遙

4、感為海洋觀測(cè)和研究提供了一個(gè)嶄新的、衛(wèi)星海洋遙感為海洋觀測(cè)和研究提供了一個(gè)嶄新的數(shù)據(jù)集。與傳統(tǒng)的船舶和浮標(biāo)數(shù)據(jù)相比，優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)集。與傳統(tǒng)的船舶和浮標(biāo)數(shù)據(jù)相比，優(yōu)點(diǎn)：1 1）大面積同步測(cè)量，有很高或較高的空間分辨率；）大面積同步測(cè)量，有很高或較高的空間分辨率；2 2）可滿足動(dòng)態(tài)觀測(cè)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需求；）可滿足動(dòng)態(tài)觀測(cè)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需求；3 3）實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)性；）實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)性；4 4）具有自動(dòng)求面積平均值的功能；）具有自動(dòng)求面積平均值的功能；5 5）可涉及船舶和浮標(biāo)不易抵達(dá)的海區(qū)。）可涉及船舶和浮標(biāo)不易抵達(dá)的海區(qū)。3 3、衛(wèi)星海洋遙感多傳感器資料可推動(dòng)海洋科學(xué)交叉學(xué)、衛(wèi)星海洋遙感多傳感器資料可推動(dòng)海

5、洋科學(xué)交叉學(xué)科研究的發(fā)展?？蒲芯康陌l(fā)展。第二節(jié)第二節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法一、衛(wèi)星海表溫度遙感一、衛(wèi)星海表溫度遙感n 衛(wèi)星海表溫度（衛(wèi)星海表溫度（sea surface temperaturesea surface temperature，SSTSST）測(cè)量）測(cè)量主要利用海面熱紅外輻射。主要利用海面熱紅外輻射。 n 1 1、紅外輻射計(jì)工作原理、紅外輻射計(jì)工作原理n 利用紅外波段測(cè)溫的物理基礎(chǔ)是普朗克輻射定利用紅外波段測(cè)溫的物理基礎(chǔ)是普朗克輻射定律。律。n 2 2、衛(wèi)星海表溫度的反演（衛(wèi)片判讀）、衛(wèi)星海表溫度的反演（衛(wèi)片判讀）n 3 3、衛(wèi)星海表溫度的應(yīng)用、衛(wèi)星海表溫度的應(yīng)用 衛(wèi)

6、星海表溫度廣泛應(yīng)用與海洋動(dòng)力學(xué)、海氣相互衛(wèi)星海表溫度廣泛應(yīng)用與海洋動(dòng)力學(xué)、海氣相互作用、漁業(yè)經(jīng)濟(jì)研究和污染監(jiān)測(cè)等方面。作用、漁業(yè)經(jīng)濟(jì)研究和污染監(jiān)測(cè)等方面。第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法二、海色衛(wèi)星遙感二、海色衛(wèi)星遙感n 海色遙感是唯一可穿透海水一定深度的衛(wèi)星海色遙感是唯一可穿透海水一定深度的衛(wèi)星海洋遙感技術(shù)。它利用星載可見紅外掃描輻射海洋遙感技術(shù)。它利用星載可見紅外掃描輻射計(jì)接收海面向上光譜輻射，經(jīng)過大氣校正，根計(jì)接收海面向上光譜輻射，經(jīng)過大氣校正，根據(jù)生物光學(xué)特性，獲取海中據(jù)生物光學(xué)特性，獲取海中葉綠素濃度葉綠素濃度及懸浮及懸浮物含量等海洋環(huán)境要素。因而它對(duì)海洋物含量等海

7、洋環(huán)境要素。因而它對(duì)海洋初級(jí)生初級(jí)生產(chǎn)力產(chǎn)力、海洋生態(tài)環(huán)境、海洋通量、漁業(yè)資源等、海洋生態(tài)環(huán)境、海洋通量、漁業(yè)資源等具有重要意義。具有重要意義。第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法 1 1、 CZCS/SeaWiFSCZCS/SeaWiFS/MODIS/MODIS海色傳感器海色傳感器n 裝載與裝載與NimbusNimbus7 7上的海色傳感器上的海色傳感器CZCSCZCS（Coastal Zone Color ScannerCoastal Zone Color Scanner）是一個(gè)以可）是一個(gè)以可見光通道為主的多通道掃描輻射儀。見光通道為主的多通道掃描輻射儀。n SeaWiFS

8、SeaWiFS（SeaSeaViewing Wide FieldViewing Wide FieldofofView SensorView Sensor）是裝載在美國(guó)）是裝載在美國(guó)SEASTARASEASTARA衛(wèi)星衛(wèi)星上的第二代海色遙感傳感器。上的第二代海色遙感傳感器。n SeaWiFSSeaWiFS在在CZCSCZCS基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和提高基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和提高：增加了光譜通道；提高了輻射靈敏度。增加了光譜通道；提高了輻射靈敏度。nMODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer )中分辨率成像光譜儀 nAqua/TerranMODIS

9、-A衛(wèi)星上的6個(gè)科學(xué)儀器將對(duì)地球海洋、大氣層、陸地、冰雪覆蓋區(qū)域以及植被等展開綜合觀測(cè)，搜集全球降雨、水蒸發(fā)、云層形成、洋流等水循環(huán)活動(dòng)數(shù)據(jù)。利用這 些數(shù)據(jù)，科學(xué)家們可以更深入地研究地球水循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律，從而加深對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境變化之間相互作用關(guān)系的理解。該衛(wèi)星還可以對(duì)地球大氣層 溫度和濕度、海洋表面溫度、土壤濕度等變化進(jìn)行更精確的測(cè)量，有關(guān)測(cè)量結(jié)果在天氣預(yù)報(bào)上據(jù)認(rèn)為有重要價(jià)值。 第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法 2 2、與海色衛(wèi)星遙感有關(guān)的海洋光學(xué)特性、與海色衛(wèi)星遙感有關(guān)的海洋光學(xué)特性n 海洋光學(xué)理論是海色衛(wèi)星

10、遙感的基礎(chǔ)。海洋光學(xué)理論是海色衛(wèi)星遙感的基礎(chǔ)。n 海色傳感器可見光通道是按照海洋中主要成分的光學(xué)海色傳感器可見光通道是按照海洋中主要成分的光學(xué)特性設(shè)置的，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)于海洋中各種組分吸收光譜特性設(shè)置的，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)于海洋中各種組分吸收光譜中的強(qiáng)吸收帶和最小吸收帶中的強(qiáng)吸收帶和最小吸收帶 3 3、海色反演原理、海色反演原理n 1 1）輻射量定標(biāo)：將傳感器輸出的計(jì)數(shù)值換算成輻亮度）輻射量定標(biāo)：將傳感器輸出的計(jì)數(shù)值換算成輻亮度n 2 2）大氣校正算法：消除大氣吸收和散射的影響）大氣校正算法：消除大氣吸收和散射的影響n 3 3）生物光學(xué)算法：用輻亮度反演水中葉綠素、懸移質(zhì)、）生物光學(xué)算法：用輻亮度反演

11、水中葉綠素、懸移質(zhì)、溶解有機(jī)物（膠體物）濃度溶解有機(jī)物（膠體物）濃度第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法 4 4、海色衛(wèi)星資料的應(yīng)用、海色衛(wèi)星資料的應(yīng)用n 1 1）海洋初級(jí)生產(chǎn)力與海洋漁業(yè)）海洋初級(jí)生產(chǎn)力與海洋漁業(yè)n 2 2）海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與研究）海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與研究n 3 3）河口海岸帶泥沙濃度及其運(yùn)移）河口海岸帶泥沙濃度及其運(yùn)移n 4 4）海洋通量（物質(zhì)循環(huán)）及固碳能力）海洋通量（物質(zhì)循環(huán)）及固碳能力412nm443nm469nm488nm531nm547nm555nm645nm667nm678nm第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法三、微波高度計(jì)三、微波高

12、度計(jì)n 從衛(wèi)星探測(cè)海洋動(dòng)力參數(shù)主要依靠微波傳感從衛(wèi)星探測(cè)海洋動(dòng)力參數(shù)主要依靠微波傳感器，其中高度計(jì)（器，其中高度計(jì)（AltimeterAltimeter，ALTALT）最為成熟。）最為成熟。 n ALTALT通過對(duì)海平面高度、有效波高、向后散通過對(duì)海平面高度、有效波高、向后散射的測(cè)量，可同時(shí)獲取流、浪、潮、海面風(fēng)速射的測(cè)量，可同時(shí)獲取流、浪、潮、海面風(fēng)速等重要?jiǎng)恿?shù)。等重要?jiǎng)恿?shù)。n 衛(wèi)星高度計(jì)還可應(yīng)用于地球結(jié)構(gòu)和海域重力衛(wèi)星高度計(jì)還可應(yīng)用于地球結(jié)構(gòu)和海域重力場(chǎng)研究。場(chǎng)研究。第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法n 與海平面高度有關(guān)的幾個(gè)曲面以及引起海平與海平面高度有關(guān)的幾個(gè)曲

13、面以及引起海平面高度變化的主要因素：面高度變化的主要因素：n 1 1）參考橢球面）參考橢球面n 2 2）大地水準(zhǔn)面）大地水準(zhǔn)面n 3 3）瞬時(shí)海面）瞬時(shí)海面n 4 4）平均海平面）平均海平面n 5 5）海面動(dòng)力高度）海面動(dòng)力高度n 6 6）大地水準(zhǔn)面起伏）大地水準(zhǔn)面起伏n 7 7）海平面起伏）海平面起伏第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法n衛(wèi)星微波高度計(jì)工作的基本原理衛(wèi)星微波高度計(jì)工作的基本原理n 衛(wèi)星高度計(jì)由一臺(tái)脈沖發(fā)射器、一臺(tái)靈敏接衛(wèi)星高度計(jì)由一臺(tái)脈沖發(fā)射器、一臺(tái)靈敏接收器和一臺(tái)精確計(jì)時(shí)鐘構(gòu)成。收器和一臺(tái)精確計(jì)時(shí)鐘構(gòu)成。n 脈沖發(fā)射器從海面上空向海面發(fā)射一系列及脈沖發(fā)射器從海

14、面上空向海面發(fā)射一系列及其狹窄的雷達(dá)脈沖，接收器檢測(cè)經(jīng)海面反射的其狹窄的雷達(dá)脈沖，接收器檢測(cè)經(jīng)海面反射的電磁波信號(hào)，再由計(jì)時(shí)鐘精確測(cè)定發(fā)射和接收電磁波信號(hào)，再由計(jì)時(shí)鐘精確測(cè)定發(fā)射和接收的時(shí)間間隔，便可算出由高度計(jì)質(zhì)心到星下點(diǎn)的時(shí)間間隔，便可算出由高度計(jì)質(zhì)心到星下點(diǎn)瞬時(shí)海面的距離。瞬時(shí)海面的距離。第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法n衛(wèi)星高度計(jì)的應(yīng)用衛(wèi)星高度計(jì)的應(yīng)用n 1 1）大洋環(huán)流）大洋環(huán)流n 2 2）海洋潮汐）海洋潮汐n 3 3）中尺度海洋現(xiàn)象）中尺度海洋現(xiàn)象n 4 4）大地水準(zhǔn)面與重力異常）大地水準(zhǔn)面與重力異常n 5 5）有效波高）有效波高n 6 6）海面風(fēng)速）海面風(fēng)速第三

15、節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法四、微波散射計(jì)四、微波散射計(jì)n 衛(wèi)星散射計(jì)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)于海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)、衛(wèi)星散射計(jì)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)于海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)、海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海氣相互作用、氣象預(yù)報(bào)、氣候海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海氣相互作用、氣象預(yù)報(bào)、氣候研究等具有重要意義。研究等具有重要意義。n 目前常見的方法是將衛(wèi)星散射計(jì)資料與靜止氣目前常見的方法是將衛(wèi)星散射計(jì)資料與靜止氣象衛(wèi)星云圖和微波輻射計(jì)象衛(wèi)星云圖和微波輻射計(jì)SSM/ISSM/I圖像相互補(bǔ)充。圖像相互補(bǔ)充。n 靜止氣象衛(wèi)星具有較高的時(shí)間分辨率；靜止氣象衛(wèi)星具有較高的時(shí)間分辨率；n 衛(wèi)星散射計(jì)具有較高的精度和空間分辨率；衛(wèi)星散射計(jì)具有較高的精度和空

16、間分辨率；n SSM/ISSM/I也具有較高的時(shí)間分辨率。也具有較高的時(shí)間分辨率。第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法n星載微波散射計(jì)測(cè)風(fēng)原理星載微波散射計(jì)測(cè)風(fēng)原理n 微波散射計(jì)通過測(cè)量風(fēng)引起的粗糙海面對(duì)微微波散射計(jì)通過測(cè)量風(fēng)引起的粗糙海面對(duì)微波的后向散射特性來推算風(fēng)場(chǎng)。波的后向散射特性來推算風(fēng)場(chǎng)。n 在海面上，毛細(xì)波疊加在重力波上，風(fēng)的變?cè)诤Ｃ嫔?，毛?xì)波疊加在重力波上，風(fēng)的變化引起海表面粗糙度的變化，使接收到的回向化引起海表面粗糙度的變化，使接收到的回向散射隨之變化。根據(jù)回向散射與風(fēng)矢量之間的散射隨之變化。根據(jù)回向散射與風(fēng)矢量之間的相關(guān)模式，經(jīng)過地球物理定標(biāo)后就能得出海面相關(guān)模

17、式，經(jīng)過地球物理定標(biāo)后就能得出海面風(fēng)場(chǎng)。風(fēng)場(chǎng)。第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星風(fēng)場(chǎng)資料的應(yīng)用衛(wèi)星風(fēng)場(chǎng)資料的應(yīng)用n 1 1）臺(tái)風(fēng)與熱帶氣旋）臺(tái)風(fēng)與熱帶氣旋n 2 2）二氧化碳?xì)怏w交換）二氧化碳?xì)怏w交換n 3 3）海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)）海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感的主要方法衛(wèi)星遙感的主要方法五、星載合成孔徑雷達(dá)五、星載合成孔徑雷達(dá)n 合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Synthetic Aperture RadarRadar，SARSAR）是一種主動(dòng)式微波成像雷達(dá)，它）是一種主動(dòng)式微波成像雷達(dá)，它被認(rèn)為是最有效、最有潛力的衛(wèi)星傳感器。它被認(rèn)為是最有效、最有潛力的衛(wèi)星傳感器。它具有良好的空間分辨率，可與光學(xué)遙感圖像相具有良好的空間分辨率，可與光學(xué)遙感圖像相比擬；又具有全天候全天時(shí)工作的優(yōu)點(diǎn)。比擬；又具有全天候全天時(shí)工作的優(yōu)點(diǎn)。n SARSA