高光譜遙感的海洋應(yīng)用

1、高光譜遙感在海洋學(xué)的應(yīng)用魏志奇北京歐普特科技有限公司W(wǎng)海洋遙感的特點(diǎn)n快速且具有很高的分辨率n大面積同步觀(guān)測(cè)n更新速度快，動(dòng)態(tài)和長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)n涉及船舶等不易抵達(dá)的海區(qū)n多學(xué)科交叉研究n成本低廉應(yīng)用n葉綠素濃度 海洋初級(jí)生產(chǎn)力 全球通量 其他海洋現(xiàn)象n懸移質(zhì)濃度nDOM濃度n大氣氣溶膠n淺海水深n海表溫度n海面風(fēng)場(chǎng)n海浪n海水n海底地形n風(fēng)暴潮n水汽和降雨n海面油污nCO2海/氣交換在沿海及內(nèi)陸水域環(huán)境中的應(yīng)用在沿海及內(nèi)陸水域環(huán)境中的應(yīng)用 在海洋與內(nèi)陸水色遙感中，高光譜成像光譜數(shù)據(jù)可以用于估算和分析水域中的吸收和散射成分（這些成分主要包括水體中的葉綠素、浮游生物、不可溶解的有機(jī)質(zhì)、懸浮沉淀物、基底

2、物質(zhì)組成、半淹沒(méi)水生植物等），用于識(shí)別和估算水域中葉綠素、黃色物質(zhì)及懸浮物的含量并且用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)。通過(guò)高光譜遙感對(duì)葉綠素估算，監(jiān)視浮藻生長(zhǎng)、浮游生物的分布和魚(yú)群位置，估算浮游生物的生物量和第一生產(chǎn)力。Chen等（1992）利用微分光譜估算水體中懸浮的色素，Carder等（1993）應(yīng)用AVIRIS數(shù)據(jù)對(duì)美國(guó)佛羅里達(dá)Tampa海灣的可溶性物質(zhì)和微粒成分進(jìn)行了研究。而Hamcition等（1993）則應(yīng)用AVIRIS對(duì)水深、湖底制圖方面進(jìn)行了研究。而Richardson等（1994）利用AVIRIS數(shù)據(jù)探測(cè)海水中藻類(lèi)光合作用的相關(guān)色素。Sandidge等（1998）分析了AVIRIS數(shù)據(jù)建立了水深

3、與高光譜數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系。 海表溫度(SST)n紅外輻射計(jì)（3-5，8-14um) 普朗克定律 利用海洋的比輻射率變化極小的特點(diǎn) B(，T)=2hc2 /5 1/exp(hc/RT)-1 B(，T)黑體的光譜輻射亮度(W/m2/Sr/m ) 輻射波長(zhǎng)(m) T黑體絕對(duì)溫度(K、T=t+273k) C光速(2.998108 ms-1 ) h普朗克常數(shù)， 6.62610-34 JS K波爾茲曼常數(shù)(Bolfzmann)， 1.38010-23 JK-1 基本物理常數(shù)n海表溫度反演常用的算法 MCSST, CPSS, NLSST等紅外輻射測(cè)量示例海表溫度測(cè)量的成功應(yīng)用n全球氣候變化n海洋熱收支nC

4、O2氣體交換系數(shù)nEl Nino現(xiàn)象n黑潮和灣流n中尺度漩渦及其變化n湍動(dòng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)n魚(yú)類(lèi)的回游路線(xiàn)n油污染和熱污染n漁場(chǎng)信息海洋初級(jí)生產(chǎn)力與海洋漁業(yè)n與葉綠素相關(guān)n葉綠素濃度初級(jí)生產(chǎn)力的時(shí)空變化對(duì)海洋生物學(xué)、全球氣候變化和全球生態(tài)環(huán)境研究意義重大n確定對(duì)CO2的調(diào)控能力海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)n赤潮n污染n某些中尺度海洋現(xiàn)象河口海岸帶泥沙濃度及其運(yùn)移n懸移質(zhì)遙感定量經(jīng)驗(yàn)公式 R = A + B*log(S) R = C + S/(A+BS) S=懸移質(zhì)含量，R = 反射比， A、B、C=常數(shù)海洋通量及固碳能力n估計(jì)海洋對(duì)CO2的吸收存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移能力n確定海洋碳系統(tǒng)的變化FieldSpec Dual V

5、NIRn雙光路系統(tǒng)n光譜范圍：350-1050nm;n光譜分辨率：3nmn積分時(shí)間：最短17msn可用附件：n延長(zhǎng)光纖n視長(zhǎng)角鏡頭n余弦接收器n參考板（白板或灰板）n光度標(biāo)定n室內(nèi)照明光源n測(cè)量參數(shù)：n輻射照度（Irradiance）n輻射亮度（Radiance)n反射率光譜儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩種顯示方式：Display-Overlay ReferenceDisplay-View Reference在這個(gè)窗口中可以控制修改Reference Spectrometer的積分時(shí)間，前視場(chǎng)角鏡頭以及DC SH在這個(gè)主窗口中積分時(shí)間前視場(chǎng)角鏡頭是作用于目標(biāo)光譜儀的可選用的附件 光纖n標(biāo)準(zhǔn)光纖n長(zhǎng)度1.5mn1

6、9條200微米芯徑UV增強(qiáng)光纖構(gòu)成n鎧裝保護(hù)：金屬螺紋管+PVC外皮n水上應(yīng)用n延長(zhǎng)光纖n長(zhǎng)度：可選n構(gòu)成n連接方式：直接連接或者跳線(xiàn)方式n鎧裝：水上或者水下應(yīng)用鎧裝n不推薦對(duì)光纖跳線(xiàn)作光度標(biāo)定可選用的附件 鏡頭n視場(chǎng)角鏡頭n外形及視場(chǎng)角n外形n視場(chǎng)角：1度、3度n水下及水上測(cè)量 水下測(cè)量必須選用帶有法蘭盤(pán)的水下光纖n與標(biāo)準(zhǔn)光纖或者與延長(zhǎng)光纖連接（水下或者水上測(cè)量）n可測(cè)量參數(shù)n反射率 僅用于測(cè)量光路n輻射亮度測(cè)量（Radiance） 測(cè)量光路可選用的附件 余弦接收器n余弦接收器n外形及構(gòu)造n外形及構(gòu)造n與標(biāo)準(zhǔn)光纖或者與延長(zhǎng)光纖連接n水下測(cè)量必須選用帶有法蘭盤(pán)的水下光纖n可測(cè)量參數(shù)n輻射照度（

7、Irradiance） 參比光路可選用的附件 室內(nèi)照明光源n外形n應(yīng)用：作為穩(wěn)定的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)用光源n參數(shù)：n發(fā)光光譜范圍：350 2500nmn功率：50Wn可調(diào)焦、帶有三角架連接螺孔FieldSpec Dual VNIR的操作Viewing and Controling the Target Spectrometer and the Reference spectrometerDisplay-Overlay ReferenceDisplay-View Reference目標(biāo)光譜儀和參比光譜儀參比光譜儀Control-Target ConfigurationControl-Reference C

8、onfiguration可以修改積分時(shí)間，鏡頭，光譜平均和暗電流平均只能修改積分時(shí)間和前視場(chǎng)角鏡頭，不能修改光譜和暗電流平均數(shù)據(jù)的保存n當(dāng)保存RAW DN(原始DN值)，Radiance(輻射亮度值)和Irradiance(輻射照度值)的時(shí)候兩個(gè)光譜儀都保存數(shù)據(jù)。分別是*t.000和/*r.000n當(dāng)只是保存Reflectance(反射率數(shù)據(jù)) 的時(shí)候，則只保存*t.000，即只保存目標(biāo)光譜儀采集的數(shù)據(jù)。View up to 4 spectraDisplay-view filesSaturation Alarm 飽和警告n主窗口顯示的是Target Spectrometer目標(biāo)光譜儀的飽和情況

9、，Reference spectrum窗口顯示的是Reference Spectrometer 的飽和情況。n消除飽和警告需要重新優(yōu)化，改變儀器的積分時(shí)間Auto Menun當(dāng)選擇第一個(gè)DC before spectrum stored的時(shí)候，表示當(dāng)按空格鍵保存數(shù)據(jù)之前會(huì)對(duì)兩個(gè)光譜儀采集暗電流n當(dāng)選擇Optimize before spectrum stored 的時(shí)候，則在光譜儀保存數(shù)據(jù)之前兩個(gè)光譜儀會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)的光照情況自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間n當(dāng)選擇Create inter-calibration file after WRcommand,表示在每次測(cè)白板后自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部校準(zhǔn)文件How to a

10、djust the Target Spectrometer Wavelength Calibration如何對(duì)目標(biāo)光譜儀做波長(zhǎng)校準(zhǔn)n1、首先點(diǎn)擊Display,選擇Overlay Referencen2、在兩個(gè)光譜儀中選擇前視場(chǎng)角鏡頭n3、將兩光譜儀的鏡頭對(duì)準(zhǔn)具有明顯光譜特征的物體，例如太陽(yáng)或者熒光燈。n4、放大一個(gè)明顯的光譜吸收峰，記錄兩個(gè)光譜儀的吸收峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。n5、計(jì)算第四步中波長(zhǎng)差值得出一個(gè)補(bǔ)償值n6、打開(kāi)Target Configuation對(duì)話(huà)框，7、填入補(bǔ)償值8、點(diǎn)擊OK退出對(duì)話(huà)框9、重復(fù)以上8個(gè)步驟以使得目標(biāo)光譜儀和參比光譜儀波長(zhǎng)值一致。How to create an inter-calibration file for real-time reflectance-manually or automaticaly怎樣對(duì)實(shí)時(shí)光譜反射率創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部定標(biāo)文件n目的：在反射率的測(cè)量中，對(duì)兩個(gè)光譜儀的靈敏度差異進(jìn)行校正nThecorrected reflectance is then computed by dividing the Target/Reference ratio by the specified inter-calibration file.？n兩種創(chuàng)建內(nèi)部定標(biāo)文件的方法：手動(dòng)的和自動(dòng)的需要注意的n對(duì)目標(biāo)光譜儀