第八章其它海洋参数的遥感反演-海洋遥感
中国海洋大学海洋遥感课程大纲
中国海洋大学海洋遥感课程大纲英文名称Ocean Remote Sensing【开课单位】信息科学与工程学院海洋技术系【课程模块］专业知识【课程编号］【课程类别］必修【学时数】48 （理论卫实践_0_）【学分数】—3 ______一、课程描述本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定。
（-）教学对象海洋技术专业本科生。
（二）教学目标及修读要求1、教学目标本课程重点介绍卫星海洋遥感的基本原理和最新研究进展，通过海洋遥感课程的教学，使学生比较系统地学习海洋遥感探测的基本原理，掌握遥感数据处理的基本过程和方法，熟悉海洋遥感的最新进展，为学生毕业后从事相关的工作和学习打下良好基础。
教学中注重理论与实践相结合，并注意介绍海洋遥感研究中的一些最新成果。
本课程不进行双语教学，但在教学中注意介绍相关的专业词汇。
2、修读要求海洋遥感是海洋技术专业的一门专业基础课，属于海洋遥感与GIS技术课程模块中的专业知识教育层面。
海洋遥感具有应用性强，研究内容涉及物理学、计算机技术、图像处理技术等各个学科领域，同时又随着卫星遥感技术的迅速发展不断变化。
教学内容上将结合该领域的发展，不断补充更新，介绍海洋遥感技术发展与应用的前沿。
引导学生阅读参考文献，查阅最新的期刊杂志，提高学生的自学能力，使学生了解海洋遥感技术发展应用的新动向。
学生应具备大学物理、高等数学的基本知识和理论，并已经选修海洋学I、遥感概论等。
（二）先修课程选修海洋遥感课程的学生应当在学习大学物理、高等数学的基础上，并具备海洋学、遥感概论、数字图像处理等基本理论知识。
二、教学内容（一）绪论11、主要内容：主要介绍海洋遥感的概念、海洋遥感和空间海洋学的历史发展、海洋遥感系统的主要组成部分、海洋遥感在海洋科学研究中的价值，以及国际和国内的主要海洋卫星计划。
2、教学要求：掌握海洋遥感的基本概念、海洋遥感系统的组成部分以及海洋遥感发展过程中的重要阶段和代表性卫星及传感器，理解海洋遥感和空间海洋学的发展历史背景、在海洋科学研究中的主要作用，了解国际上的海洋卫星发展规划。
海洋技术在海洋遥感中的应用
海洋技术在海洋遥感中的应用海洋，这个占据了地球表面约 71%的广阔领域，对于人类来说既充满了神秘的魅力，又具有无尽的资源和重要的科学价值。
为了更好地了解海洋、开发海洋和保护海洋，海洋技术不断发展和创新，其中海洋遥感技术作为一种重要的手段，为我们打开了洞察海洋的新视角。
海洋遥感技术的应用离不开众多先进海洋技术的支持，这些技术的融合使得我们能够更全面、更深入、更准确地获取海洋信息。
海洋遥感是指利用传感器对海洋表面和海洋内部的物理、化学和生物等参数进行非接触式的测量和监测。
它具有大面积、同步、实时、动态等优点，可以快速获取海洋的各种信息，如海面温度、海流、海浪、海洋叶绿素浓度、海洋污染等。
然而，要实现这些高精度、高分辨率的海洋遥感数据的获取和分析，离不开一系列海洋技术的支撑。
首先，传感器技术是海洋遥感的核心之一。
为了能够准确地感知海洋中的各种参数，传感器需要具备高精度、高灵敏度、高稳定性和宽波段等特点。
例如，在测量海面温度时，常用的红外传感器能够捕捉到微小的温度变化；而在监测海洋叶绿素浓度时，则需要使用能够分辨不同波长的光学传感器。
这些传感器的研发和改进，需要依靠先进的材料科学、电子技术和光学技术。
比如，新型的半导体材料可以提高传感器的灵敏度和响应速度；微机电系统（MEMS）技术可以使传感器更加微型化和集成化；而先进的光学镀膜技术则可以增强传感器对特定波长的选择性和透过率。
其次，卫星平台技术对于海洋遥感也至关重要。
卫星作为搭载传感器的载体，其轨道高度、轨道类型、姿态控制和数据传输能力等都会直接影响到遥感数据的质量和覆盖范围。
为了实现全球海洋的有效监测，需要多种类型的卫星协同工作，如极轨卫星、地球同步卫星和低轨卫星等。
极轨卫星可以提供高分辨率的局部观测数据，而地球同步卫星则能够实现对特定区域的连续监测。
同时，卫星的姿态控制技术要确保传感器始终对准目标区域，减少数据误差。
此外，高效的数据传输技术可以将海量的遥感数据及时传回地面接收站，以便进行快速处理和分析。
海洋遥感复习知识点
名词解释、填空1.海面亮温：低于实际物体的温度指物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。
2.发射率：观测物体的辐射能量与同观测物体具有相同热力学温度的黑体的辐射能量之比根据发射率，=1黑体，0~1灰体3.大气气溶胶：悬浮在空气中的来自地球表面的小的液体或固体颗粒。
气溶胶类型：海洋型、陆地型、火山爆发自然（陆地海洋火山）；人为（汽车尾气、污染物）4.瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。
散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。
对可见光的影响较大。
米散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。
气溶胶引起的，对波长依赖性很小无选择散射：云，所有光都被散射回来5.大气层结构简答，根据温度分布，垂向划分：对流层、平流层、中间层、热成层、外大气层1)对流层：有各种天气现象，强烈对流/温湿分布不均匀/航空活动区，对遥感最重要2)平流层/同温层：天气现象少/空气稳定/水汽、沙尘少，温度随高度增加而增加3)中间层：温度随高度增加而减少，对遥感的辐射传递几乎没影响4)热成层：温度随高度增加而增加，高度电离状态，短波电磁波被电离层折返回地面6.一类水体：浮游植物及其共变的碎屑主导海水光谱特性；二类水体：除浮游植物外的其他物质在海水光谱特性中起主导作用海洋初级生产力：把无机碳变成有机碳的单位时间的速率，和叶绿素浓度、光照、光照时间、光穿透距离有关7.遥感反射比（可见光、海色遥感）：公式、向上辐亮度和向下辐照度之比，Rw和Ed之比归一化离水辐亮度：假设太阳在正上，把大气分子散射衰减消除的离水辐亮度8.黄色物质：有色可溶有机物，陆源（植被，棕黄酸），海洋（动物死亡分解）9.生物光学算法：通过离水辐亮度去推导海水中的各主分浓度的算法。
由海水上面的离水辐亮度推导叶绿素浓度、泥沙浓度、k490衰减系数、透明度等。
10.大气校正：由传感器接收到的辐亮度计算出离水辐亮度的过程Lt是卫星接收的总辐射；第一项是离水辐亮度，接下来三项是大气路径辐射，分别是气溶胶的，分子的，两者都有的，Lwc是白冒，Lsr是太阳耀斑。
测绘技术中的海洋遥感数据处理方法
测绘技术中的海洋遥感数据处理方法海洋遥感数据处理方法在测绘技术中扮演着重要的角色。
随着科技的不断进步，利用卫星等遥感技术获取大范围、高分辨率的海洋数据已成为现实，这为海洋测绘提供了更加精确和全面的数据支持。
在这篇文章中，我将介绍几种常用的海洋遥感数据处理方法。
一、图像预处理海洋遥感数据通常包含一定的噪声和杂波，因此在进行后续处理之前，需要对图像进行预处理。
常见的预处理方法包括去噪、辐射校正和几何纠正。
去噪主要利用滤波算法去除图像中的杂波，提取目标信息。
辐射校正则是通过对图像进行辐射定标，将原始图像转化为辐射定标系数，使得图像的亮度和反射率能够准确地反映海洋表面的特征。
几何纠正则是通过校正图像的几何形状和位置，使得图像的几何变换与地理坐标一致。
二、海洋特征提取海洋遥感图像中含有丰富的目标信息，如海洋水质、水温、水色等，而这些信息的提取是海洋遥感数据处理的重要任务之一。
常见的海洋特征提取方法包括目标检测、分类和跟踪。
目标检测通过使用目标检测算法，识别出图像中的目标，并对目标进行分割和定量分析。
分类则是将目标按照其特征进行分类，如将图像中的海浪、河流、云层等进行分类。
跟踪则是通过目标的时序信息，对目标进行跟踪和监测，以便获取目标的运动轨迹和时空变化规律。
三、海洋遥感图像拼接海洋遥感图像通常由多个不同卫星采集的图像片段组成，拼接这些图像片段可以形成一幅较大范围的全景图像。
海洋遥感图像的拼接涉及到图像的几何校正和像素匹配等问题。
几何校正旨在通过对图像进行几何变换，使得不同图像之间的几何形状和位置保持一致。
像素匹配则是通过图像匹配算法，找到图像之间的对应关系，以便实现图像的无缝拼接。
四、海洋变化监测海洋遥感数据的宝贵之处在于它可以提供海洋区域的动态变化信息。
通过对多时相的海洋遥感数据进行分析和处理，可以实现对海洋变化的监测和分析。
海洋变化监测一般包括海洋植被的生长变化、海洋边界的演变、海岸线的退缩等。
常见的海洋变化监测方法包括变化检测和变化分析。
海洋遥感的基本原理
海洋遥感的基本原理海洋遥感是利用航天器、舰艇、气象雷达等遥感手段从空间获取海洋地球物理参数的一种技术。
其基本原理是通过对电磁波在海洋中传播过程的监测与分析，推测海洋的地球物理变量。
海洋遥感在海洋科学研究、海洋资源开发利用、环境监测与保护等方面有着广泛的应用。
海洋遥感主要靠接收和解译海洋反射和发射的电磁波信号，其中包括主动辐射和被动辐射两种方式。
主动辐射是通过向海洋表面发射电磁波，然后测量反射回来的波束来获取海洋信息。
其中，合成孔径雷达（SAR）是最常用的主动辐射海洋遥感技术之一，其通过分析海洋场景中反射回来的电磁波，可以获取到海洋的海浪、表面风速、水温、海流、海洋气象、海洋污染等信息。
被动辐射是指通过接收地球表面自然辐射出的电磁波来获取海洋信息。
其中，微波遥感被广泛用于海洋测温、海洋色素、悬浮物、海洋生态系统的研究等。
海洋遥感技术的工作原理基于光谱、辐射传输和物理反演的原理。
首先，海洋中的表面、水体和底床等物体对电磁波有不同的散射、吸收和发射特性。
通过选择适当的光谱波段（如可见光、红外光、微波等），可以更好地观测到不同物体的特征。
其次，电磁波在海洋中的传播过程受到气体和水分子的散射、吸收和发射的影响，同时还受到海洋中悬浮物和溶解物质的影响。
这些影响可通过光谱的遥感数据进行辐射传输模型的建立和验证来研究。
最后，基于光谱数据和辐射传输模型的物理反演方法，可以根据已知的物理规律和数学算法来计算和估计地球物理参数，如海表面温度、色素浓度、悬浮物浓度等。
海洋遥感技术还可以通过多光谱、高光谱和超光谱等数据融合应用，从而提高对海洋环境的监测和推测能力。
同时，海洋遥感技术还可以结合地球物理数据和模型进行数据同化，以提高海洋数值模式的预报精度和可靠性。
总之，海洋遥感技术的基本原理是通过观测和分析海洋中反射和发射的电磁波信号，来推测和估计海洋的物理参数。
海洋遥感技术在海洋科学研究、资源利用与环境保护等方面发挥着重要的作用，为海洋领域的研究和应用提供了重要的数据支持。
海洋遥感技术与应用
海洋遥感技术与应用海洋遥感技术是一种通过卫星、飞机等远距离传感器获取海洋信息的技术手段，通过对海洋表面、海洋底部以及海洋大气等不同要素的监测和分析，可以为海洋科研、资源开发利用、环境监测等提供重要数据支持。
海洋遥感技术的应用领域涵盖广泛，涉及海洋资源调查、海洋环境监测、海洋灾害预警等多个方面，对于推动海洋事业的发展具有重要意义。
一、海洋遥感技术的原理和方法海洋遥感技术是利用卫星、飞机等平台搭载的传感器对海洋区域进行观测和监测，通过接收、记录和解译传感器所获取的电磁波信号，获取海洋表面、海洋底部以及海洋大气等不同要素的信息。
海洋遥感技术主要包括微波遥感、红外遥感、激光遥感等多种手段，其中微波遥感在海洋遥感中具有重要地位，可以实现对海洋表面风场、海温、海冰、海洋色彩等参数的监测。
二、海洋遥感技术在海洋资源调查中的应用海洋遥感技术在海洋资源调查中发挥着重要作用，可以实现对海洋渔业资源、海洋能源资源、海洋矿产资源等的监测和评估。
通过遥感技术，可以实现对海洋渔业资源的动态监测，及时掌握渔业资源的分布和数量，为渔业生产提供科学依据。
同时，海洋遥感技术还可以用于海洋油气资源的勘探和开发，通过对海洋地质构造和沉积物的遥感监测，为海洋油气资源的勘探提供数据支持。
三、海洋遥感技术在海洋环境监测中的应用海洋遥感技术在海洋环境监测中也具有重要意义，可以实现对海洋水质、海洋生态环境、海洋污染等方面的监测和评估。
通过遥感技术，可以实现对海洋水质参数如叶绿素浓度、浮游植物种类等的监测，及时发现海洋环境变化和异常情况。
此外，海洋遥感技术还可以用于监测海洋生态系统的变化，保护海洋生物多样性，维护海洋生态平衡。
四、海洋遥感技术在海洋灾害预警中的应用海洋遥感技术在海洋灾害预警中扮演着重要角色，可以实现对海洋台风、海啸、赤潮等灾害事件的监测和预警。
通过遥感技术，可以实现对海洋气象要素如风速、风向、海浪高度等的监测，及时预警海洋台风等极端天气事件。
其它海洋参数的遥感反演--海洋遥感
化
✓ NDSI＝(RefMODIS4-
雪
被
RefMODIS6)/(RefMODIS4+ RefMODIS6)
指 数
> 0.4；
✓ RefMODIS2 > 0.11；
✓ RefMODIS1 > 0.1
2023/12/10
8.2 海冰与冰山现象旳遥感探测
2.海冰与冰山旳遥感探测
（1）光学传感器旳观察措施
研究表白：频率在1.4GHz旳L波段是测量海水表面盐度 旳最佳波段，该波段对海表温度和风速旳敏感度较低。同步 能够采用S波段和C波段来修正海表盐度测量时海表温度和风 202速3/1旳2/1影0 响。
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量旳影响原因分析
（2） 极化 方式 和入 射角
Ellison模 型得到旳 入射角40 度时，海 表亮温对 盐度旳敏 感度
4.海洋盐度遥感测量旳影响原因分析
Ellison模型得 到旳海表亮温 对盐度旳敏感 度随入射角旳 变化
2023/12/10
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量旳影响原因分析
（3）盐度反演精度与亮温旳关系
在相对高温和高盐旳条件下，亮温对盐度更为敏感， 盐度旳反演效果很好（见图）。
• 较大旳亮温误差造成较大旳盐度反演误差；
• 云旳影响
1.4GHz频段上，云旳辐射和散射可利用瑞利散射模式解释。
2023/12/10
8.1 卫星海洋盐度测量
4.海洋盐度遥感测量旳影响原因分析
（4）其他影响海表微波辐射测量误差旳原因
• 表面粗糙度旳影响
可利用雷达和辐射计旳组合数据，降低其影响。
• 电离层旳影响
物理参数反演方法在海洋遥感中的应用
物理参数反演方法在海洋遥感中的应用海洋是地球上最广阔的领域之一，而海洋遥感技术的发展，为人们了解海洋提供了一种新的途径。
而物理参数反演方法作为海洋遥感的重要工具，其应用不仅为海洋科学研究提供了强有力的支持，也为海洋经济和资源的开发利用提供了科学依据。
一、物理参数反演方法简述物理参数反演方法是指通过遥感仪器测量的光谱辐射或图像亮度，利用物理模型和反演算法，反推出能够解释被测物体或介质的各项参数。
其基本思想是，通过对特定气体、水体、地表材料等物理模型的理解，建立反演模型与算法，利用遥感测量的数据，反演得到物理参数或地表特征参数，确立物体或介质的性质。
物理参数反演方法与传统地物分类、遥感影像解译等方法不同，在于其不仅能反演得到表面覆盖物的分类，还能对其物理参数进行定量分析，具有较强的科学性和深度。
二、物理参数反演在海洋遥感中的应用1. 海洋水色参数反演海洋水色参数反演是利用遥感数据得到海洋中的各项水色参数，包括海表面反射率、浊度、叶绿素a浓度等，以提高水环境监测和评估的准确性和科学性。
其基本原理是根据水体吸收和散射光的物理特性，建立海洋光学模型，通过遥感测量，反演解析海水的组成成分和含量。
海洋水色参数反演可以较为准确地估算海洋中的生物量，有效评估海洋环境的健康状况，为海洋资源保护和开发提供科学依据。
2. 水温和海平面反演水温和海平面反演是利用遥感数据反演得到海洋中表面水温和海平面高程，以了解海洋环境的动态变化，及时预测和预防灾害事件。
其基本原理是根据海水表面的红外辐射和微波辐射特性，建立反演模型，通过遥感测量得到海水表面温度和海平面高程，以反映海洋环境随时间、空间的变化。
3. 海洋盐度反演海洋盐度反演是利用海洋遥感数据反演得到海洋中的盐度分布图，以了解海洋环境的盐度变化、海流分布和生态系统演变。
其基本原理是根据海水的电磁特性，建立反演模型，通过遥感测量得到海面辐射亮度的分布，进而推算出海洋盐度的变化趋势和分布特点。
(完整版)海洋遥感总结
4.海洋遥感传感器及其应用（重点）
5.海洋遥感的应用（论述题）（重点） （1）海表温度遥感 海表温度是重要的海洋环境参数，如在海洋渔业中的应用(利用海温与海况信息来分析渔场 形成、渔期的迟早、渔场的稳定性等，可用于寻找渔场)。 主要采用热红外波段和微波波段的信息进行海表温度的遥感反演。 （2）海洋水色遥感 利用海洋水色遥感图像得到的离水辐射率,来反映相关联的水色要素如叶绿素浓度、悬浮泥 沙含量、可溶有机物含量等信息。 利用可见光、红外多光谱辐射计就可给出赤潮全过程的位置、范围、水色类型、海面磷酸盐 浓度变化以及赤潮扩散漂移方向等信息,以便及时采取措施加以控制。 （3）海洋动力遥感观测 风力、波浪、潮流等是塑造海洋环境的动力，可以通过遥感技术获得。 海洋风力的监测有助于台风、大风预报和波浪预报； 海浪观测可以通过 SAR 反演波浪方向谱，或通过动力模式来解决表面波场问题； 采用雷达高度计可观测潮流或潮汐。 （4）海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量 可通过卫星高度计确定海洋水准面（±20cm），通过测量雷达发射脉冲与海面回波脉冲之间 的延时而得到高度计天线离海面的距离；通过遥感绘制海图和测量近岸水深； 水下地形的 SAR 图像为亮暗相间的条带，利用这个关系可定量获取水下地形信息。 （5）海洋污染监测 利用遥感技术可以监测进入海洋中的陆源污染水体的迁移、扩散等动态变化，还能探测石油 污染（如测定海面油膜的存在、油膜扩散的范围、油膜厚度及污染油的种类）。 （6）海冰监测 海冰是海洋冬季比较严重的海洋灾害之一，海冰遥感能确定不同类型的冰及其分布，从而提 供准确的海冰预报。SAR 具有区分海水和海冰的能力，可准确获得海冰的覆盖面积；并且可 以区分不同类型的海冰以及海冰的运动信息。热红外与其它的微波传感器也是获得海冰定量 资料的有效手段。
海洋与内陆水体高光谱遥感
水体成分的固有光学特性与模型
水体各成分的后向散射
遥感获得是水体后向散射的信息，因此水体成分的后向散射 特性对遥感反演模型的建立具有关键性的作用
水体成分吸收特征
纯(海)水(w)、及典型的叶绿素（C）、悬浮 泥沙(X)、黄色物质(Y)的光谱吸收特征
二类水体固有光学特性
国际上普遍认为，二类水体固有光学特性与 大洋水体的主要差异在： (1)区域性悬浮泥沙的吸收与散射特性； (2)在高泥沙含量区的叶绿素吸收特性与大洋 水体的叶绿素有一定差异； (3)黄色物质光谱吸收特性也有很强的陆源变 化，主要体现在式(3.7)中e指数的S上。 aY()=aY(0)exp[-S(-0)]
6)当水体十分浑浊时，412nm左右篮波 段值在一个很小的范围内变化；
7)赤潮水体光谱与正常光谱有很大的区别。
水色要素反演
(1)经验模型，主要基于离水辐亮度与某一成 分之间的统计关系；
(2)半分析模型, 借助于固有光学量与成分之间 的物理关系和表观量与固有光学量之间的 经验关系，导出遥感量与水体成分之间的 关系；
• 固有光学量(Inherent Optical Properties, IOPs)是指只与 水体成分有关而不随光照条件变化而变化的量，包括：
(1)水分子的吸收系数aw、散射系数bw、散射相函数w； (2)Chl-a的吸收系数ac、单位吸收系数(Specific absorption coef.)，散射系数bc、单位散射系数、后向散 射系数bb、前向散射系数bf、散射相函数； (3)黄色物质的单位吸收系数
5. TDI技术扫描成像，没有类似MODIS、HY-1 COCTS上 的多元并扫条带。
水色遥感定量化的要求及其定标/检验
海洋遥感应用对定量精度有严格的要求,以美国的SeaWiFS的精度目标为 例(一类水体 Case-I water)： 叶绿素浓度反演误差 <35% 离水辐亮度绝对误差 <5% 相对误差 <1% 按照上述要求，可导出遥感器、大气算法、现场仪器的不确定度 (uncertainty)为： *遥感器辐射定标 <5%(Hooker et al 1992, p1) 相对误差 <1% 波段之间 <5% *大气修正算法 <5%(Gordon & Wang 1994, p445) *现场测量仪器定标 <3%(Mueller & Austin 1995, p14) 相对误差 <1% *现场数据分析处理 <5%(Siegel et al 1995)
测绘技术中的海洋遥感与海洋地理信息
测绘技术中的海洋遥感与海洋地理信息海洋遥感和海洋地理信息是测绘技术中的两个重要领域，它们对于海洋资源开发、环境保护以及海上安全等方面具有重要意义。
本文将对海洋遥感和海洋地理信息的概念、应用以及发展趋势进行探讨。
一、海洋遥感的概念和应用海洋遥感是利用航空器、船舶和卫星等遥远距离的传感器获取海洋空间参数和地物信息的技术。
它通过对海洋表面温度、色彩、海浪高度、悬浮物浓度等参数的观测，并结合数学模型和算法进行数据处理，获得海洋环境的空间分布图像。
海洋遥感在海洋资源开发和环境管理中具有广泛应用。
首先，海洋遥感可以用于海洋资源的开发和管理。
通过遥感技术的应用，可以实现对海洋油气、矿产资源和渔业资源的勘探和监测。
利用遥感数据可以提取海底地形、海底底质类型、水下植被等信息，为海底资源勘探和开发提供重要的参考依据。
其次，海洋遥感可以用于海洋环境的监测和保护。
海洋遥感技术可以实时监测海洋表面温度、浮游植物浓度、沉积物悬浮物浓度等参数，并实现对海水污染、赤潮等海洋环境问题的提前预警和监测。
同时，利用遥感技术还可以对海岸线的演变、海洋生态系统的状态进行评估，为海洋环境保护和管理提供科学依据。
最后，海洋遥感还可以用于海上交通安全和海洋灾害监测。
通过对海洋表面风速、风向、浪高以及海冰覆盖等参数的监测，可以为海事部门提供重要的海上交通安全信息。
同时，利用遥感技术还可以实现对海洋气象和海洋灾害（如台风、海啸等）的实时监测和预警，为相关部门和公众提供及时的信息支持。
二、海洋地理信息的概念和应用海洋地理信息是以海洋为研究对象，通过收集、整理、分析和展示相关数据，反映和描述海洋地理现象和规律的信息系统。
海洋地理信息主要包括海洋地图、海洋地理数据库、海洋地理信息系统等。
海洋地理信息在海洋资源管理、海洋环境保护以及海洋国土空间规划等方面具有重要应用。
首先，海洋地理信息可以用于海洋资源管理。
通过建立海洋地理信息系统，可以实现对海洋资源的全面监测和管理。
海洋科学中的遥感技术应用
海洋科学中的遥感技术应用遥感技术是现代海洋科学中一项重要的应用技术，通过对海洋进行遥感观测和数据分析，可以了解海洋的动态变化、生态环境以及资源分布情况。
本文将从海洋遥感技术的原理、应用领域和前景等方面进行论述。
一、遥感技术在海洋科学中的原理遥感技术利用卫星或飞机等遥感平台，通过传感器获取海洋表面的辐射能量信息，进而进行数据分析与解译，获得有关海洋的各种参数和特征。
海洋遥感技术的主要原理包括电磁波辐射、传感器接收与测量、数据解译和处理等过程。
海洋遥感技术利用传感器对海洋的辐射能量进行探测，其中包括可见光、红外线、微波等电磁波的感知与测量。
通过分析不同波段的能量特征，可以获取海洋的温度、盐度、海表高度、浮游植物浓度、海洋溢油等信息。
二、海洋遥感技术的应用领域1. 海洋环境监测：利用遥感技术可以实时获取大范围内的海洋环境信息，如海洋水体温度、盐度、浮游植物种类和分布、水色等。
这些信息对于海洋生态环境评估、海洋生物资源调查、海洋环境保护等方面具有重要意义。
2. 海洋灾害监测与预测：遥感技术可以对海洋灾害（如台风、海洋风暴等）进行实时监测和预测。
通过对海洋表面风场、海浪高度等因素的监测，可以提前预警海洋灾害，为相关部门和航海人员提供决策支持。
3. 海洋资源勘探与利用：遥感技术可以对海洋资源进行快速、准确的勘探与评估。
例如，通过遥感技术，可以探测到海洋底部的矿产资源、海洋生物资源的分布情况等。
这为海洋资源的开发利用提供了重要依据。
4. 气候变化研究：海洋遥感技术可以对海洋表面温度、海流速度、海洋环流等进行长时间序列观测，揭示海洋对气候变化的响应及其反馈机制。
这对于推动气候变化研究及全球变暖等问题有着重要的意义。
三、海洋遥感技术的前景随着遥感技术的不断发展和卫星观测能力的提升，海洋遥感技术在海洋科学中的应用前景十分广阔。
未来，海洋遥感技术将在海洋环境监测、资源调查、灾害预警等方面发挥更加重要的作用。
此外，随着人工智能、大数据等技术的快速发展，海洋遥感技术在数据分析与处理方面也将有更多突破和创新。
海洋参数的遥感反演
两种卫星高度计
①雷达高度计：发射和接收海面返回的微波
②激光高度计：发射和接收海面返回的激光
我国神舟飞船留轨舱携带的是激光高度计
国外卫星通常携带的是雷达高度计
Satellite (Altimeter)
Launch
Funded by
Frequency (GHz)
Altitude (km)
Footprint for calm surface (km) 8
高度计测高误差(续)
③ 电离层的折射率对电磁波传播速度影响带来的误差 电离层内的 自由电子能够减缓电磁波传播速度，可以用电离层折射率的实 部n‘表示，这将影响从卫星到海面的距离R的计算。
④ 对流层的折射率对电磁波传播速度影响带来的误差
⑤ 海浪造成的粗糙海面带来的电磁波偏差 海浪造成的粗糙海面也带来误差。波谷处反射的高度计雷达信 号要比在波峰处反射的多，因此返回能量的中值对应于平均海 平面偏向波谷侧，导致高度计所测海表面高度偏低。
11.海平面（sea level）
12.海平面高度（sea level height） 13.海平面异常（sea level anomaly）
1.距离（Range）、地球等势面（Geop）
①距离是指卫星到海洋表面的距离。
c t R 2
式中c——电磁波的传播速度 R——距离（range） ②地球等势面（geop）的位势等于常数，所以被称为等势面。 ③因为水汽会减缓电磁波在大气中的传播速度，所以卫星携 带微波辐射计同时测量大气中的“垂程水汽含量” ，以便为 高度计的测量数据做大气校正。 ④高度计对海平面高度的测量精度依赖于对距离（range）的 测 量 精 度 ， T/P 卫 星 对 距 离 和 海 平 面 高 度 的测 量 精 度都 是 2.4cm。
海洋遥感的实验报告
一、实验目的1. 了解海洋遥感的基本原理和实验方法。
2. 掌握海洋遥感数据的采集、处理和分析技术。
3. 通过实验，加深对海洋遥感技术的认识，提高实际操作能力。
二、实验原理海洋遥感是利用遥感技术对海洋进行探测、监测和评估的方法。
通过搭载在卫星、飞机或船舶上的传感器，对海洋表面和海洋大气进行探测，获取海洋环境、海洋资源、海洋灾害等信息。
实验原理主要包括以下内容：1. 电磁波辐射与反射：海洋表面、海洋大气以及海洋内部均会对电磁波产生辐射和反射，这些信息可以通过遥感传感器进行探测。
2. 传感器原理：遥感传感器根据不同的探测目标和工作波段，采用不同的探测原理，如可见光、红外、微波等。
3. 数据处理与分析：通过遥感数据处理软件，对采集到的数据进行预处理、校正、分析和解译，提取海洋环境、海洋资源、海洋灾害等信息。
三、实验内容1. 实验一：海洋遥感数据采集（1）实验目的：了解海洋遥感数据采集的基本方法。
（2）实验内容：使用卫星遥感数据采集软件，下载海洋遥感数据，包括海洋表面温度、海面高度、海面风速等。
（3）实验步骤：a. 打开遥感数据采集软件，输入卫星名称、轨道、时间等信息。
b. 选择所需数据产品，如海洋表面温度、海面高度、海面风速等。
c. 点击下载，等待数据下载完成。
d. 查看下载的数据，了解数据格式和内容。
2. 实验二：海洋遥感数据处理（1）实验目的：掌握海洋遥感数据处理的基本方法。
（2）实验内容：对采集到的海洋遥感数据进行预处理、校正和分析。
（3）实验步骤：a. 使用遥感数据处理软件，打开下载的数据文件。
b. 对数据进行预处理，包括数据压缩、滤波、去噪等。
c. 对数据进行校正，包括几何校正、辐射校正等。
d. 分析数据，提取海洋环境、海洋资源、海洋灾害等信息。
3. 实验三：海洋遥感数据应用（1）实验目的：了解海洋遥感数据在海洋环境监测、海洋资源开发、海洋灾害预警等方面的应用。
（2）实验内容：利用处理后的海洋遥感数据，进行海洋环境监测、海洋资源开发、海洋灾害预警等方面的应用。
海洋遥感基础及应用
海洋遥感基础及应用一、引言海洋遥感是利用卫星、飞机等遥感技术获取海洋信息的一种方法。
随着科技的发展，海洋遥感在海洋资源开发、环境保护、气候变化等方面发挥着越来越重要的作用。
本文将介绍海洋遥感的基础原理以及其在海洋科学、渔业、海洋环境监测等方面的具体应用。
二、海洋遥感基础1. 电磁波与海洋信息获取海洋遥感利用电磁波与海洋中的物质相互作用的原理来获取海洋信息。
不同波段的电磁波与海洋中不同的物质有着不同的相互作用方式，从而可获取到海洋中的温度、盐度、叶绿素含量等信息。
2. 遥感传感器与数据获取遥感传感器是获取海洋遥感数据的核心设备。
常用的遥感传感器包括微波辐射计、红外线辐射计、可见光辐射计等。
这些传感器通过接收海洋反射或辐射出的电磁波，将其转化为数字信号，进而获取到海洋遥感数据。
三、海洋遥感的应用1. 海洋科学研究海洋遥感技术在海洋科学领域发挥着重要作用。
通过获取海洋表面温度、叶绿素含量等信息，科学家可以了解海洋的动态变化，研究海洋生态系统的结构和功能，探索海洋生物多样性等问题。
2. 渔业资源管理海洋遥感技术可用于监测海洋中的浮游生物分布、海洋温度等信息，从而为渔业资源管理提供科学依据。
通过分析海洋遥感数据，可以确定适宜的渔场位置、预测渔业资源的分布和变化趋势，帮助渔民提高渔业生产效益。
3. 海洋环境监测海洋遥感技术在海洋环境监测中也发挥着重要作用。
通过监测海洋表面温度、叶绿素含量、海洋溶解氧等指标的变化，可以实时监测海洋环境的状况，及时发现和预警海洋污染事件，保护海洋生态环境。
4. 气候变化研究海洋是地球上重要的热交换介质，对气候变化有着重要的影响。
海洋遥感技术可用于监测海洋表面温度、海洋风场等信息，为气候变化研究提供数据支持。
通过分析海洋遥感数据，科学家可以了解海洋对气候变化的响应过程，预测未来的气候变化趋势。
5. 海洋灾害预警海洋遥感技术在海洋灾害预警中起到了重要作用。
通过监测海洋表面风场、海浪高度等信息，可以及时预警台风、海啸等海洋灾害事件，为海洋沿线地区的居民提供重要的安全保障。
海洋遥感技术在海洋温度监测中的应用
海洋遥感技术在海洋温度监测中的应用在广袤无垠的海洋世界中，了解海洋温度的变化对于我们认识地球气候系统、预测海洋环境演变以及合理开发利用海洋资源都具有至关重要的意义。
海洋遥感技术的出现，为海洋温度的监测提供了高效、全面且精确的手段，开启了我们探索海洋温度奥秘的新篇章。
海洋遥感技术是一种非接触式的观测手段，它通过传感器接收来自海洋表面或内部的电磁辐射信息，并对这些信息进行处理和分析，从而获取有关海洋物理、化学和生物等方面的参数。
在海洋温度监测中，常用的海洋遥感技术包括卫星遥感、航空遥感以及船载遥感等。
卫星遥感是海洋温度监测中应用最为广泛的技术之一。
卫星搭载的各种传感器能够大面积、长时间地对海洋进行观测，获取海洋表面温度的分布情况。
例如，美国的 NOAA 系列卫星上的 AVHRR 传感器，能够提供全球范围内的海洋表面温度数据。
这些数据对于研究全球气候变化、海洋环流模式以及厄尔尼诺和拉尼娜等气候现象具有重要价值。
卫星遥感测量海洋表面温度的原理主要基于热红外辐射。
海洋表面的温度不同，其向外发射的热红外辐射能量也不同。
传感器接收到这些辐射能量后，通过特定的算法和反演模型，就可以计算出海洋表面的温度。
然而，卫星遥感也存在一定的局限性。
例如，受到云层的遮挡，卫星可能无法准确获取某些区域的海洋表面温度信息。
此外，卫星遥感测量的是海洋表面的温度，对于海洋次表层和深层的温度变化则无法直接探测。
为了弥补卫星遥感的不足，航空遥感和船载遥感技术应运而生。
航空遥感具有较高的空间分辨率和灵活性，可以针对特定的区域进行精细化的观测。
船载遥感则能够在航行过程中实时获取海洋温度等参数，并且可以结合其他现场观测设备，对海洋温度的垂直分布进行测量。
海洋遥感技术在海洋温度监测中的应用领域十分广泛。
在气候研究方面，通过长期监测海洋温度的变化，可以了解全球气候的演变趋势，为气候模型的建立和验证提供数据支持。
在海洋生态系统研究中，海洋温度是影响海洋生物分布、生长和繁殖的重要因素。
海洋遥感技术在资源探测中的应用
海洋遥感技术在资源探测中的应用海洋，这个占据了地球表面约71%的广阔领域，蕴藏着丰富的资源，对人类的生存和发展具有极其重要的意义。
为了更有效地探测和开发海洋资源，海洋遥感技术应运而生。
海洋遥感技术是一种非接触式的观测手段，它通过传感器获取海洋表面和内部的信息，为资源探测提供了强大的支持。
海洋遥感技术的工作原理主要基于电磁波与海洋表面及水体的相互作用。
不同的海洋要素，如温度、盐度、叶绿素浓度等，会对电磁波产生不同的反射、散射和吸收特性。
通过测量和分析这些电磁波的变化，我们可以反演得到海洋环境和资源的相关信息。
在海洋资源探测中，海洋遥感技术的应用十分广泛。
首先，在海洋矿产资源探测方面发挥着重要作用。
海底蕴藏着丰富的石油、天然气、多金属结核、富钴结壳等矿产资源。
通过遥感技术，可以获取海底地形地貌、地质构造等信息，为矿产资源的勘查和评估提供依据。
例如，合成孔径雷达（SAR）能够探测到海底的微地形变化，从而帮助我们了解海底的地质结构，为寻找油气藏提供线索。
其次，海洋遥感技术在海洋生物资源探测中也具有重要意义。
海洋中的鱼类、贝类、藻类等生物资源是人类重要的食物来源和经济资源。
利用海洋光学遥感，可以监测海洋中的叶绿素浓度，从而反映浮游植物的分布和数量。
浮游植物是海洋食物链的基础，其分布情况间接反映了海洋生物资源的丰富程度。
此外，通过遥感技术还可以监测海洋温度、盐度等环境因素的变化，这些因素对海洋生物的分布和生长有着重要影响。
再者，海洋遥感技术在海洋能源资源探测方面也有出色的表现。
海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能等，具有巨大的开发潜力。
利用遥感技术，可以对海洋潮流、波浪等进行监测和分析，为海洋能源的开发选址和评估提供数据支持。
比如，通过卫星高度计可以测量海平面高度的变化，进而推算出海洋潮流的速度和方向，为潮流能的开发提供基础数据。
海洋遥感技术还为海洋水资源的探测和管理提供了有力的手段。
海洋水资源不仅包括海水本身，还包括海冰、淡水透镜体等。
海洋遥感 标准
海洋遥感标准
海洋遥感的标准主要包括以下几个方面：
1. 传感器接收到的遥感数据的准确性和可靠性，需要通过专业测试机构进行校准和验证。
2. 遥感数据的空间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率等指标需要符合相关规范和技术标准的要求。
3. 对遥感数据进行质量控制和处理，包括数据筛选、预处理、滤波、辐射校正、分类等步骤，确保结果的准确性和精度。
4. 对于不同类型的应用场景，如海洋水色监测、海底地形地貌探测、海洋动力环境参数测量等，需要选择合适的遥感技术手段和方法，并制定相应的应用标准和规范。
5. 在数据处理和分析方面，需要采用先进的数据处理技术和算法，对遥感数据进行深度挖掘和分析，为海洋科学研究、资源开发、防灾减灾等领域提供更加准确的支持。
总之，海洋遥感是一项复杂的技术领域，需要综合考虑多种因素，从多个角度制
定相应的标准和规范，以确保遥感结果的质量和准确性。
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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
• 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。
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。
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。
化
✓ NDSI＝(RefMODIS4-
雪
被
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
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
8.1 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
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
8.3 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。
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
• 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。
• 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。
• 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。
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้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”：
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；
• 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。
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。
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。
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：
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。