第八章其它海洋参数的遥感反演-海洋遥感

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
• 海岸站测量 • 表面船只测量(如钻孔) • 航空器测量和卫星遥感(光学和微波传感器) • 潜水艇测量(声纳) • 漂移冰站
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
2.海冰与冰山的遥感探测
(1)光学传感器的观测方法
利用海冰与海水在可见光与近红外波段的反射 率差异和温度的差异对海冰及其密集度进行探测, 可用于海冰活动和走向的研究,但云层的出现减少 了资料的可利用率。
由基尔霍夫 定律和Fresnel 定律得
2020/10/19
可由德拜方程得出, (,T , S)
1
S (i )1
i 0
8.1 卫星海洋盐度测量
3.海洋盐度的遥感测量原理
(2)海水盐度遥感的理论模型
c. 亮温与极化发射率之间的关系:
TB ( f , , Ssss ,Ts )
若其它参量已知, 则可由亮温得到盐度:
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2020/10/19
第八章 其它海洋参数的遥感反演
卫星海洋盐度测量 海冰与冰山现象的遥感探测 海洋溢油污染的遥感监测
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
1.海洋盐度测量的重要性
海水盐度是监测和模拟海洋循环的一个重要变量, 也是气候变化的重要指示器。
Ssss 1( f , ,TB ,Ts )
可使用Klein-Swift(K-S)模型或Ellison模式求解复介 电常数,进而得到盐度参量。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
3.海洋盐度的遥感测量原理
(2)海水盐度遥感的理论模型 TB ( f , , Ssss ,Ts )
• 当海表温度增加时, 亮温对盐度的敏感 度增大;
微波进行海冰监测的物理原理:在微波频率上,冰几乎 是透明的,而水是一个良好的吸收体,由于它们在微波频 率上的发射率和介电常数不同,可以进行区分。
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
2.海冰与冰山的遥感探测
(2)微波探测方法
多年冰层内的结构和成 分较复杂,导致了其比 辐射率变化复杂。
T31 < 260K, T31 > 260K,取相应的系数。
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
MODIS 海冰的识 别方法
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
2.海冰与冰山的遥感探测
(2)微波探测方法
海冰在雷达图像上表现出丰富的反射回波现象,而海水 部分则呈现出强烈的衰减与吸收,这种差异使得海冰下表 面的位置和轮廓可被完整的表现出来。

✓ NDSI=(RefMODIS4-


RefMODIS6)/(RefMODIS4+ RefMODIS6)
指 数
> 0.4;
✓ RefMODIS2 > 0.11;
✓ RefMODIS1 > 0.1
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
2.海冰与冰山的遥感探测
(1)光学传感器的观测方法
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
2.海冰与冰山的遥感探测
(1)光学传感器的观测方法
• NOAA-AVHRR海冰检测方法: ✓ 利用海冰在可见光与近红外波段反射率高的特点 ✓ 利用冰面温度小于水域温度的方法:
IST =a +b×T11 + c×T12 + d×[(T11–T12)secθ]
• MODIS海冰的识别方法
一些特殊情况的考虑 :对于较薄海冰(厚度小于10厘米,没 有雪覆盖),其反照率较低,利用雪被指数不容易分辩,在这 种情况下,利用冰表面和海表面的温度差异进行识别。
MODIS计算冰表面温度的算法(MODIS 31和32波段): IST = a +b×T31 +c×(T31 – T32)+d×[(T31–T32)(secθ-1)] a, b, c, d 根据T31位于不同的温度范围:T31 < 240K, 240K <
• 同样的盐度反演精度下,低温时需要更高的亮温精度; • 在同样的亮温精度条件下,盐度越高则反演精度越高, 但超过一定的盐度时,其影响不显著。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
(4)其它影响海表微波辐射测量误差的因素
• 大气干空气和水蒸气的影响
1.4GHz频段上,最主要的贡献来自干空气,需要考虑大气透 过率、上行辐射和下行辐射的影响。
TB ( , , i) ei ( , ,Ts , Ssss ) Ts
为入射角;
i 为极化方式;
Ts
ห้องสมุดไป่ตู้
为海表真实温度;
S
为海水盐度;
sss
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
3.海洋盐度的遥感测量原理
(2)海水盐度遥感的理论模型
b. 极化发射率与复介电常数关系如下:
ei ( , ,Ts , Ssss ) 1 i ( ) 1 Ri ( ) 2
• 云的影响
1.4GHz频段上,云的辐射和散射可利用瑞利散射模式解释。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
(4)其它影响海表微波辐射测量误差的因素
• 表面粗糙度的影响
可利用雷达和辐射计的组合数据,降低其影响。
• 电离层的影响
可利用基于微波被动偏振测定法的技术估计法拉第旋转。
研究表明:频率在1.4GHz的L波段是测量海水表面盐度 的最佳波段,该波段对海表温度和风速的敏感度较低。同时 可以采用S波段和C波段来修正海表盐度测量时海表温度和风 速的影响。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
(2) 极化 方式 和入 射角
Ellison模 型得到的 入射角40 度时,海 表亮温对 盐度的敏 感度
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
• NOAAAVHRR海冰 检测方法:
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
2.海冰与冰山的遥感探测
(1)光学传感器的观测方法
• MODIS海冰的识别方法 一般情况下识别海冰的方法:位于海洋且同时满足
归 一
以下条件的像元,可以定义为 “海冰”:
海水盐度对渔业养殖、水质资源的调查发挥着重要 作用,是研究大洋环流、 海洋动力学、降雨量及季节气 候预测、水声学的重要参数。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
2.海洋盐度的测量方法
有关学者早在30多年前就开始进行盐度遥感的研究和实验, 从海水介电常数的测定到微波辐射计的改进,从陆基的盐水池实 验到航空飞行实验,甚至进行了卫星遥感的简单尝试。
不同类 型海冰 的比辐 射率
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
2.海冰与冰山的遥感探测
(2)微波探测方法
海冰辐射 亮温与海 冰厚度的
关系
2020/10/19
8.3 海洋溢油污染的遥感监测
1.海洋溢油污染遥感监测的重要性
溢油现象不仅造成了海洋环境污染,而且对水产业、旅游 业也造成了巨大损失。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
(2)极化方式和入射角
极化和入射角也影响亮温对盐度的敏感性。其 规律为:
• 垂直极化时均优于水平极化时; • 在垂直极化方式下,入射角越大越好; • 在水平极化方式下,入射角越小越好。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
• 现场船测
-使用盐度测量仪器(物理法和化学法)
• 航空/卫星测量
-使用被动微波辐射计进行测量,具有大范围、快速、 定量测量的特点。但目前尚无专门的测量仪器(工作在L波 段,1.4GHz左右),SMOS卫星等在计划中。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
3.海洋盐度的遥感测量原理
(1)简单描述
海洋盐度遥感的三大主要科学目标为:(1)提高季度 至年度的气象预报能力;(2)提高海洋降雨估计和全球水文 预算能力;(3)监测大范围的海水盐浓度异常现象。
正在研制专门测量盐浓度的卫星,其精度将达0.2-0.3psu。
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
1.概述
(1)海冰探测的意义
海冰几乎占全球海洋表面的1/9。 • 海冰对海上交通运输、海洋资源开发和全球气候的变
卫星遥感监测在海上溢油事故处理中发挥着多重作用。在 溢油事故责任主体明确的情况下,可以为计算溢油面积、溢 油量、己有的和未来可能的污染范围和污染程度提供依据, 在责任主体不明的情况下,除了能发挥上述作用外,还可以 结合气象、水文等资料推算出原始溢油地点,从而为确定责 任主体或海底石油资源的位置提供依据。
2020/10/19
8.3 海洋溢油污染的遥感监测
2.海洋溢油遥感监测的方法
(2)热红外波段监测
水和油膜的热红外发射率具有一定的差别。实验 表明,厚度大于0.3mm的油膜,发射率在0.95-0.98之 间,海水的发射率为0.993。所以实际温度相同的海 水与油膜,它们的热红外辐射强度也不同。
热红外图像中,厚油层“热”,中等厚度“冷”, 薄油层或油膜则难以探测。
2020/10/19
8.3 海洋溢油污染的遥感监测
2.海洋溢油遥感监测的方法
(4)激光荧光监测
工作波长为 300-355nm
激光荧光传感器是一种主动式遥感器,它的工作 原理是:油类中的某些成分吸收紫外光,并激发内部 电子,通过荧光(主要在可见光区)发射可以将激发 能迅速释放。荧光可以作为油类的探测特征,而且因 为不同油类产生的荧光强度和光谱信号强度都不相同, 因此利用该特性进行油类的遥感识别是可能的。
卫星测量海表盐度的原理是基于在微波频率上, 盐度对海表亮温的敏感度进行的。海水盐度的增加会 使海水导电能力上升,从而使海水的介电常数增大, 最终使得海表发射率的亮温降低。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
3.海洋盐度的遥感测量原理
(2)海水盐度遥感的理论模型
a. 无风浪的平静海面上,海水的亮度温度可以表 示为:
依据海冰产 生与持续时间
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
1.概述
(3)海冰探测的主要内容
• 冰的密度探测 • 冰类分析 • 浮冰跟踪 • 冰块探测 在海冰探测的基础上,可进行海冰与气候之间的关系分析。
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
1.概述
(4)海冰的观测方法
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
Ellison模型得 到的海表亮温 对盐度的敏感 度随入射角的 变化
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
(3)盐度反演精度与亮温的关系
在相对高温和高盐的条件下,亮温对盐度更为敏感, 盐度的反演效果较好(见图)。
• 较大的亮温误差造成较大的盐度反演误差;
化等都具有重要的影响; • 海冰的消融会造成整个洋面的上升,因而造成某些沿
海地区被淹没。
2020/10/19
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
1.概述
(2)海冰的一般分类
• 新成冰(new ice)【新冰】 • 初期冰(young ice)【幼年冰】 • 头年冰(first year ice) • 多年冰(old ice)
2020/10/19
8.3 海洋溢油污染的遥感监测
2.海洋溢油遥感监测的方法
(3)紫外波段监测
紫外遥感器可以对甚薄油层进行探测,因为即使 是甚薄油层(<0.05μm)也会有很高的紫外辐射反射。 通过紫外与红外图像的叠加分析,可以得到溢油层的 相对厚度。但紫外遥感易受外界环境因素的干扰而产 生虚假信息。
• 太阳系和宇宙辐射的影响
最重要的是太阳辐射的影响。要精心设计天线,使进入天线 侧部的来自太阳的辐射或反射最少。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
5.海洋盐度遥感测量的发展目标
在利用微波辐射计亮温反演海面浓度时,需要其它 资料的辅助,特别是与辐射计测量的时间和空间接近的 风速或有效波高、海洋表面温度的信息。
• 盐浓度越低,亮温 与海表温度之间的 线性关系越强。
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
2020/10/19
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析
(1)盐度遥感使用的频率
TB ( f , , Ssss ,Ts )
由上式可知,在给定辐射计相关参数的条件下,亮温是海表 温度和盐度的函数。因此,在适用于盐度遥感的频率上,亮温随 盐度的变化应该比其随温度的变化要显著得多。
2020/10/19
8.3 海洋溢油污染的遥感监测
2.海洋溢油遥感监测的方法
(1)可见光波段监测
在可见光波段垂直观测时,水面油膜的反射率比 洁净海面的反射率相比较高,但油面的反射强度也与 遥感器的观测角有关,在可见光内缺乏有效的区别于 背景信息的特征光谱。
总的来说,可见光波段探测能力是有限的,但它 在提供溢油定性描述和相对位置等方面是一种较为经 济和实用的手段。
相关文档
最新文档