基礎海洋學第10章-遙感

1、基基 礎礎 海海 洋洋 學學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，是利用電磁波與大氣和海洋學，是利用電磁波與大氣和海洋相互作用原理，從衛(wèi)星平臺觀測相互作用原理，從衛(wèi)星平臺觀測和研究海洋的分支學科。它屬于和研究海洋的分支學科。它屬于多學科交叉的新興學科，其內(nèi)容多學科交叉的新興學科，其內(nèi)容涉及物理學、海洋學和信息學科，涉及物理學、海洋學和信息學科，并與空間技術、光電子技術、微并與空間技術、光電子技術、微波技術、計算機技術、通訊技術波技術

2、、計算機技術、通訊技術密切相關。密切相關。n 衛(wèi)星海洋遙感是近海洋科學取衛(wèi)星海洋遙感是近海洋科學取得重大進展的關鍵技術之一。得重大進展的關鍵技術之一。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（人造衛(wèi)星）及運行軌道、空間平臺（人造衛(wèi)星）及運行軌道n 2 2、衛(wèi)星傳感器：海色、紅外、微波高度計、衛(wèi)星傳感器：海色、紅外、微波高度計 等等n 3 3、數(shù)據(jù)傳輸：計算機、信號發(fā)射器、數(shù)據(jù)傳輸：計算機、信號發(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：計算機為主、圖像處理和數(shù)據(jù)處理：計算機為主n 6 6、海洋衛(wèi)星資料的反演：計算機人

3、、海洋衛(wèi)星資料的反演：計算機人n 7 7、GISGIS系統(tǒng)：資料庫、可視化系統(tǒng)：資料庫、可視化第一節(jié)第一節(jié) 引言引言三、衛(wèi)星遙感對海洋科學研究的價值三、衛(wèi)星遙感對海洋科學研究的價值n 1 1、衛(wèi)星遙感是海洋科學的一個新的分支學、衛(wèi)星遙感是海洋科學的一個新的分支學科。衛(wèi)星遙感對于海洋的觀測和研究不僅限于科。衛(wèi)星遙感對于海洋的觀測和研究不僅限于船舶與浮標所測量的參數(shù)以及在此基礎上所得船舶與浮標所測量的參數(shù)以及在此基礎上所得出的海洋學規(guī)律，衛(wèi)星遙感還開辟了一個新的出的海洋學規(guī)律，衛(wèi)星遙感還開辟了一個新的考慮問題的視角?？紤]問題的視角。海洋一號海洋一號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、感為海洋觀測和研究提供了一個嶄新的、衛(wèi)星海洋遙感為海洋觀測和研究提供了一個嶄新的數(shù)據(jù)集。與傳統(tǒng)的船舶和浮標數(shù)據(jù)相比，優(yōu)點：數(shù)據(jù)集。與傳統(tǒng)的船舶和浮標數(shù)據(jù)相比，優(yōu)點：1 1）大面積同步測量，有很高或較高的空間分辨率；）大面積同步測量，有很高或較高的空間分辨率；2 2）可滿足動態(tài)觀測和長期監(jiān)測的需求；）可滿足動態(tài)觀測和長期監(jiān)測的需求；3 3）實時或準實時性；）實時或準實時性；4 4）具有自動求面積平均值的功能；）具有自動求面積平均值的功能；5 5）可涉及船舶和浮標不易抵達的海區(qū)。）可涉及船舶和浮標不易抵達的海區(qū)。3 3、衛(wèi)星海洋遙感多傳感器資料可推動海洋科學交叉學、衛(wèi)星海洋遙感多傳感器資料可推動海

5、洋科學交叉學科研究的發(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）測量）測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、紅外輻射計工作原理、紅外輻射計工作原理n 利用紅外波段測溫的物理基礎是普朗克輻射定利用紅外波段測溫的物理基礎是普朗克輻射定律。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)星海表溫度的應用、衛(wèi)星海表溫度的應用 衛(wèi)

6、星海表溫度廣泛應用與海洋動力學、海氣相互衛(wèi)星海表溫度廣泛應用與海洋動力學、海氣相互作用、漁業(yè)經(jīng)濟研究和污染監(jiān)測等方面。作用、漁業(yè)經(jīng)濟研究和污染監(jiān)測等方面。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。它利用星載可見紅外掃描輻射海洋遙感技術。它利用星載可見紅外掃描輻射計接收海面向上光譜輻射，經(jīng)過大氣校正，根計接收海面向上光譜輻射，經(jīng)過大氣校正，根據(jù)生物光學特性，獲取海中據(jù)生物光學特性，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。因而它對海洋物含量等海

7、洋環(huán)境要素。因而它對海洋初級生初級生產(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）是一個以可）是一個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）是裝載在美國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基礎上進行了改進和提高基礎上進行了改進和提高：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個科學儀器將對地球海洋、大氣層、陸地、冰雪覆蓋區(qū)域以及植被等展開綜合觀測，搜集全球降雨、水蒸發(fā)、云層形成、洋流等水循環(huán)活動數(shù)據(jù)。利用這 些數(shù)據(jù)，科學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，從而加深對地球生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境變化之間相互作用關系的理解。該衛(wèi)星還可以對地球大氣層 溫度和濕度、海洋表面溫度、土壤濕度等變化進行更精確的測量，有關測量結果在天氣預報上據(jù)認為有重要價值。 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)星遙感有關的海洋光學特性、與海色衛(wèi)星遙感有關的海洋光學特性n 海洋光學理論是海色衛(wèi)星

10、遙感的基礎。海洋光學理論是海色衛(wèi)星遙感的基礎。n 海色傳感器可見光通道是按照海洋中主要成分的光學海色傳感器可見光通道是按照海洋中主要成分的光學特性設置的，每個通道對應于海洋中各種組分吸收光譜特性設置的，每個通道對應于海洋中各種組分吸收光譜中的強吸收帶和最小吸收帶中的強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：將傳感器輸出的計數(shù)值換算成輻亮度）輻射量定標：將傳感器輸出的計數(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）生物光學算法：用輻亮度反演水中葉綠素、懸移質(zhì)、）生物光學算法：用輻亮度反演

11、水中葉綠素、懸移質(zhì)、溶解有機物（膠體物）濃度溶解有機物（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)星資料的應用、海色衛(wèi)星資料的應用n 1 1）海洋初級生產(chǎn)力與海洋漁業(yè)）海洋初級生產(chǎn)力與海洋漁業(yè)n 2 2）海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與研究）海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與研究n 3 3）河口海岸帶泥沙濃度及其運移）河口海岸帶泥沙濃度及其運移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、微波高度計三、微波高

12、度計n 從衛(wèi)星探測海洋動力參數(shù)主要依靠微波傳感從衛(wèi)星探測海洋動力參數(shù)主要依靠微波傳感器，其中高度計（器，其中高度計（AltimeterAltimeter，ALTALT）最為成熟。）最為成熟。 n ALTALT通過對海平面高度、有效波高、向后散通過對海平面高度、有效波高、向后散射的測量，可同時獲取流、浪、潮、海面風速射的測量，可同時獲取流、浪、潮、海面風速等重要動力參數(shù)。等重要動力參數(shù)。n 衛(wèi)星高度計還可應用于地球結構和海域重力衛(wèi)星高度計還可應用于地球結構和海域重力場研究。場研究。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 與海平面高度有關的幾個曲面以及引起海平與海平面高度有關的幾個曲

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）大地水準面）大地水準面n 3 3）瞬時海面）瞬時海面n 4 4）平均海平面）平均海平面n 5 5）海面動力高度）海面動力高度n 6 6）大地水準面起伏）大地水準面起伏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)星微波高度計工作的基本原理衛(wèi)星微波高度計工作的基本原理n 衛(wèi)星高度計由一臺脈沖發(fā)射器、一臺靈敏接衛(wèi)星高度計由一臺脈沖發(fā)射器、一臺靈敏接收器和一臺精確計時鐘構成。收器和一臺精確計時鐘構成。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脈沖，接收器檢測經(jīng)海面反射的其狹窄的雷達脈沖，接收器檢測經(jīng)海面反射的電磁波信號，再由計時鐘精確測定發(fā)射和接收電磁波信號，再由計時鐘精確測定發(fā)射和接收的時間間隔，便可算出由高度計質(zhì)心到星下點的時間間隔，便可算出由高度計質(zhì)心到星下點瞬時海面的距離。瞬時海面的距離。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)星高度計的應用衛(wèi)星高度計的應用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）大地水準面與重力異常）大地水準面與重力異常n 5 5）有效波高）有效波高n 6 6）海面風速）海面風速第三

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、微波散射計四、微波散射計n 衛(wèi)星散射計風場數(shù)據(jù)對于海洋環(huán)境數(shù)值預報、衛(wèi)星散射計風場數(shù)據(jù)對于海洋環(huán)境數(shù)值預報、海洋災害監(jiān)測、海氣相互作用、氣象預報、氣候海洋災害監(jiān)測、海氣相互作用、氣象預報、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)星散射計資料與靜止氣目前常見的方法是將衛(wèi)星散射計資料與靜止氣象衛(wèi)星云圖和微波輻射計象衛(wèi)星云圖和微波輻射計SSM/ISSM/I圖像相互補充。圖像相互補充。n 靜止氣象衛(wèi)星具有較高的時間分辨率；靜止氣象衛(wèi)星具有較高的時間分辨率；n 衛(wèi)星散射計具有較高的精度和空間分辨率；衛(wèi)星散射計具有較高的精度和空

16、間分辨率；n SSM/ISSM/I也具有較高的時間分辨率。也具有較高的時間分辨率。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星載微波散射計測風原理星載微波散射計測風原理n 微波散射計通過測量風引起的粗糙海面對微微波散射計通過測量風引起的粗糙海面對微波的后向散射特性來推算風場。波的后向散射特性來推算風場。n 在海面上，毛細波疊加在重力波上，風的變在海面上，毛細波疊加在重力波上，風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)回向散射與風矢量之間的散射隨之變化。根據(jù)回向散射與風矢量之間的相關模式，經(jīng)過地球物理定標后就能得出海面相關模

17、式，經(jīng)過地球物理定標后就能得出海面風場。風場。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)星風場資料的應用衛(wèi)星風場資料的應用n 1 1）臺風與熱帶氣旋）臺風與熱帶氣旋n 2 2）二氧化碳氣體交換）二氧化碳氣體交換n 3 3）海洋環(huán)境數(shù)值預報）海洋環(huán)境數(shù)值預報第三節(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、星載合成孔徑雷達五、星載合成孔徑雷達n 合成孔徑雷達合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Synthetic Aperture RadarRadar，SARSAR）是一種主動式微波成像雷達，它）是一種主動式微波成像雷達，它被認為是最有效、最有潛力的衛(wèi)星傳感器。它被認為是最有效、最有潛力的衛(wèi)星傳感器。它具有良好的空間分辨率，可與光學遙感圖像相具有良好的空間分辨率，可與光學遙感圖像相比擬；又具有全天候全天時工作的優(yōu)點。比擬；又具有全天候全天時工作的優(yōu)點。n SARSA