卫星海洋学-考试复习资料整理

§1§1.1 卫星海洋遥感的应用 p1卫星海洋学涉及的详细内容有：①海洋遥感的远离和方法：包括遥感信息形成的机理、各种波段的电磁波（可见光、红外光、微波）在大气和海洋介质中传输的规律以及海洋的波谱特征；②海洋信息的提取：包括与海洋参数相关的物理模型、从遥感数据到海洋参数的反演算法、遥感图像处理和海洋学解释、卫星遥感数据与常规海洋数据在各类海洋模式中的同化和融合。

③满足海洋学研究和应用的传感器的最佳设计和工作模式：包括光谱波段和微波频率的选择、光谱分辨率和空间分辨率的要求、观测周期和扫描方式的研究以及传感器噪声水平的要求。

④反演的海洋参数在海洋学各领域中的应用。

卫星遥感所获得的海洋数据特点：1.观测区域大2.时空同步3.连续*卫星遥感资料和卫星海洋学的研究成果在海洋天气和海况预报、海洋环境监测和保护、海洋资源的开发和利用、海岸带绘测、海洋工程建设、全牛气候变化以及厄尔尼诺现象检测等科学问题上有着广泛的应用。

（有问答题时加上）§1.2中国气象卫星的发展p6我国气象卫星包括两个主要系统： 1.极轨卫星系统；2.地球静止卫星系统。

【了解】第一代极轨气象卫星“风云一号”，第一代静止气象卫星“风云二号”，第二代太阳同步轨道气象卫星“风云三号”，第二代静止气象卫星“风云四号”。

（风云单号极轨，双号静止）§1.3中国海洋遥感的进步p82002年5月15日，我国第一颗海洋探测卫星“海洋一号A”与“风云一号”D气象卫星作为一箭双星同时发射升空；2007年4月11日，“海洋一号”B卫星发射。

发射海洋一号卫星的主要目的是：观测海水光学特征、叶绿素浓度、海表面温度、悬浮泥沙含量、可溶有机物和海洋污染物质，并兼顾观测浅海地形、海流特征、海面上空气溶胶等要素，掌握海洋初级生产力分布、海洋渔业及养殖业资源状况和环境质量，了解重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律，为海洋生物资源合理开发利用、沿岸海洋工程、河口港湾治理、海洋环境监测、环境保护和执法管理等提供科学依据和基础数据。

我国计划发展3个系列的海洋卫星：1.以可见光、红外波段遥感探测海洋水色和水温为主的“海洋一号”系列卫星；2.以微波遥感探测可全天候获取海面风场、海面高度和海表面温度场为主的“海洋二号”系列卫星；3.同时配备光学传感器和微波传感器的可对海洋环境进行综合监测的“海洋三号”系列卫星。

§2 气象卫星与水色卫星§2.1 遥感和遥感技术p30遥感形式分类p311.按照电磁波的光谱分为：可见光与红外反射遥感、热红外遥感、微波遥感；2.按照目标能量来源分为：主动式遥感、被动式遥感；3.按照空间尺度分为：全球遥感、区域遥感、城市遥感；4.按照应用领域分为：资源遥感、环境遥感；5.按照研究对象分为：气象遥感、海洋遥感、陆地遥感；6.按照应用目的分为：陆地水资源遥感、土地资源遥感、植被资源遥感、海洋环境遥感、海洋资源遥感、地质调查遥感、城市规划和管理遥感、绘测制图遥感、考古调查遥感、综合环境监测遥感、规划管理遥感等。

7.按照遥感器使用的平台分为：航天或卫星遥感、航空遥感、地面遥感§2.2 气象文星和主要传感器NOAA/TIROS系列卫星载有改进型甚高分辨率辐射计（AVHRR），还载有用于探测大气层垂直空气柱的剖面温度和湿度等物理量的泰罗斯垂直探测装置（TOVS）。

P33§2.4水色卫星和主要传感器p43第一代水色扫描仪：海岸带水色扫描仪（CZCS）；第二代水色扫描仪：宽视场海洋观测传感器（SeaWiFS）和中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）；第三代水色扫描仪：中等分辨率成像光谱仪（MODIS）。

水色传感器与陆地资源或气象传感器的主要不同点：p43-44①.信噪比（SNR）极高，在一般传感器作为暗像元的水体目标上，要求SNR>500以上，因此，如果不做自动增益调整，其在陆地目标上的信号将趋于饱和；②.波段带宽较窄，水色传感器的可见光通道带宽大雨10nm，近红外通道带宽大约20nm，光谱范围一般在400~900nm；③.时间窗一般要求在当地时间10：30—14：30之间过境，最好是中午12：00左右；④.要求卫星平台具有倾斜功能，以避免太阳直射光在海面的反射进入视场；⑤.再访问时间1~3天，空间集合分辨率500~1100m；⑥.有绝对的精度指标要求。

辐射计波段：p44装载于Nimbus-7上的延岸带水色扫描仪（CZCS）是 6 波段辐射计；装载于SeaStar上的SeaWiFS是 8 波段辐射计；装载于EOS上的中等分辨率成像光谱仪(MODIS)是 36 波段辐射计。

中等分辨率成像光谱仪MODIS获取的数据的三个特点：p47-481.NASA对MODIS数据实行全世界免费接收的政策，这样的政策对于目前我国大多数科学家来说是不可多得的数据资源；2.MODIS数据设计波段范围广（36个），数据分辨率高（250m、500m、1000m），对陆地、大气和海洋的研究有较高的实用价值；3.TERRA和AQUA卫星都是太阳同步极轨卫星，TERRA在地方时上午过境，AQUA将在地方时下午过境。

TERRA和AQUA上的MODIS数据在监测时间上相配合，可以得到每天最少2次白天和2次黑夜监测数据。

§3 海洋卫星与陆地卫星§3.2 欧洲卫星ERS-1/2和ENVISAT图见书P57欧洲环境卫星ENVISAT装载的传感器。

*高级合成孔径雷达ASAR*中等分辨率成像光谱辐射计MERIS§3.3高度计卫星p591992年8月发射的TOPEX/Poseidon 和 2001年12月发射的Jason-1 是特别为高度计轨道设计的专用卫星。

§3.4装载合成孔径雷达的卫星p59加拿大的RADARSAT是1995年11加拿大空间局发射的合成孔径雷达专用卫星。

§3.6陆地和海岸带观测卫星p63HYPERION具有220个波段，地面分辨率可达30m，用于地物波谱测量和成像、海洋水色要素测量以及大气水汽/气溶胶/云参数测量等。

*第四代§3.7高分辨率商业和军事卫星p661.美国地球观测公司在 2001年发射了 QuickBird-2卫星；（美国快鸟）2.美国太空成像公司在 1999年发射了高分辨商业卫星 IKONOS-2（伊科诺斯-2）；3.美国轨道成像公司在 2003年发射了 OrbView-3（轨道观测-3）；4.美国地球之眼公司在 2008年发射了最先进、分辨率最高商业卫星 GeoEye-1（地球之眼-1）。

§4 卫星轨道与分辨率§4.1 卫星轨道p73卫星在地球表面的投影被称为星下点或者卫星的天底点，卫星星下点轨迹与赤道的焦点被称为节点。

升轨：当卫星由南向北运动时；降轨：当卫星由北向南运动时；升轨点：卫星由南向北运动穿过赤道时，卫星星下点轨迹与赤道的交点；降轨点：卫星由北向南运动穿过赤道时，卫星星下点轨迹与赤道的交点；*升轨点和降轨点统称节点。

太阳同步轨道p73用于地球观测的四个主要轨道类型包括：1.*太阳同步轨道（对海洋遥感—水色遥感来说用的最多）；2.地球同步轨道；3.高度计轨道；4.近赤道低轨角轨道。

重复周期p76卫星的重复周期指：卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后回到原地上空时所需要的天数。

卫星的重复周期也被成为卫星地面轨迹的重复周期。

对于采用循环轨道的卫星，重复周期等于循环周期。

如：高度计卫星的重复周期和循环周期经常被等价使用。

传感器的重复周期是卫星装载的传感器对目标完成一次全部或全球覆盖的时间周期。

再访问时间指：地球上某一局部地点被传感器先后两次观测的时间区间。

再访问时间与观测地点的纬度有关。

对赤道地区的再访问时间 长于 高纬度地区的再访问时间。

§4.2 分辨率电磁波的相干条件是：p77①.频率相同的两光波在相遇点有相同的振动方向和固定的相位差； ②.两光波在相遇点锁产生的振动的振幅相差不大； ③.两光波在相遇点的光程差不能太大。

★★【计算】**p78-79§5 电磁辐射§5.1 电磁波的波段p83C 波段、X 波段和Ku 波段常常被用于卫星遥感，主要原因是：厘米量级波长的微波能与海面上风生毛细重力波发生布拉格共振，并通过共振带回海面信息。

§5.3 辐射术语p86极化状态是根据电场方向与参考平面的关系来定义的。

水平极化和垂直极化设一个参考平面由两条直线确定，一条是入射或离开海面的电磁波束所在的直线，另一条是海表面的垂线。

对于线性极化的辐射，水平极化的电场与参考平面垂直，垂直极化的电场与参考平面平行。

辐亮度L ：(有方向的辐照度) 辐亮度有方向概念表示沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量。

它的定义是：θϕθcos ),(2ΩΦ=dAd d L .光谱辐亮度：“光谱的”或者“单色的”辐亮度表示辐亮度相对于波长或频率的能量分布，它的定义是：λϕθϕθλd dL L ),(),,(=光谱辐亮度代表在单位波段内（单位波长或单位频率）沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量。

辐照度E辐照度E 表示通过单位面积的辐射通量，它的定义是：dA d E Φ=发射度M ：在介质内部，吸收率a(λ) + r(λ) + t(λ)=1根据基尔霍夫定律，在当地热动态平衡条件下，介质洗手的能量全部被发射，发射率等于吸收率，因此，用发射率取代上式吸收率，得到：()()()1=++λλλt r e【理解】对于透明玻璃板，入射光被全部透射过去，故： t=1，r=0，e=0；对于镜子，入射光被全部反射回去，故： r=1，t=0，e=0；对于黑体，入射光被全部洗手，然后又全部被发射，故： a=1，e=1，t=0，r=0.菲涅尔反射率ρ两介质界面出的菲涅尔反射率()ϕθλρ,,被定义为反射的辐亮度与入射的辐亮度之比：()()()ϕθλϕθλϕθλρ,,,,,,i r L L =反照率：定义为地面反射的和空气中各种梨子后向散射的辐照度之和与入射的辐照度之比。

单次散射反照率：描述大气层中的分子和气溶胶粒子的光学效果。

粒子对太阳辐射的单次散射反照率被定义为粒子的散射系数与衰减系数之比。

朗伯表面使用L 代表一个物体表面自发辐射或者反射的电磁波的辐亮度。

如果L 不是ϕ和θ的函数，这样的表面被称为朗伯表面。

朗伯定律表达的事实是：朗伯表面从不同方向看是一样亮的。

§5.5黑体辐射 黑体科学家将发射率e 等于1的理想辐射体称为黑体，黑体发射的辐亮度只与温度有关。

如果一个物体的发射率e 小于1，那么该物体就是灰体，它的发射率e 俗称灰度。

当微波频率f 固定以后，物体发射的辐亮度L （f ）与该物体的温度呈现一个线性关系。