海洋科學(xué)導(dǎo)論論文

1、衛(wèi)星海洋遙感技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值及發(fā)展建議摘要:衛(wèi)星海洋遙感，或稱空間海洋學(xué)，是利用電磁波與大氣和海洋的相互作用 原理， 從衛(wèi)星平臺(tái)觀測和研究海洋的學(xué)科分支。它屬于多學(xué)科緊密交叉的新興 學(xué)科，其內(nèi)容涉及物理學(xué)、海洋學(xué)和信息學(xué)科，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)密切相關(guān)。衛(wèi)星海洋遙感是20 世紀(jì)后期海洋科學(xué)取得重大進(jìn)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。 與西方國家相比， 中國對衛(wèi)星海洋遙感技術(shù)的 研發(fā)與應(yīng)用起步較晚。 十八大以來， 國家對海洋資源開發(fā)日益重視， 衛(wèi)星海洋遙 感技術(shù)在這方面將會(huì)起到重要作用。關(guān)鍵詞： 衛(wèi)星海洋遙感 應(yīng)用價(jià)值 發(fā)展建議正文： 一、衛(wèi)星海洋遙感系統(tǒng)1、空間平臺(tái)及軌道裝

2、載傳感器的空間運(yùn)載工具稱為空間平臺(tái)， 它包括人造衛(wèi)星、 宇宙飛船、 天 空實(shí)驗(yàn)室等。 衛(wèi)星作為海洋遙感的空間平臺(tái)， 除安裝傳感器外， 還裝備如設(shè) 備：電源、熱控制器、方位控制器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。電源通常采用太陽能電池 并與畜電池相連以提供夜間能源。 熱控制器為保證傳感器及其它電子裝置正常工 作。方位控制器用于控制空間平臺(tái)的方位。2、衛(wèi)星傳感器 目前用于海洋觀測的所有衛(wèi)星傳感器，均根據(jù)電磁輻射原理獲取海洋信息。遙感技術(shù)采用的電磁波包括可見光、紅外、微波。其中，可見光譜范圍在0.40.7卩m，紅外波譜在1100卩m,微波波段在0.3-100GHz 傳感器按工作方式 可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。 被動(dòng)傳感

3、器如可見紅外掃描輻射計(jì)， 微波輻射計(jì)等； 主動(dòng)式如微波高度計(jì)、 微波散射計(jì)、 合成孔徑雷達(dá)等。 衛(wèi)星傳感器的種類很多， 目前用于海洋研究的傳感器主要有：海色傳感器： 主要用于探測海洋表層葉綠素濃度、 懸移質(zhì)濃度、 海洋初級生產(chǎn) 力、漫射衰減系數(shù)以及其他海洋光學(xué)參數(shù)。紅外傳感器：主要用于測量海表溫度。微波高度計(jì)：主要用于測量平均海平面高度、大地水準(zhǔn)面、有效波高、海面風(fēng) 速、海流、重力異常、降雨指數(shù)等。微波散射計(jì)：主要用于測量海面 10m處風(fēng)場。合成孔徑雷達(dá)： 主要用于探測波浪方向譜、 中尺度渦旋、 海洋內(nèi)波、淺海地形、 海面污染以及海表特征信息等。微波輻射計(jì)：主要用于測量海面溫度、海面風(fēng)速以及海

4、冰、降雨、C02海-氣交換等。3、數(shù)據(jù)傳輸星載傳感器通常產(chǎn)生測量電壓或頻率信號， 然后進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。在采用二 進(jìn)制編碼中，一般用0255或01023或02047對輻射掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化 處理，每個(gè)象元要求8bit、10bit或12bit。由于海洋信息往往比陸地低許多，因 此，對于專為海洋應(yīng)用的傳感器， 可將數(shù)字化數(shù)據(jù)的最大值和最小值限制在一定 范圍內(nèi)， 在給定數(shù)據(jù)傳輸率的條件下，提高傳感器的輸出準(zhǔn)確度。對于非掃描 式傳感器， 由于其測量頻率較低， 可以在提高數(shù)據(jù)傳輸率的同時(shí)， 盡可能提高數(shù) 據(jù)分辨率。對于掃描式傳感器，其數(shù)據(jù)幾乎是連續(xù)產(chǎn)生，則須在采樣率、數(shù)字化 間隔及數(shù)據(jù)傳輸率之間求得平衡。一

5、般情況下傳感器自身還產(chǎn)生少量校準(zhǔn)信號。 此外，衛(wèi)星還提供相關(guān)的位置、 方位、 環(huán)境參數(shù)以及電源數(shù)字化數(shù)據(jù)作為測試掃 描信號的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 在掃描傳感器中， 每個(gè)掃描數(shù)列都配有這種校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 這些 信號都隨數(shù)據(jù)流一起傳輸?shù)降孛娼邮照尽?、海洋衛(wèi)星資料的反演 所謂衛(wèi)星資料的反演， 是指從衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)獲得定量海洋環(huán)境參數(shù)的數(shù)學(xué)物 理方法，從電磁場到物質(zhì)性質(zhì)或地球物理性質(zhì)的逆運(yùn)算。從衛(wèi)星平臺(tái)觀測海洋， 海洋信息經(jīng)過復(fù)雜的海洋 / 大氣系統(tǒng)而被星載傳感器接收，然后再傳輸?shù)叫l(wèi)星地 面站。被動(dòng)遙感（可見、紅外、微波）的反演問題，主要是消除信息傳輸過程中 海洋/大氣的影響。主動(dòng)遙感（微波為主）的反演問題，主要是

6、從微波與海面相 互作用中提取海洋信息。 海洋信息往往比陸地信息小 2-3個(gè)量級，并且海洋屬 于動(dòng)態(tài)環(huán)境， 因此，海洋衛(wèi)星資料的反演問題更為復(fù)雜和重要。 反演方法有準(zhǔn)解 析、數(shù)值模擬、統(tǒng)計(jì)回歸或以上幾種的結(jié)合。反演方法和模式有適用于全球的， 也有適用于區(qū)域的。 后者一般比前者有高的反演精度。 一般來說， 它是一個(gè)非線 性系統(tǒng)。海洋 / 大氣傳輸過程由一個(gè)不可解的積微分方程描述。電磁波與海洋相 互作用的物理機(jī)制更為復(fù)雜。二、衛(wèi)星遙感對海洋科學(xué)的價(jià)值洋科學(xué)三門學(xué)科交叉的產(chǎn)物， 其理論基礎(chǔ)為電磁波與海洋、 大氣的相互作用 以及海洋 /大氣輻射傳遞。衛(wèi)星海洋遙感涉及廣闊的電磁波范圍，包括可見光、 紅外和

7、微波。 可見光遙感利用太陽光源， 紅外遙感利用海面熱輻射， 微波遙感分 為海面微波輻射被動(dòng)源和星載微波雷達(dá)主動(dòng)源。 將來，激光可能成為星載主動(dòng)源。 衛(wèi)生海洋遙感的研究內(nèi)容包括物理機(jī)制、 海洋衛(wèi)生傳感器方案、 反演理論和模型、 圖象處理與信號處理、衛(wèi)生數(shù)據(jù)海洋學(xué)應(yīng)用、海洋 GIS等。其次， 衛(wèi)星海洋遙感為海洋觀測和研究提供了一個(gè)嶄新的數(shù)據(jù)集。 這個(gè)數(shù) 據(jù)集覆蓋了相當(dāng)部分海洋環(huán)境參數(shù)和信息， 包括海表溫度、 大氣水汽、 葉綠素濃 度、懸移質(zhì)濃度、 DOM 濃度、海洋初級生產(chǎn)力、海洋光學(xué)參數(shù)、大氣氣溶膠、 海平面高度、 大地水準(zhǔn)面、 海流、重力異常、 海洋降雨、 有效波高、 海浪方向譜、 海面白帽、

8、內(nèi)波、淺海地形、海面風(fēng)場、海面油膜、海面污染、C02海/氣交換等方面。這個(gè)數(shù)據(jù)集的工作平臺(tái)在離地球 8001000km的衛(wèi)星上，與傳統(tǒng)的船 舶、浮標(biāo)數(shù)據(jù)相比，具有以下無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：（1）大面積同步測量，且具有很高或較高的空間分辨率?？蓾M足區(qū)域海洋 學(xué)研究乃至全球變化研究的需求。（2） 可滿足動(dòng)態(tài)觀測和長期監(jiān)測的需求。 90年代，各國海洋衛(wèi)星計(jì)劃已構(gòu) 成 10 20 年時(shí)間尺度的連續(xù)觀測， 以滿足海洋環(huán)境業(yè)務(wù)化監(jiān)測和氣候研究的迫 切要求。（3）實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)性。 可滿足海洋動(dòng)力學(xué)觀測和海洋環(huán)境預(yù)報(bào)的需求。 目前， 衛(wèi)星對于同一海域的觀測時(shí)間間隔為半小時(shí)至一個(gè)月。（4）衛(wèi)星資料不僅具有大面積同步測

9、量的特點(diǎn)， 同時(shí)具有自動(dòng)求面積平均值 的特點(diǎn)，尤其適用于數(shù)值模型的檢驗(yàn)和改進(jìn)。衛(wèi)星資料在海洋數(shù)值模式中的數(shù) 據(jù)同化是當(dāng)今的前沿研究課題之一。（5）衛(wèi)星觀測可以涉及船舶、浮標(biāo)不易抵達(dá)的海區(qū)。 第三，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)科研究的發(fā)展。衛(wèi)星海洋遙感各種傳感器所提供的海洋環(huán)境參數(shù)和信息， 涉及海洋動(dòng)力學(xué)、 海洋生 物學(xué)、海岸帶、全球變化、海氣相互作用、海洋通量、海洋生態(tài)學(xué)等。 90 年代 以來，國際上的海洋衛(wèi)星計(jì)劃提供了多傳感器同步應(yīng)用的條件。 這樣，不僅推動(dòng) 了衛(wèi)星海洋遙感自身的深入發(fā)展， 同時(shí)，推動(dòng)了衛(wèi)星海洋遙感與各海洋學(xué)分支的 交叉研究以及海洋學(xué)各分支學(xué)科的交叉研究。三、

10、對海洋遙感技術(shù)發(fā)展的建議 為使我國海洋遙感技術(shù)得到健康發(fā)展 , 特建議如下：1 ：拓寬投資渠道 , 盡早將海洋衛(wèi)星列入國家航天計(jì)劃 , 系統(tǒng)開展海洋衛(wèi)星預(yù)研。 采取國內(nèi)外多渠道的融資辦法 , 建立海洋衛(wèi)星發(fā)展基金 , 解決海洋衛(wèi)星的經(jīng)費(fèi)間 題。2 ：盡快成立國家海洋遙感中心。此機(jī)構(gòu)的設(shè)立可改善海洋遙感的管理狀況 , 有 利于海洋遙感技術(shù)的健康發(fā)展。3： 有必要從國家遙感技術(shù)發(fā)展規(guī)劃著手 ,：海上實(shí)驗(yàn)場應(yīng)盡早建設(shè) , 選址及其職：地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃 , 充分考慮到海洋衛(wèi)星與其他資源衛(wèi)星的兼性 , 本著多方受益的原則 , 最大限度地發(fā)揮投資效益。：遙感器升級換代及遙感資料產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)作出長

11、遠(yuǎn)規(guī)劃 , 對海洋遙感特別有 效的微波儀器的研制及其資料的應(yīng)用應(yīng)擺在優(yōu)先地位 , 在不太長的時(shí)間內(nèi) , 要有 不同層次、內(nèi)容廣泛、使用便利的海洋遙感資料產(chǎn)品供應(yīng)市場,發(fā)揮它們在管理決策、搶險(xiǎn)救災(zāi)、科學(xué)研究、生產(chǎn)指揮等方面的作用。：近期內(nèi)要經(jīng)過科學(xué)論證 , 選準(zhǔn)一項(xiàng)對國家或地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重大影響的 實(shí)際項(xiàng)目 , 做出成績 , 顯示海洋遙感技術(shù)不可替代的作用。：海洋遙感信息的開發(fā)可利用“ 信息高速公路” 的技術(shù)成就 , 加快海洋綜合 管理信息系統(tǒng)和海洋地理信息系統(tǒng)的建設(shè) , 使更多的實(shí)際工作者認(rèn)識(shí)到海洋遙感信息 的實(shí)用價(jià)值。：要像計(jì)算機(jī)的普及推廣那樣 , 在全國普及推廣海洋遙感技術(shù)。海洋遙感技術(shù) 只要像計(jì)算機(jī)技術(shù)那樣 , 成為海洋各行各業(yè)得心應(yīng)手的工具 , 其產(chǎn)業(yè)才能實(shí)現(xiàn) 10 ：有組織、有計(jì)劃地做好海洋遙感技術(shù)科普宣傳和教育作, 培養(yǎng)跨世紀(jì)海洋遙感技術(shù)人才 縮短與國際先進(jìn)水平的差距。四、結(jié)語2l 世紀(jì)是海洋的世紀(jì)， 海洋經(jīng)濟(jì)是未來的朝陽產(chǎn)業(yè)， 如何把我國由海洋大國 變?yōu)楹Ｑ髲?qiáng)國，是我們每個(gè)海洋人肩上的重任。以我國進(jìn)行有史以來投入最大、 調(diào)查范圍最廣、調(diào)查技術(shù)最先進(jìn)的近海海洋調(diào)查項(xiàng)目。充