海洋遙感特點及應(yīng)用

（一）海洋及海洋遙感的特點研究全球環(huán)境，脫離了占71%的海洋不行，海洋又是人類尚未開發(fā)的處女地，因而海洋遙感具有深遠意義。海洋主要是由不斷運動著的海水組成。大片的海水構(gòu)成了一個龐大、完整的動力系統(tǒng)，并有相當?shù)纳疃取：Ｑ蟋F(xiàn)象具有范圍廣、幅度大，變化速度快的特點。常規(guī)的海上調(diào)查是通過穿航線、取樣等來完成的。海洋如此遼闊、海洋實地調(diào)查無論規(guī)模、范圍、頻度均受到限制。它除了對海上航線及附近地區(qū)進行觀測外，對其它大部分水域是無能為力的。而海洋遙感卻是個最重要的探測手段。從海洋光學(xué)的角度看，給海面輻射的光源有太陽直射光和天空漫射光。它們照射海面后約3.5%被海面直接反射回空中，為海面反射光。它的強度與海面性質(zhì)有關(guān)（如海冰、海面粗糙度等）。其余的光則透射到海中，大部分被海水所吸收，部分被海水中的懸浮粒所散射產(chǎn)生水中散射光，它與海水的混濁度相關(guān)。衰減后的水中散射光部分到達海底形成海底反射光。水中反射光的向上部分以及淺海條件下的海底反射光，組成水中光。水中光、海面反射光、天空反射光以及大氣散射光共同被空中探測器所接收。其中前兩者內(nèi)包含有水中信息，因而可以通過高空探測水中光和海面光以獲得關(guān)于浮游生物、濁水污水等的質(zhì)量和數(shù)量信息，以及海面性質(zhì)的有關(guān)信息。此外，海水對不同電磁波譜段有不同的透明度，即光對海水的穿透能力受海水混濁度的影響很大。光對不同混濁度海水的穿

透能力不同。水體對0?45-0.55微米波長的光的散射最弱，衰減系數(shù)最小，穿透能力最強。隨著水的混濁度增大，衰減系數(shù)增大，穿透能力減弱，最大穿透深度的光譜段也由藍變綠，所以海水顏色隨其混濁度強大而由藍一綠一黃逐漸過渡。盡管海水由于葉綠素、渾濁度或表面形態(tài)不一而具有不同的波借特征，而且不同波譜段對海水有不同的穿透力，同一波譜段對不同類型的海水有不同的穿透力，但是，海洋的光譜特征差異與陸上地表物體相比要小得多，因而所成的圖象反差很低。另外,海洋信息的獲取還受到海洋環(huán)境的各種干擾因素的影響，如不同太陽入射角、不同觀察高度、不同氣候條件（云層影響）、不同海面條件（海面粗糙度、波浪及傳播方向）、不同底質(zhì)條件以及水體本身不同的生物、化學(xué)、物理因素等。因而，對于海洋遙感來說,除了采用可見光、紅外光段外，必須開辟新的電磁波譜段一微波海洋微波輻射取決于兩個主要因素。一是海面及一定深度下的復(fù)介電常數(shù)。它是由表層物質(zhì)組成及所處熱力學(xué)溫度決定的。海水雖成分復(fù)雜（有各種鹽類、有機質(zhì)、懸浮粒等），但從微波輻射角度，則可以看成是含有Nacl等鹽類的導(dǎo)電溶液。其介電常數(shù)是海水溫度、鹽度的函數(shù)。因而海洋微波遙感可測得海面溫度和含鹽度。二是海面至一定深度內(nèi)的幾何形狀結(jié)構(gòu)，即海面粗糙度。從這個角度可將海面分為：圖-21.射九海上馬浴福的光罔圖-21.射九海上馬浴福的光罔1-22水的分光璉就特性?-■平靜海面—海面無風(fēng)或風(fēng)速很小，可用物理光學(xué)理論處理。風(fēng)浪海面—海面有風(fēng)浪而成為一個隨機起伏的.租糙面。此時電磁波在界面上產(chǎn)生復(fù)雜多變的多次反射和散射。大風(fēng)浪在海面還形成白泡沫帶（含大量氣泡和水滴），因而粗糙海面與平靜海面的輻射亮度溫度具有明顯差異。通過建立輻射亮度溫度與海浪譜、海面風(fēng)速的關(guān)系以測定之。污染海面—一般指石油污染等形成的兩層介質(zhì)。它引起亮度溫度的顯著差異。凍結(jié)海面—海面有海冰、冰山等。由于冰雪介電常數(shù)較水體小，比輻射率大很多，因而可以根據(jù)亮度溫度反差來確定海冰的位置、范圍、結(jié)構(gòu)、含水量、類型、質(zhì)量和冰齡。微波共有一定的云層穿透能力。對于云層它比可見光、熱紅外光段的能量衰減要小得多。針對上述海洋特點，海洋遙感也需要有它自己獨特的研究手段和傳感器。歸納起來海洋遙感具備以一下特點:

要有高空和宇宙空間的遙感平臺，以進行大面積的同步覆蓋。以微波為主。微波可以在各種天氣條件下，透過云層獲取全天候、全天時的世界海洋信息。此外，海洋微波信息中包含有大量海面溫度、海水含鹽度以及海面形態(tài)結(jié)構(gòu)等信息。電磁波與激光、聲波的結(jié)合是擴大海洋遙感深度的一條新路。遙感不能僅局限于海的表面，而要有一定的深度。海洋遙感從可見光到紅外到微波雖都被利用，但仍局限于海表面很薄的一層。利用激光，遙感水層的深度有了擴大。而利用聲波遙感則可以克服深度上的局限性，將遙感技術(shù)應(yīng)用范圍延伸到海底。海洋遙感要有其它海洋調(diào)查手段和海面實測資料(海洋調(diào)查船、浮標、潛水器等海洋常規(guī)調(diào)查)作參考，方能有效地發(fā)揮作用。海洋系列衛(wèi)星的應(yīng)用海洋衛(wèi)星系列可以提供大量信息，但因海洋衛(wèi)星所獲取的資料許多未被公開，我們真正可以得到的信息尚有限。這也就在一定程度上限制了它的應(yīng)用。對于它的應(yīng)用領(lǐng)域的研究，目前還處于試驗階段。但是，對海洋的開發(fā)利用，已是世界十分關(guān)注的問題，這將推動著海洋遙感的迅猛發(fā)展。面舉幾方面的例子說明。這將推動著海洋遙感的迅猛發(fā)展。面舉幾方面的例子說明。海面溫度和水色的研究利用微波和紅外影像的色調(diào)差異，可繪制等溫線圖，以示海面溫度分布狀況。由于水對紅外波段吸收很大，故紅外測水溫只能測得水面下表皮層0.02毫米厚度的溫度。水對微波區(qū)的電磁波的吸收比對紅外區(qū)要小得多，因而微波測水溫一般可得水面及水面以下約1毫米深度的水溫。運用海洋衛(wèi)星的多通道微波掃描輻射計（SMMR）測量表面溫度的靈敏度，其均方根誤差可達1?2°C或更好點，已繪制出整個太平洋海洋表層水溫的第一張微波圖。利用紅外和微波輻射計測量結(jié)果，通過計算機繪制出全球大洋表面溫度圖，精度達1C。水色主要決定于營養(yǎng)鹽（黃質(zhì)濃度）、浮游生物（葉綠素濃度）、沉積物含量（海水混濁度）、污染物及底形和水深等因素。其中海水含鹽度的差異，決定了其介電常數(shù)的不同，因而可從微波影的亮度溫度的差異中得以測定。而葉綠素含量被認為是了解世界海洋中生物循環(huán)的基礎(chǔ)，是估算海洋生產(chǎn)力的基本指標，衛(wèi)星可以提供浮游生物富集的分布狀況。雨云7號衛(wèi)星上的CZCS能夠?qū)⑺珗D與水溫圖結(jié)合起來研究海洋中物理因素和生物過程對浮游生物生態(tài)的影響。水溫、水色與海洋漁業(yè)、海洋污染直接相關(guān)。捕魚中水色是最常見的指標之一，不同水團間住住有較清晰的鋒面，其位置變化不定，船難以監(jiān)測，然而由于鋒面附近水色、水溫的變化，CZCS便能對它進行有效的研究。美國曾用CZCS可見光圖像成功地監(jiān)測加利福尼亞中部外海水色趨勢及金槍魚的捕撈位置。此外，海洋衛(wèi)星的熱紅外與X微波段是測熱污染、油污染的得力工具。微波雷達效果更佳，因為被油膜污染的海面其輻射亮度溫度比非污染的海面要高易于識別。海面形態(tài)及大地水準面的測量海面大地水準面是指在僅有重力和旋轉(zhuǎn)力的作用下，一個不運動的均勻的大洋所具有的表面。由于地球重力場不均勻，大地水準面并非規(guī)則的球面，而是有起伏的不規(guī)則的曲面。對它的研究在大地測量、天體測量等方面均有重要意義。海面起伏形態(tài)同時又受到地轉(zhuǎn)流(洋流、旋渦等)潮流、風(fēng)暴潮、增水和波浪作用的影響，因而使海面偏離了水準面。海洋衛(wèi)星的雷達高度計(ALT)可測得衛(wèi)星在海洋上空的高度，精度達士10厘米。測得的海面起伏形態(tài)與大地水準面有關(guān)，因而可以通過對重力和衛(wèi)星軌道的精確測量，獲得海面形態(tài)參數(shù)，并進而消除波浪等干擾因素而測得海面大地水準面。美國用ALT在三個月內(nèi)所獲得的數(shù)百萬個數(shù)據(jù)繪制世界各大洋的海面起伏形態(tài)圖，圖上說明海面形態(tài)是起伏很大的。馬里亞納海溝可以產(chǎn)生-60米的變化，而海底山可以造成+5米的變化。海面起伏形態(tài)與地球重力場、海底地形及巖性成分等有關(guān)，海面起伏還與海流直接相關(guān)。不同時期海面起伏形態(tài)圖疊加，便可得到全球海流分布圖。洋流由于風(fēng)應(yīng)力以及海洋溫度、鹽度分布不均勻，在海洋中往往形成一些質(zhì)量和流速、表面形態(tài)都不一致的水團和水流，稱之為洋流。在洋流的邊界處，由于切力不同，水流運動狀況不同，使它表面比周圍海面稍高。即大尺度的海流會造成海水的堆積或減壓，出現(xiàn)增水、減水現(xiàn)象，并在其邊緣形成葉綠素堆積帶和泡沫帶，從而導(dǎo)致水溫、水色或光譜反射率以及海面形態(tài)的變化，其變化程度取決于海流的強弱。因而，可以在海洋衛(wèi)星圖象中識別并確定洋流邊界、渦旋及其運動狀況。此外，ALT可測定海面坡度從而確定地轉(zhuǎn)流速。這為尋找鋒面漁場，為航海等均提供了可靠信息。4．淺海水深測定微波本身對水體并無穿透能力，水也不傳導(dǎo)微波。運用海洋衛(wèi)星合成孔徑雷達(SAR)測水深是建立在對測大陸架淺海帶重力波的折射現(xiàn)象的分析上。SAR對水體表面的波浪狀況的測量有很好的效果，而重力波的狀況(波形、波長、波高等)和水深有著密切的關(guān)系。因此可以通過對重力波的分析來獲得水下地形狀況，進行淺海制圖。美國、加拿大正在做這方面工作以研究淺海帶的水深。其中的關(guān)鍵問題是如何對重力波進行幾何校正。5.海冰海冰具有復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)。由于微波對冰具有穿透能力，則其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對微波輻射特征產(chǎn)生影響。又由于冰雪介電常數(shù)較水體小，微波資料反映的亮度溫度的差異不僅能