廣東海洋大學(xué)-衛(wèi)星海洋學(xué)期末復(fù)習(xí)資料

1、這只是小生整理的資料，僅作參考第一章 緒論1.名詞解釋遙感：在一定距離以外獲取目標(biāo)的信息，通過對信息的分析研究來確定目標(biāo)物的屬性以及目標(biāo)物之間的相互關(guān)系的過程。海洋遙感技術(shù)：利用傳感器對海洋進(jìn)行遠(yuǎn)距離非接觸觀測 而獲取描述海洋現(xiàn)象的信息技術(shù)。主要組成部分是電磁波為載體遙感技術(shù)和聲波為載體遙感技術(shù)。2.概念掌握遙感技術(shù)所使用的電磁波段主要為紫外、可見光、紅外和微波等波段。紫外（0.20.4），可見光（0.40.7，紅橙黃綠青藍(lán)紫），紅外（0.71000，近中熱遠(yuǎn)），微波（0.1100cm）。遙感的分類（按照遙感方式）主動式：雷達(dá)、散射計、高度計、激光雷達(dá)等；被動式 ：照相機(jī)、可見光和紅外掃描儀、

2、微波輻射計。氣象衛(wèi)星分為太陽同步軌道衛(wèi)星和地球同步或地球靜止軌道衛(wèi)星。前者在大約800km高空工作，缺點(diǎn)是對某一地區(qū)每天只能觀測兩次（紅外和微波傳感器）。后者在大約35000km的高空對地球表面近五分之一的地區(qū)進(jìn)行氣象觀測，實時將資料送回地面，但不能觀測唯獨(dú)大于55的地區(qū)。衛(wèi)星海洋遙感的應(yīng)用：風(fēng)暴潮災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測；巨浪災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測；海冰災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測；海嘯災(zāi)害的衛(wèi)星遙感監(jiān)測；海上溢油的衛(wèi)星遙感監(jiān)測；海洋赤潮的衛(wèi)星遙感監(jiān)測；海洋變異的衛(wèi)星遙感監(jiān)測（海平面上升、全球變暖、EL-NINO）。衛(wèi)星遙感的特征：能夠獲取長時間、大范圍、近實時和近同步監(jiān)測資料;全天時、全天候， 如微波能夠穿透

3、云層。分類：氣象衛(wèi)星，海洋衛(wèi)星和陸地衛(wèi)星。海洋參數(shù)：海表面溫度，海表面鹽度，海平面異常，海流，海表面風(fēng)，海浪，海洋內(nèi)波，懸浮物濃度，葉綠素濃度，色素濃度，水色。第二章1. 名詞解釋軌道傾角i:衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角（使用i和兩個角可以確定衛(wèi)星軌道平面的方位）星下點(diǎn)：衛(wèi)星在地球表面的投影；星下點(diǎn)軌跡：衛(wèi)星每繞地球完成一圈公轉(zhuǎn)在地球表面上形成的一 個不閉合的軌跡。節(jié)點(diǎn)：衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡與此道的交點(diǎn)。升軌：衛(wèi)星由南向北方運(yùn)行 降軌：衛(wèi)星由北向南運(yùn)行節(jié)點(diǎn)周期（軌道周期）：相鄰兩個升軌點(diǎn)之間的時間間隔一個PASS：最南端和最北端之間的星下點(diǎn)軌跡，對應(yīng)半個節(jié)點(diǎn)周期。一個“CYCLE”（一個重復(fù)周期）：

4、衛(wèi)星環(huán)繞地球多圈后回到原來位置對應(yīng)的星下軌跡。精確的循環(huán)軌道或回歸軌道：衛(wèi)星環(huán)繞地球多圈后能恰好回到原來軌道位置的軌道。準(zhǔn)循環(huán)軌道或準(zhǔn)回歸軌道：星環(huán)繞地球多圈后不能正好回歸到原來的軌道位置，但能近似地回歸到原來的軌道位置 。重復(fù)周期：衛(wèi)星從某地上空開始運(yùn)行，經(jīng)過若干時間的運(yùn)行后回到原地上空時所需的時間。再訪問時間：地球上某一地點(diǎn)被衛(wèi)星裝載的傳感器先后兩次觀測的時間區(qū)間。太陽同步極軌軌道：衛(wèi)星在每天的同一當(dāng)?shù)貢r間穿過赤道的軌道。軌道傾角i 90，這顆衛(wèi)星就能經(jīng)過南極和北極地區(qū)，也稱為近極軌軌道。地球同步軌道：衛(wèi)星環(huán)繞地球角速度的緯向分量=地球自轉(zhuǎn)角速度，軌道傾角i=0的軌道。高度計衛(wèi)星軌道：為監(jiān)

5、測衛(wèi)星與地球之間的距離、海表面地形等而專門設(shè)計衛(wèi)星軌道，略高于太陽同步軌道。光學(xué)分辨率：根據(jù)瑞利判據(jù)，能夠使兩個像元恰可分辨的兩個物體的最小角距離。微波雷達(dá)的分辨率：相鄰兩個盲點(diǎn)的角距離之差。（）2. 概念掌握 h：衛(wèi)星高度，m：衛(wèi)星質(zhì)量, R ：代表地球半徑， GM = 代表地球引力常數(shù)，T = 86164 s（秒）代表地球的一個太陽日運(yùn)行周期。光學(xué)分辨率的最小分辨角：，空間分辨率：光的波長 D望遠(yuǎn)鏡物鏡的孔徑 H望遠(yuǎn)鏡和地球表面的距離微波雷達(dá)的分辨率:空間分辨率:D接收天線的長度三種掃描技術(shù) 交叉軌道特點(diǎn)；沿軌或推掃式掃描； 混合垂直軌道掃描無論是光學(xué)裝置還是微波雷達(dá)，它們的角分辨率由D唯

6、一確定；它們的空間分辨率由、D和r三個參數(shù)確定。第3章 電磁輻射1. 名詞解釋微波：微波也是一種無線電波；在無線電波范圍內(nèi)，微波的波長最“微小”，所以被稱為微波。極化：任何電磁波都可以分解成水平極化和垂直極化兩個部分。水平極化的電場與參考平面垂直，垂直極化的電場與參考平面平行。立體角：假設(shè)電磁波從波源dA自發(fā)輻射，到達(dá)半徑為R的球面的一個波束對應(yīng)著一個立體角微分元。輻射能Q：表示輻射能量的多少，J。 輻射通量：單位時間里通過一個面積的能量，W。 輻射強(qiáng)度I ：點(diǎn)光源在特定方向上單位立體角的輻射通量，W*sr(-1)。輻亮度L (出射輻射)：沿輻射方向單位面積和單位立體角的輻射通量。 亮度B(入

7、射輻射）:沿輻射方向單位面積和單位立體角的輻射通量， 主要被用來描述“亮溫”或“亮度溫度”。 光譜輻亮度：代表在單位波段內(nèi)沿輻射方向單位面積和單位立體角 的輻射通量。 輻照度E：表示通過單位面積的輻射通量。 光譜輻照度E()：輻照度相對于頻率或波長的能量分布。根據(jù)能量守恒定律，對于入射的“光譜的”輻照度，我們有： 式中i 表示入射，r表示反射，a表示吸收，t表示透射 。吸收率a() 反射率r() 透射率t() 且有 發(fā)射率e() ：也被稱為一個物體的灰度，以鑒別它距離黑體的靠 近程度。菲涅耳反射率：反射的輻亮度與入射的輻亮度之比。（）反射率r：反射的輻照度與入射的輻照度之比。黑體：發(fā)射率e等于

8、1的理想輻射體，黑體發(fā)射的輻亮度只與溫度 有關(guān)。e小于1的為灰體。 黑體輻射定律：黑體發(fā)射的輻亮度是它的溫度和所輻射的電磁波波 長的函數(shù)。亮溫：如果已知海面發(fā)射的輻亮度，那么利用普朗克輻射定律或者瑞利-金斯定律可以計算海表面溫度（SST）。 這樣獲得的溫度不是海水的真實溫度，它被稱為海表面的亮溫。基爾霍夫定律：如果介質(zhì)處于局部熱力學(xué)平衡條件下，那么它吸收能量的速率和輻射能量的速率相等。另一種等價表達(dá)：普朗克輻射定律：黑體發(fā)射的輻亮度是它的溫度和所輻射的電磁波波長的函數(shù)。 公式： 將f = c 、df =（c2）d 以及L（）|d| = L（f）|df| 代入，可獲得另一表達(dá)形式：（）瑞利-金斯

9、定律：利用普朗克定律將輻照度E（f）= L（f）對頻率積分，獲得斯忒藩-玻耳茲曼定律 式中 = 5.67*10-8 Wm-2K-4是常數(shù)。一般地，地表物體以地表溫度T（大約300K）輻射。如果頻率f低于600GHz，那么不等式hf/(kbT)<<1成立?？色@得泰勒公式的一階展開式 把此式代入普朗克定律，可獲得瑞利-金斯定律 維恩位移定律：這就是維恩位移定律。式中b = 2.8978*10-3 mK 。根據(jù)此定律，表面溫度越高的黑體的輻射峰值對應(yīng)的波長越低。菲涅耳反射率： 復(fù)折射率n與相對電容率r 。2. 概念掌握宇宙中的“黑洞”（black hole）不是黑體。黑洞的吸收率等于1，

10、發(fā)射率等于0，不滿足基爾霍夫定律的條件，它的質(zhì)量和能量在不斷地增加，并不保持平衡。黑體輻射的簡單推導(dǎo)：有普朗克輻射定律：-電磁波波長 c光速 h普朗克常量 玻耳茲曼常量 T黑體溫度將f = c 、df =（c2）d 以及L（）|d| = L（f）|df| 代入式，可獲得另一表達(dá)形式： -利用普朗克定律公式，將輻照度E（f）= L（f）對頻率積分，獲得斯忒藩-玻耳茲曼定律 式中 = 5.67*10-8 Wm-2K-4是常數(shù)。一般地，地表物體以地表溫度T（大約300K）輻射。如果頻率f低于600GHz，那么不等式hf/(kbT)<<1成立?？色@得泰勒公式的一階展開式 把 此式代入普朗克

11、定律公式，可獲得瑞利-金斯定律 頻率一般采用GHz作單位，波長一般采用nm作單位， 第4章 散射和吸收1. 名詞解釋復(fù)折射率： n是電磁波從空氣向海水傳播時在海水的折射率，n''表示電磁波在介質(zhì)內(nèi)部傳播的衰減程度。 穿透深度：輻照度在海水中傳播衰減為初始值的1/e所經(jīng)過的距 離。衰減系數(shù)：衰減系數(shù)包括吸收系數(shù)和散射系數(shù)，它們分別描述電磁波在傳播中由于介質(zhì)吸收和散射產(chǎn)生的衰減輕重程度。光學(xué)深度：衰減系數(shù)沿傳播路徑上的積分。漫衰減系數(shù)、光束衰減系數(shù)： 使用不同方法測量的衰減系數(shù)可分為漫衰減系數(shù)和光束衰減系數(shù)。 前者是在自然光場下測量獲得；后者在人為設(shè)置的“準(zhǔn)直光束”光 場條件下測量

12、。體積散射函數(shù)：單位長度、單位立體角內(nèi)散射的輻射能與入射的總輻射能之比。 注意：海水的散射主要集中在前向散射，前向散射占90%，后向10%（）大氣窗：通過大氣的太陽輻射或地球大氣輻射將被大氣中某些氣 體所吸收，這些吸收隨波長的變化很大，在某些波段的吸 收很強(qiáng)，而在另一些波段的吸收則很弱，在這些吸收最弱 的波段，太陽輻射和地球大氣輻射可以象光通過窗戶那樣 透過大氣，這些波段稱做大氣窗。大氣窗主要出現(xiàn)在強(qiáng)吸 收帶或線之間。2. 概念掌握 輻射計探測的輻亮度 L輻亮度，與大氣溫度相同的黑體輻射，與海表面溫度相同的黑體發(fā)射的輻亮度，t大氣的透射率，到達(dá)衛(wèi)星輻射計的輻亮度。米氏散射條件：q（粒子的周長與

13、電磁波波長之比）小于1的球 形粒子對電磁波的散射。 瑞利散射條件：q遠(yuǎn)小于1的球形粒子對電磁波的散射。第5章 水色遙感與輻射計1. 名詞解釋輻射計：一種被動遙感傳感器；根據(jù)波段大小的分類可見光和近紅外輻射計、紅外輻射計、熱紅外輻射計、微波輻射計。水色和海色：水色（water color）或海色（ocean color）是太陽光經(jīng)水體或海水散射后，可見光和近紅外輻射計監(jiān)測到的散射光的顏色。水色三要素 ：浮游植物的葉綠素、無機(jī)的懸浮物和有機(jī)的黃色物質(zhì)。水色三要素的種類和濃度決定了水體的顏色。初級生產(chǎn)力：單位面積（平方米）的海面在單位時間（小時、天、年）內(nèi)浮游植物中碳元素的增長量（毫克、克），單位。

14、意義初級生產(chǎn)力描述在單位面積海面以下的水柱浮游植物通過光合作用固定碳的凈速率。 第一類水體：浮游植物及其“伴生”腐殖質(zhì)對水體的光學(xué)特性起主要作用的水體。第二類水體：無機(jī)懸浮物（如淺水區(qū)海底沉積物的再次懸浮物和河流帶來的泥沙）或黃色物質(zhì)（又稱溶解的有色有機(jī)物）對水體的光學(xué)特性有不可忽視的明顯作用的水體。離水輻亮度：被表層海水散射的太陽輻射，不是海水自發(fā)輻射，與海水發(fā)射率無關(guān)。 遙感反射率：太陽光離水輻亮度的標(biāo)準(zhǔn)化形式。 的定義：Lw ()是太陽光在海面的離水輻亮度，d（，0+）是太陽光在海面的下行輻照度，代表平均日地距離處大氣層外垂直入射的太陽輻照度。海洋水色的生物光學(xué)算法： 分析算法；波段比值

15、模型的分析基礎(chǔ) ；基于藍(lán)綠比值的SeaWiFS經(jīng)驗算法；基于藍(lán)綠比值的MODIS經(jīng)驗算法；基于藍(lán)綠比值的CZCS經(jīng)驗算法。二類水體的水色反演算法： 代數(shù)法和非線性最優(yōu)化法；主成分分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；經(jīng)驗算法；葉綠素-a垂向最大值的經(jīng)驗算法 。2. 概念掌握可見光和近紅外輻射計（水色遙感）：遙感海水的葉綠素濃度、懸浮泥沙濃度、海水漫衰減系數(shù)等。紅外輻射計：氣象和陸地衛(wèi)星上，遙感雪、冰、氣溶膠、薄卷云等。熱紅外輻射計：主要應(yīng)用在氣象和海洋衛(wèi)星上，遙感海面上空水汽含量、大氣剖面溫度和濕度、海表面溫度等。微波輻射計：主要應(yīng)用在海洋衛(wèi)星上，遙感海表面溫度、海面風(fēng)速和風(fēng)向、海面上空水汽含量、可降水量

16、等。水色衛(wèi)星遙感的大氣校正方程 式中Li() 代表衛(wèi)星探測的輻亮度，腳標(biāo)i 代表傳感器第i 個通道；LR() 代表大氣的分子散射的輻亮度，腳標(biāo)R是Rayleigh的英文首字母，大氣分子對所有波段電磁波的散射均屬于瑞利散射；LA() 代表氣溶膠散射的輻亮度，腳標(biāo)A是氣溶膠的英文首字母；Lr () 代表海面的鏡面反射，也稱為太陽耀斑，太陽耀斑應(yīng)該避免；t(,) 是大氣的漫透射率，T(,) 是大氣的直接透射率，是傳感器第i 個通道對應(yīng)的波長；是衛(wèi)星天頂角；Lw() 是離水輻亮度。MODIS的大氣校正方程 式中Li ()是衛(wèi)星能探測到的波長為的輻亮度，是大氣分子瑞利散射的輻亮度，是氣溶膠散射的輻亮度，

17、是大氣分子和氣溶膠粒子多次散射的輻亮度，是離水輻亮度，是海浪破碎生成白冠（white caps）引起的輻亮度，Lr () 是海表面的鏡面反射，t是大氣的漫透射率，T是直接透射率。輻照度與輻亮度的關(guān)系：離水輻亮度Lw(,0)與海面下的向上輻亮度的關(guān)系是 式中Lu（,0）代表海面下的向上輻亮度，自變量“”表示表示剛好處于水表面以下下角標(biāo)“”表示向上輻亮度；n'是海-氣界面復(fù)折射率的實部，它也稱為折射率；在可見光和近紅外波段，n 1.33 ；在式子的分母中， 表明光波由海水到大氣傳播時光束立體角的變化能夠帶來輻亮度的變化。 第6章 熱紅外輻射計1. 名詞解釋(搵唔到)2. 概念掌握.熱紅外波

18、段對應(yīng)于300K的地球表面自發(fā)輻射的輻亮度最大的波段。根據(jù)普朗克黑體輻射定律，在熱紅外波段輻射計接收到的輻射功率代表著地球表面的“冷”或者“熱”，因此，地球表面自發(fā)輻射最強(qiáng)的波段被稱為熱紅外波段。與地球反射的可見光相比，熱紅外信號一般較弱；但是，由于其波長比可見光波長要長，具有較大的繞射能力和穿透能力，不易受到霧、煙塵和氣溶膠的影響；即使穿過大氣層，熱紅外遙感也能夠測到比較清晰的圖像。 紅外輻射計在大氣、海洋、陸地環(huán)境和資源調(diào)查方面的應(yīng)用日益廣泛，主要用于探測云層、海水、陸地的表面溫度、葉綠素濃度和植被構(gòu)成。與紅外輻射計有關(guān)的輻射計一般分作兩類：可見光和近紅外輻射計、熱紅外輻射計。大氣和海洋的

19、紅外特性：接近黑體輻射的大氣3-4、8-9、10-12、11窗口；8窗口對水汽的改變非常敏感。整層大氣的傳輸方程 衛(wèi)星接受到的輻射 = 經(jīng)大氣衰減的表面輻射+大氣路徑輻射根據(jù)普朗克函數(shù)重寫上式，同時假定海面為黑體， 可以看出，Ti是T平均、Ts和ti 的函數(shù)。利用泰勒級數(shù)的第一級，對T的每個通道展開： 把上式帶入輻射傳輸方程，整理得到兩通道的方程: SST算法的分裂窗形式 是從一組海洋上的溫度和濕度無線電探空數(shù)據(jù)中估算出來。第七章 微波輻射計1.概念掌握微波能夠穿透較薄的云層，故星載微波輻射計被稱為全天候衛(wèi)星探測器。微波輻射計可以全天候探測海表面溫度、鹽度、風(fēng)速、大氣垂直溫度和濕度剖面、大氣中

20、的水汽含量和可降水量。影響微波探測的因素：水汽和氧氣的吸收、海表面的粗糙度、電離層、宇宙背景微波輻射等。衛(wèi)星觀測方向與垂線的夾角被稱為衛(wèi)星的天頂角（zenith angle）或觀測角（view angle），微波輻射計接收到的海面輻亮度的大小受觀測角影響很大。按測量目的區(qū)分，微波輻射計可分為探測儀和成像儀:探測儀主要應(yīng)用在氣象衛(wèi)星上，波段多選擇在氧氣和水汽吸收帶和附近頻率，用于測量大氣垂直溫度和濕度廓線，要求大尺度低分辨率，通常采用垂直軌道掃描方式；成像儀主要應(yīng)用在海洋衛(wèi)星上，波段（C、X、K波段）頻率通常較低，分辨率要求較高，通常采用圓錐形掃描方式。衛(wèi)星觀測方向與垂線的夾角被稱為衛(wèi)星的天頂角

21、（zenith angle）或觀測角（view angle），微波輻射計接收到的海面輻亮度的大小受觀測角影響很大。風(fēng)向的180度不確定性：海浪在順風(fēng)方向和逆風(fēng)方向上的能量分布完全不一樣。然而，當(dāng)衛(wèi)星傳感器沿順風(fēng)方向或者逆風(fēng)方向觀測海浪時，它并不能有效地分辨波浪究竟是沿順風(fēng)方向或者逆風(fēng)方向傳播。在遙感監(jiān)測中，這種現(xiàn)象被稱為風(fēng)向的180度不確定性，即在逆風(fēng)方向（方位角=0°）和順風(fēng)方向（方位角=180°）時，海表面亮溫的大小非常接近。因此，風(fēng)向的180度不確定性也會導(dǎo)致L波段（f=1.4GHz）微波輻射計對海表面鹽度反演的較大誤差。 平靜海面的微波發(fā)射率：根據(jù)適合兩介質(zhì)界面處的

22、基爾霍夫定律，海面發(fā)射率e與菲涅耳反射率關(guān)系是 式中右下角的“H”和“V”分別表示水平極化和垂直極化，是觀測角。使用微波輻射計可以遙感海表面溫度、海表面鹽度和海上風(fēng)速等物理海洋參數(shù)。目前提出的粗糙海面發(fā)射率模型包括兩尺度模型和直接發(fā)射模型兩類。輻射計接收到的海面輻射用輻亮度L表示。根據(jù)瑞利-金斯定律，輻亮度在微波波段與溫度呈線性關(guān)系。在不考慮大氣校正時，輻射計探測到的海面亮溫與海表面溫度關(guān)系為：，e為粗糙海面發(fā)射率?，F(xiàn)場測量和粗糙海面亮溫模型的理論計算結(jié)果均表明，粗糙海面的亮溫不僅是海表面溫度和海表面鹽度的函數(shù)，而且是海面風(fēng)速和風(fēng)向的函數(shù)。第8章 散射計1. 名詞解釋散射計：一種專門監(jiān)測全球海

23、表面風(fēng)的主動微波雷達(dá)。主要是利用后相散射系數(shù)與方位角之間的關(guān)系反演全球風(fēng)場；用衛(wèi)星攜帶的散射計可獲得全天候、高分辨率的全球海洋近表面風(fēng)資料。例如：觀測極地的浮冰和陸地冰。鏡面反射：海表面上許多像鏡子似的小平面對電磁波產(chǎn)生的反射，這些小平面的尺度應(yīng)大于被反射的電磁波的波長；粗糙海面發(fā)生的反射，也稱為鏡點(diǎn)反射。后向散射：在粗糙表面發(fā)生散射中，電磁波所有的入射方向上的散射統(tǒng)稱為后向散射。2. 概念掌握散射計反演風(fēng)場原理歐空局ERS1/2衛(wèi)星采用前、中、后三個天線依次探測海洋上同一個25km×25km的面積元，即同一個面積元被連續(xù)探測三次，三個天線發(fā)出的電磁波束在海面的投影與衛(wèi)星在海面的軌跡

24、分別有45o、90o和135o的夾角。對同一個點(diǎn)元，三個天線探測的入射角也各不相同，入射角的分布范圍是18o到58o。依據(jù)反演的算法，每個天線的測量給出一個方程，三個天線的測量給出的三個方程組成一個方程組。 如果是100，就是20分貝；如果是0.001，就是-30分貝。對于無風(fēng)平靜海面，入射電磁波將發(fā)生鏡面反射，反射特性由菲涅爾系數(shù)確定。隨著風(fēng)速和海面粗糙度的增加，鏡面反射減小，后向散射增加 布喇格共振散射布喇格共振條件是 或 式中k是波數(shù),是波長，是入射角，即雷達(dá)波束與海面垂線的夾角。下圖給出了雷達(dá)發(fā)射的電磁波與海表面毛細(xì)重力波之間產(chǎn)生布喇格共振條件的示意圖。當(dāng)，等于雷達(dá)波長radar時，從

25、海面上后向散射的電磁波有相同的相位（phase），具有相同相位的電磁波相遇產(chǎn)生布喇格共振。第9章 高度計1. 名詞解釋高度計：高度計是通過向海面發(fā)射尖脈沖，并接受返回脈沖信號來進(jìn)行觀測，是一種主動遙感傳感器。使用高度計（altimeter）可以實現(xiàn)對海表面高度SSH、有效波高SWH、海面地形等動力參數(shù)的測量，同時可以獲取海流、海浪、潮汐、海表面風(fēng)等動力參數(shù)信息。高度計觀測的重點(diǎn)在于確定相對大地水準(zhǔn)面的海面高度。地形幾何學(xué)：包括大地水準(zhǔn)面、參考橢球面、大地準(zhǔn)面起伏、海面高度或者海表面地形、海表面高度、海表面異常、海平面、海平面高度、海平面異常等。參考橢球面：僅在重力和離心力作用下質(zhì)量均勻的地球形

26、狀。大地水準(zhǔn)面起伏（波動）：大地水準(zhǔn)面相對于參考橢球面的距離。大氣水準(zhǔn)面：沒有外力和內(nèi)部運(yùn)動時海面的形狀。 海面地形：海表面相對于大地水準(zhǔn)面的距離；是由海流、潮汐和中尺度渦等海水運(yùn)動和大氣壓變化引起的，幅度的量級為1m。海表面高度、海表面異常： 海表面高度是指海表面相對于參考橢球面的距離；海表面異常是指海表面相對于平均海表面的偏差。海平面、海平面異常：海平面是指高潮時海表面和低潮時的海表面之間的中值；海平面異常指海平面相對于平均海平面的高度。 2. 概念掌握 兩種衛(wèi)星高度計：雷達(dá)高度計；激光高度計； 前者發(fā)射和接收海面返回的微波，后者發(fā)射和接收海面返回的激光。我國神舟飛船留軌艙攜帶的是激光高度

27、計，國外衛(wèi)星通常攜帶的是雷達(dá)高度計。海面地形反映了大氣和海洋現(xiàn)象導(dǎo)致的海面相對于大地水準(zhǔn)面的變化。大地水準(zhǔn)面描繪了海洋的穩(wěn)態(tài)部分，海面地形描述的海面的動態(tài)變化。海面地形包含了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩部分。穩(wěn)態(tài)部分如灣流和黑潮的平均流；非穩(wěn)態(tài)部分如潮汐、與大氣高度相關(guān)的波動、與季節(jié)變化有關(guān)的海洋冷然變化、行波、流和渦等。高度計測量的距離指衛(wèi)星與海面之間呃距離，地球等勢面指具有一個確定位勢的地球等勢面。 R衛(wèi)星和海表面之間的距離，c是電磁波的傳播速度，t發(fā)射和接收的時間間隔。海面地形另一種計算方法 S是衛(wèi)星到參考橢球面的距離，R是衛(wèi)星到海表面之間的距離，是大地水準(zhǔn)面起伏，H =（S-R）是海表面到參考橢球面

28、的距離，（H-）是海表面到大地水準(zhǔn)面的距離，是第i個原因產(chǎn)生的誤差。海面地形是包含海洋動力學(xué)信息的物理量。海表面高度：海表面高度表示海表面相對于參考橢球面的距離。 海表面異常：海表面高度與平均海表面高度的偏差。 式中各物理量的字母之上加一橫杠分別代表在若干年內(nèi)的平均值。高度計的應(yīng)用大洋環(huán)流： 目前，利用衛(wèi)星高度計資料推算大洋環(huán)流最簡單的方法是將平均海平面與大地水準(zhǔn)面相減，得出動力高度，再利用地轉(zhuǎn)方程，算出大洋環(huán)流。海洋潮汐： 衛(wèi)星高度計測量海平面高度本身需要進(jìn)行潮汐修正，同時，它能夠給出全球大洋的潮高空間分布。中尺度海洋現(xiàn)象： 中尺度海洋現(xiàn)象包括渦旋、上升流和鋒面等。中尺度現(xiàn)象活動頻繁的區(qū)域一

29、般對應(yīng)較顯著的海平面變化。利用衛(wèi)星高度計觀測中尺度渦旋，首先計算一條重復(fù)軌跡上的平均海平面高度，再計算每次重復(fù)數(shù)據(jù)相對于這一平均高度的斜率，然后利用地轉(zhuǎn)方程算出垂直于軌跡方向的流速，進(jìn)而計算其動能。水準(zhǔn)面與重力異常：大地測量的基本任務(wù)是確定大地水準(zhǔn)面與重力異常。有效波高：衛(wèi)星高度計測量的“有效波高”數(shù)據(jù)主要應(yīng)用在兩個方面，一是將其同化到海浪數(shù)值預(yù)報模式中，提供合理的初始場，并改進(jìn)和檢驗預(yù)報模式；二是用衛(wèi)星高度計有效波高數(shù)據(jù)對全球的或區(qū)域的海浪場進(jìn)行特征分析，如海況、災(zāi)害性大波要素和海浪場的時空結(jié)構(gòu)等。海面風(fēng)速：由于海面斜率分布是由海面風(fēng)速引起的。風(fēng)速增加，海表面的“均方斜率”隨之增加，使得雷達(dá)

30、脈沖的側(cè)向散射能量增加，從而導(dǎo)致高度計后向散射截面0下降。利用這個原理可以測量海面風(fēng)速的大小。海冰：利用雷達(dá)高度計能準(zhǔn)確地測量冰面高度和冰的體積，因而能跟蹤陸冰層，測量海上冰蓋的消長，監(jiān)測海冰的分布和運(yùn)動。這對全球海平面和氣候變化的研究是至關(guān)重要的。 水深：根據(jù)衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)可以繪出相對于基準(zhǔn)橢球面的平均海平面等高線圖。厄爾尼諾現(xiàn)象：利用星載高度計測量出赤道太平洋海域海面高度的時間序列，可以分析出其大尺度波動傳播和變化的特征，對厄爾尼諾現(xiàn)象的出現(xiàn)和發(fā)展進(jìn)行預(yù)報。目前，從海面動力高度反演大洋環(huán)流、赤道流、大洋潮汐以及從高度計回波反演海面風(fēng)速、 有效波高的反演算法基本定型，由大地水準(zhǔn)面反演海洋重力

31、場的算法也基本定型。全球大地水準(zhǔn)面是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不論是民間或軍事上都是重要的，由大地水準(zhǔn)面反演得到的海洋重力場也是地球物理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有助于了解海床地質(zhì)結(jié)構(gòu)例如含油氣構(gòu)造等。高度計測量的誤差軌道：軌道誤差包括在軌道半徑測量上的誤差和在軌跡位置確定上的誤差，時鐘的誤差也產(chǎn)生與軌道誤差等價的誤差。 坐標(biāo)系誤差：坐標(biāo)系誤差是采用多種不同坐標(biāo)系使用帶來的。電離層的折射率對電磁波傳播速度影響帶來的誤差。 對流層的折射率對電磁波傳播速度影響帶來的誤差：在對流層內(nèi)，大氣折射率對電磁波傳播速度帶來的影響也能帶來誤差。海浪造成的粗糙海面帶來的電磁波偏差海浪：造成的粗糙海面也帶來誤差。雨吸收帶來的誤差：雨吸收來自海面

32、的電磁波反射，減小了達(dá)到衛(wèi)星的信號水平。激光測距儀的跟蹤偏差極潮汐和逆氣壓等其它因素也產(chǎn)生偏差。第十章 合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)：一種主動式微波成像雷達(dá)，通過測量海面后向散射信號的幅值及其時間相位，并通過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化后向散射截面的圖像。合成孔徑雷分辨率 y：由雷達(dá)脈沖寬度確定的海面的距離分辨率（單位是m）x：由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的方位分辨率（單位是m） r： 從衛(wèi)星到探測點(diǎn)的距離（單位是m） c： 電磁波的速度即光速（單位是ms-1）： 雷達(dá)脈沖持續(xù)時間（單位是s）r = c：雷達(dá)發(fā)出的脈沖寬度（單位是m）： 雷達(dá)波束與垂直方向之間的夾角，即入射角： 雷達(dá)波束與衛(wèi)星飛行方向之間的夾角

33、，即方位角：方位角分辨率：被散射的雷達(dá)信號的多普勒頻率（單位是Hz）D：天線的孔徑對于雷達(dá)，由脈沖持續(xù)時間或者等價地說脈沖寬度確定的距離分辨率是 由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的方位分辨率是 多普勒效應(yīng)：波源和觀察者有相對運(yùn)動時，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率會產(chǎn)生差別的現(xiàn)象。方位分辨率：x：由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的方位分辨率（單位是m）由相對運(yùn)動所引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的“差頻”，通常被稱為多普勒頻率。使用來表示多普勒頻率（單位是Hz），則有 -由于電磁波的傳播速度c遠(yuǎn)大于衛(wèi)星相對海表面被探測點(diǎn)的運(yùn)動速度w，在公式（10-14）中w/c <<1，所以可忽略不計。所以 -式中是雷達(dá)發(fā)射的電磁

34、波波長；是方位角（azimuth angle），即雷達(dá)波束與衛(wèi)星速度w之間的夾角；衛(wèi)星相對海面上探測點(diǎn)的運(yùn)動速度w= w cos，由圖10-4顯示的示意圖容易理解這個關(guān)系。這里w是衛(wèi)星相對于地球的速度，w是衛(wèi)星相對于海面上探測點(diǎn)的速度。公式表示了多普勒頻率與方位角 之間的關(guān)系。使用方位角的微分來表示多普勒頻率的微分，有 -如果我們使用代表多普勒頻率的分辨率，使用代表方位角分辨率，那么，方位角分辨率可近似表示為 -根據(jù)離散數(shù)據(jù)的譜估計理論可知，頻率分辨率由采樣長度決定，頻率分辨率等于采樣長度的倒數(shù)。因此，多普勒頻率的分辨率|可以通過采樣時間長度近似地表示為 -通過舉例可以對公式（10-18）做出

35、物理解釋。例如，如果采樣時間長度=1秒，即我們只在1秒鐘的時間內(nèi)采集了數(shù)據(jù)，那么，可分辨波動的最大周期是1秒鐘；換句話說，可分辨波動的最小頻率是=1赫茲。因為我們僅僅采集了1秒鐘的數(shù)據(jù)，我們不可能分辨出更長周期的波動，譬如周期為10秒的、頻率為1/10赫茲的波動，因為采樣時間長度確定了分辨率。將代入到，我們獲得 使用XD = w 表示在整個采樣時間 內(nèi)衛(wèi)星移動的距離，則方位角分辨率變?yōu)?在推導(dǎo)的最后一步，我們獲得了合成孔徑雷達(dá)的方位分辨率，即 式中 XD =w 表示在整個采樣時間 tS 衛(wèi)星移動的距離。比較兩個公式（10-21）和（10-26），我們可以發(fā)現(xiàn) 2XDsin 和真實孔徑 D 在各

36、自公式中的作用相同，這等同于通過合成孔徑技術(shù)取得了一個比較大的天線孔徑。合成孔徑技術(shù)意味著依據(jù)多普勒效應(yīng)，采用“混頻”技術(shù)產(chǎn)生多普勒頻率，然后運(yùn)用“低通濾波”技術(shù)剔除隨之產(chǎn)生的高頻成分而只保留多普勒頻率成分。不但這些多普勒頻率的電磁波攜帶著地球表面粗糙度的信息，而且這些地球表面信息具有比傳統(tǒng)雷達(dá)更高的空間分辨率。所以，這種能夠利用多普勒效應(yīng)攜帶高分辨率地球表面信息的雷達(dá)被稱為合成孔徑雷達(dá)SAR。距離分辨率 S是衛(wèi)星，是入射角，線段SC代表衛(wèi)星與探測點(diǎn)之間的距離（range），線段AB代表沿雷達(dá)波束在地面的投影方向上能夠分辨的最小距離，我們稱之為距離分辨率（range resolution），并使用y表示之。2. 概念掌握