第四章 海洋表面温度遥感 - 海洋遥感
海洋遥感
卫星遥感不但为全球海洋和气候的物理研 究提供了可靠的数据，还为全球海洋初级
生产力的估计提供了充足的资料。
全球海洋初级生产力与全球碳循环有密切 联系。
全球碳循环与二氧化碳引起的全球变暖有
直接联系。 全球变暖可能导致全球海平面上升。 NASA(National Aeronautics and Space Administration)使用MODIS在2000年11月 对全球海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的观 测。
海洋遥感
学号：1434923 姓名：姚亚会
海洋遥感（ocean remote sensing）利用传感器对海
洋进行远距离非接触观测 ，
以获取海洋景观和海洋要 素的图像或数据资料。
2015-5-10
01 简介
海洋不仅不断向环境辐射电磁波能量，而且还会反射或散射太阳和人造辐射源（如
雷达）射来的电磁波能量，故可设计一些专门的传感器，把它装载在人造卫星、宇
全球海洋的年平均海表面温度（SST:Sea Surface Temperature）的等温线图像； 图中色标（colour bar）的单位是℃（摄氏度）。
该图清晰显示了西太平洋赤道暖水区
的范围和温度大小。 西太平洋赤道暖水区向大气输运的热 通量对于全球海洋大气热循环有举足 轻重的影响，它的范围和温度变化与
宙飞船、飞机、火箭和气球等工作平台上，接收并记录这些电磁辐射能，再经过传 输、加工和处理，得到海洋图像或数据资料。
遥感方式有主动式和被动式两种：①主动式遥感：传感器先向海面发射电磁波，再
由接收到的回波提取海洋信息或成像。这种传感器包括侧视雷达、微波散射计、雷 达高度计、激光雷达和激光荧光计等。②被动式遥感：传感器只接收海面热辐射能
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。
如何利用遥感数据进行海洋环境监测
如何利用遥感数据进行海洋环境监测遥感数据在海洋环境监测中的应用遥感技术是指通过人造卫星、航空器等高空平台对地球表面进行观测和探测的技术手段。
利用遥感技术获取的观测数据，可以为海洋环境监测提供丰富的信息，从而帮助我们更好地理解和管理海洋环境。
本文将讨论如何利用遥感数据进行海洋环境监测。
1. 遥感数据的获取遥感数据的获取主要通过卫星和航空器来实现。
由于卫星的广覆盖性和高分辨率特性，卫星遥感数据成为海洋环境监测中最常用的数据来源。
此外，航空器遥感数据也有一定的应用价值，特别是在短时间尺度和小区域范围内的监测中。
2. 海洋表面温度监测海洋表面温度是海洋环境监测的重要指标之一。
利用遥感技术，我们可以获取到全球范围内的海洋表面温度数据。
这些数据可以用于监测海洋水温的变化趋势，预测气候变化，评估海洋生态系统的健康状况等。
同时，海洋表面温度数据还可以用于监测海洋循环和海洋风暴等极端天气事件。
3. 海洋色素监测海洋色素是指海洋中的生物在光合作用中吸收和反射的光线的颜色。
利用遥感技术，可以获取到海洋中的色素浓度分布图。
这些数据可以帮助我们了解海洋生物群落的演变和分布情况，评估海洋生态环境的健康程度。
同时，海洋色素数据还可以用于监测蓝藻水华、赤潮等海洋生态灾害事件的发生和扩散。
4. 海洋溢油监测海洋溢油是海洋环境监测的重要问题之一。
利用遥感技术，可以从卫星图像中识别出海洋中的溢油事件。
遥感数据可以提供溢油面积、溢油量和溢油位置等信息，帮助监测部门及时采取应对措施，并评估溢油对海洋生态环境的影响程度。
此外，遥感数据还可以用于监测海洋油田的开发和生产过程中的污染排放情况。
5. 海洋气象监测利用遥感技术，还可以对海洋气象进行监测。
通过获取海洋中的风力、风向、海浪高度等数据，可以帮助预测海洋风暴、海浪涌浪等极端气象事件的发生和发展趋势。
这些数据对于航海、渔业等海洋相关行业的安全运营具有重要意义。
6. 人工智能在遥感数据分析中的应用随着人工智能技术的发展，越来越多的研究将人工智能技术与遥感数据分析相结合。
海洋遥感技术PPT课件
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3.获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点
• 遥感通常为瞬时成像，可获得同一瞬间大面积区域 的景观实况，现实性好；而且可通过不同时相取得的资 料及像片进行对比、分析和研究地物动态变化的情况 （版图3），为环境监测以及研究分析地物发展演化规 律提供了基础。
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（三）遥感信息处理 • 遥感信息处理是指通过各种技术手段对遥感探测所获得的信息
进行的各种处理。 • 例如，为了消除探测中各种干扰和影响，使其信息更准确可靠
而进行的各种校正（辐射校正、几何校正等）处理，为了使所 获遥感图像更清晰，以便于识别和判读，提取信息而进行的各 种增强处理等。为了确保遥感信息应用时的质量和精度，以及 为了充分发挥遥感信息的应用潜力，遥感信息处理是必不可少 的。
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• 世界海洋卫星包括三大类： • 海洋水色卫星、 • 海洋地形卫星 • 海洋环境卫星。
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• 海洋水色卫星是通过星上装载的遥感设备对海洋水色要素进行探测，为海 洋生物资源开发利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发和海洋科学 研究等提供科学依据和基础数据。
• 最具代表性的海洋水色卫星是1997年8月1日美国宇航局成功发射的专用 海洋水色卫星“海星”，它标志着因水色遥感器“沿海水色扫描仪”在 1986年停止运转而中断了10年的全球海洋水色遥感数据又得以继续，而 且可以得到质量更高的海洋水色资料。
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• 遥感通常是指通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接 触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波的反射辐射和发 射辐射），并对这些信息进行 提取、加工、表达和应用的一门 科学和技术。
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外表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。
海洋遥感知识点总结
海洋遥感知识点总结本文将从海洋遥感技术的基本原理、常用遥感技术和海洋遥感的应用领域等方面进行详细的介绍，并结合一些实际案例，希望可以为读者对海洋遥感技术有一个更全面的了解。
一、海洋遥感技术的基本原理海洋遥感技术是通过传感器对海洋进行观测和测量，然后将获取到的数据传输到地面处理系统进行分析，从而得到关于海洋的信息。
传感器可以是搭载在卫星上的遥感仪器，也可以是在飞机、船只等平台上安装的探测设备。
遥感技术主要依靠电磁波在大气和海洋中的传播和反射特性来获取海洋信息。
具体而言，通过用不同波段的电磁波对目标进行监测和探测，再利用电磁波与目标反射或散射作用时的特性来获取目标物体的信息。
遥感技术主要包括被动遥感和主动遥感两种方式。
被动遥感是指通过接收目标物体所发出的自然辐射或反射的电磁波，比较常用的是太阳辐射。
而主动遥感是指通过发送特定频率的电磁波到目标物体上，然后将目标物体发射的辐射或反射返回的信号进行分析。
被动遥感和主动遥感一般配合使用，可以获取更加全面的目标物体信息。
二、常用的海洋遥感技术1. 被动微波遥感被动微波遥感是通过接收海洋表面微波辐射来获取海洋信息的一种遥感技术。
微波辐射可以在大气中穿透，因此即使在云层遮挡的情况下，也可以对海洋进行探测。
被动微波遥感技术可以用来测量海洋表面温度、海洋表面风速、盐度等信息，对海洋动力学和大气海洋相互作用研究有着重要的意义。
2. 被动光学遥感被动光学遥感是通过接收海洋表面反射的太阳光来获取海洋信息的一种遥感技术。
光学遥感可以测量海洋表面的叶绿素浓度、海水透明度、沉积物含量等信息，可以用于海洋生态系统监测和海洋污染监测等方面。
3. 合成孔径雷达遥感合成孔径雷达（SAR）是一种主动遥感技术，通过发送微波信号到海洋表面，然后接收被海洋表面物体反射的信号，来获取海洋表面的信息。
SAR可以用来监测海洋表面风场、海洋表面粗糙度、海洋污染等信息，对海上风暴预警、海洋污染监测等具有重要的应用价值。
海洋科学中的海洋环境遥感
海洋科学中的海洋环境遥感随着时代的不断发展，科技不断进步，海洋遥感技术也得到了广泛的应用。
海洋遥感技术是指利用遥感技术对海洋环境进行实时监测、分析、预测等处理，可以有效探测海洋气候、海洋生态环境、海洋地理信息等方面的信息。
本文主要论述海洋科学中的海洋环境遥感技术及其应用。
一、海洋环境遥感技术的基础海洋环境遥感技术是基于遥感技术和地球物理技术的，它主要是利用卫星遥感和水下探测技术，通过捕捉、分析海洋表面和水下空间的图像、声波等多种信息，以获得海洋环境的多尺度、多维度、多参数的数据。
海洋环境遥感技术主要包括以下几个方面：1.卫星遥感技术卫星遥感技术是利用卫星上安装的遥感传感器监测地球表面的状况，其优点是可以迅速获取大面积的海洋环境信息，可以实现对全球海洋生态的大范围、精确的观测和监测。
2.水下探测技术水下探测技术是利用声波等物理技术探测水下环境，主要通过对船舶、海底地貌、海底岩石结构、地下水资源、地壳构造等进行探测，可以获得大量的水下信息，为研究海洋环境提供了强有力的数据支持。
3.综合应用综合应用是指整合不同的遥感技术和地球物理技术，对海洋环境进行综合分析。
综合应用海洋遥感技术不仅扩大了海洋环境遥感的覆盖范围，而且能够获得更加全面、准确的海洋环境信息。
二、海洋环境遥感技术的应用领域1.海洋生态环境研究海洋生态环境研究主要是对海洋生态系统的监测和预测，利用卫星遥感技术可以监测海洋浮游植物、浮游动物、海洋气候等环境信息，而水下探测技术则可以提供水下环境的地貌特征、流场结构以及水下物种分布等相关数据。
这些数据对于研究海洋生态系统的组成、结构和演化规律具有重要意义。
2.海洋气候预测海洋气候预测是指通过卫星遥感技术对海面温度、盐度、潮汐、流体运动等要素进行监测，以便预测海洋环境中存在的气象现象，例如风暴、海浪、海雾和海冰等。
卫星遥感的数据能够为气象预测、海上通信、沿海生产等提供实时提示和预警。
3.水下资源勘探水下资源勘探是指利用水下探测技术对海洋中的石油、天然气、金属矿物等资源进行探测、勘探和运输。
海洋遥感
可见光传感器
• 借助于可见光（电磁波的一部分，波长范围是0.38~0.78 微米）实现遥感的仪器 • 特点是空间分辨能力高，对所获取的信息记录在相片上， 比较直观、分析解译较容易、如在测量沿岸水深和水团混 合带，海面石油污染时．可以获得比较精确的图像。 • 缺点是不具有全天时(只能在白天)、全天候(不能透过云雾) 的工作能力。 • 适宜于拍摄云图、观测海冰、海岸形态、沿岸流流向、波 浪折射、浅海测深、海岛和浅滩定位、测定海洋水色透明 度及叶绿素含量等。
•
•
红外传感器的特点是：空间分辨率高，大体上接近于可 见光传感器的水平；照片较直观、解译不很难；热红外传 感器具有全天时(即夜间也能工作)的工作能力。缺点是不 能透过云盖米至30厘米之间的电磁波称为微波，工作在这 一波长范围内的传感器称为微波传感器。各种微波辐射计、 微波散射计、雷达高度计、微波测视雷达和合成孔径雷达 都属于微波传感器。 • 微波有其特定的透射“窗口”。对云层、冰雪、地表植被 有一定的穿透能力；另一方面有水汽和氧的选择带，可以 直接测量大气参数。微波传感器特别适用于海洋，因为海 水是一种导体，微波对海水的导电性能很敏感，可以用微 波测量海水盐度。微波能穿透海冰，所以可以用微波测量 海冰厚度。微波对海面粗糙度也十分敏感．因此可用微波 测量海面风速、风向以及波浪的有关参数， 微波传感器 还可用来测定海面油膜的厚度，以上这些都是可见光和红 外传感器很难胜任的。 • • 微波遥感传感器有无源和有源之分 。
海洋环境监测
•
海洋航运 海洋工程
•
发展趋势
• 海洋遥感技术的出现，使海洋观测系统有了根本 性的转变，目前已逐步转向以卫星遥感为主，辅 以航空遥感、调查船调查、锚泊浮标和岸站系统 的现代海洋观测系统。 • 近20年来，海洋卫星遥感技术发展迅猛异常，并 取得了举世瞩目的成就。现已从实验阶段发展到 业务应用阶段。全世界共发射10多颗专用的海洋 卫星。我国于1998年发射“风云—1(02)”卫 星．其中有3个半通道用于海洋通道；并已立项发 射我国专门的海洋卫星。 • 当前，一个多层、立体、多角度、全方位和全天 候的对地观测网正在形成。
遥感地学应用04 水体和海洋遥感讲解
7
4.2.1水体光谱特征
对水体来说，水的光谱特征主要是由水本身的物质组成
决定，同时又受到各种水状态的影响。
水体在近红外、短波 红外这两个波段的反
可见光反射包
射能量很小。这一特
含：水表面反
征与植被和土壤光谱
射、水体底部
有十分明显的差异，
物质反射、水 中悬浮物质反
3%～10%
因而在红外波段识别 水体是较容易的。
天空散射光Lp
3.5%水面散射光Ls
少量水体本身信息
它的强度与水面性 质有关：表面粗糙 度、水面浮游生物 、水面冰层、泡沫 带等。
其余的光经折射、透射进 入水中，大部分被水分子 吸收和散射，以及被水中 悬浮物质所散射、反射、 衍射成水中散射光。
它的强度与水的混浊度成正 相关，与水的深度成正相关。
2020/9/30
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4.2.1水体光谱特征
说明2：离开水面的辐射部分(即水中光经折射出水面的 部分)，除了水中散射的向上部分外，还包含在日光激 励下水中叶绿素经光合作用所发出的的荧光。
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4.2.1水体光谱特征
说明3：水面入射光谱中， 仅有可见光（0.4～0.76 μm才 透射入水，其他波段的入射 光或被大气吸收或被水体表 面吸收，如图13.5所示。 该图中还显示蓝光(0.4～0.5 μm)水的透射性最好，对于清 洁水可达几十米。
10
4.2.1水体光谱特征
L(接收)=Lw(水中光)+Ls水面反射光)+Lp(天空散射光) 它们是波长、高度、入射角、观测角的函数 其中前两部分包含有水的信息，因而可以通过高空遥感 手段探测水中光和水面反射光，以获取水色、水温、水 面形态等信息，并由此推测有关浮游生物、浑浊水、污 水等的质量和数量以及水面风、浪等有关信息。
海洋遥感概述
NASA使用MODIS在2000年11月对全球海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的观测
图中红色代表高浓度，绿色代表中等浓度，蓝色代表 低浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿 素浓度，故被称为“海中沙漠”。
赤潮监测
利用HY-1A卫星资料进行海洋赤潮监测是HY-1A卫星的重要任务之一，通 过对海洋赤潮的监测，展示HY-1A卫星在海洋环境监测中的应用能力，为 我国海洋防灾减灾服务。对2002年6月15日、9月3日发生在渤海、华东 沿海和黄海赤潮进行监测，得到赤潮发生的地理位置和区域大小数据， 为海洋环境保护管理提供了科学依据。
对于海洋研究的重要性
• 海洋观测难度大，因此更依赖于卫星 遥感观测 • 在全球气候变化、大洋环流、赤潮监 测等多个领域具有重要作用 • 发展前景看好，对于考研以及今后的 个人发展具有重要意义。
我国的海洋遥感
• 2002年5月15日，中国第一颗海洋卫星 （“海洋一号A”）在太原卫星发射中心由 长征火箭发射升空，结束了中国没有海洋 卫星的历史。 • 2007年4月11日，装备更为精良的“海洋一 号B”卫星，由长征二号丙运载火箭在太原 卫星发射中心成功发射升空。 • 2011年8月16日，中国在太原卫星发射中心 用“长征四号乙”运载火箭，将中国第一 颗海洋动力环境监测卫星“海洋二号”成 功送入太空。
资源开发：二十一世纪是海洋的世纪，海洋蕴藏着巨大的资源与能源，
人类早已经认识到占地球表面70.8％的海洋对人类的作用和重要性。开发利 用海洋资源，日益成为国际竞争的重要领域。
人们预测，二十一世纪人类社会的经济发展将更加依赖海洋实际价值的利 用，海洋经济将会以更高的速度发展，人类在充分开发利用海洋的同时，更 加重视海洋资源和环境的保护以求持续发展，这是海洋事业发展的总趋势。
海洋遥感ppt04 海洋表面温度遥感
• 薄卷云的反射率法
• 薄卷云的IR识别法 • 夜间层状低云和雾识别发 • SST合理性检测法 • 气候和相互比较法
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.4 云检测
与AVHRR云检测算法的不同：
(1) 反射率检测
白天使用MODIS1波段 (660nm) 和2波段 (870nm) 数 据。应用阈值和反射率比值法。
卫星海洋遥感导论
An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
武汉大学 遥感信息工程学院
第四章 海洋表面温度遥感
海洋表面温度（sea surface temperature，SST）是一个重要 的海洋环境参数，是海洋环境非常重要的基础信息。几乎所有的 海洋过程，特别是海洋动力过程都直接或间接的与温度有关。
(2) 薄卷云的反射率检测
18波段 (936nm) 和 26波段 (1.375 μm)都位于强水汽 吸收波段的中心。
(3) 空间和时间均匀性检测
在时间均匀性检测方面，特定像元的亮度温度和反射率
与7d前的观测比较，如超过设定阈值，则认为是云。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
白 天 和 夜 晚 强 风 的 情 况
白 天 弱 风 和 强 太 阳 照 射 的 情 况
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
• Ts 和 T11μm在几秒钟内响应蒸发、传导和辐射引起 的平衡变化；
• T10GHZ被黏性过程主导，响应时间尺度是分钟级。 • 在弱风条件下，Tb反应的是一天内水体加热和冷 却的状态时间尺度是数小时；
海洋遥感
长波辐射传输方程—多层τ的线性近似法和 Pade 近似法 微波辐射的特性： 1. 海面发射率 ε 是观测天顶角 θ、辐射计频率 v、极化方式、真实温度 Ts、风速 u 和风向 φ 的函数。 2. 影响海面发射亮温的因素：海面粗糙度和泡沫。 3. 平静海面，满足热动力平衡条件时： ε=1-ρ。 微波表面散射：在两种均匀介质的分界面上，当电磁波从一种介质射入时，在分界面上产生 的散射，叫表面散射。 微波体散射：当电磁波通过某一界面，从一种介质进入另一种介质时，在介质内部产生的散 射，叫体散射。 大气对微波的影响： 1. 在微波波段（1-300GHz 或 30cm-1mm） ，大气衰减主要是 O2 和 H2O 的吸收、大气微粒 （主要是水滴，包括云雾、霾和降水、冰粒和尘埃）的散射造成。对于云雨天气，还考 虑云和降雨的衰减作用。 2. 对于波长相对较长的微波，在大气和非降水的云中传输时，散射作用可忽略，只考虑大 气的吸收和发射。 3. 对于波长相对较短的微波，微粒散射作用不可忽略。 如： 波长>0.3cm 的微波， 直径<100 μm 的水滴对电磁波的衰减主要是水滴的吸收；当水滴直径>100μm（降水）时，散射 作用就很重要 。 天线：是把高频电流转换成无线电波，或把无线电波转换成高频电流的变换器，主要用来发 射和接收无线电波。 天线的特性——辐射效率和辐射方向函数 雷达发射机输出的功率馈送到天线后，通过天线孔径辐射到空间，由于阻抗匹配等因素，发 射功率 Pt 中只有部分功率 Prad 辐射出去。用辐射效率 η 来表示： η=Prad / Pt。 天线的方向性：某特定方向上获得的辐射强度与各向同性天线辐射强度之比。 天线增益： 表示为某一天线与标准天线得到同样功率时在某一方向上的功率密度之比。 描述 了副天线把能量聚集到一个窄的角度范围的能力。分方向增益和功率增益。 波束宽度：指辐射电磁场的大小从主瓣峰值下降 3dB 时 2 点之间的角度间隔。 雷达方程：
海洋科学认知—海洋遥感
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
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气象数据监测
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
欧洲航天局Envisat卫星于4月22日拍到这张 墨西哥湾海面漂浮泄漏原油的照片，如图所示， 黑色的原油带距离路易斯安那州并不远。
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
4月25日，浮油面积扩大并发出微光
(MODIS)
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
在这张摄于4月28日的航空照片上，墨西哥 湾海面某处形成一条“原油河”。
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
海洋表面现象监测
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
其他应用实例介绍
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
舌状Байду номын сангаас角洲 人工截
流
黄河三角洲在上世纪六七十年代发现了丰厚的油 气资源，成为了我国第二大石油基地—胜利油田。 但是油田的勘探开发也随之带来周边沙环咀境的变化， 我们利用3S技术对黄河三角洲河口进行动态监测与 预报。
➢遥感概述 ➢海洋遥感概述 ➢海洋卫星 ➢应用实例
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
大连海洋大学海洋环境工程学院 李微
海洋遥感的应用
➢ 海洋渔业方面 ➢ 海洋水色环境监测 ➢ 海表温度监测 ➢ 海洋灾害监测与预报 ➢ 气象数据监测 ➢ 海洋表面现象监测
海洋遥感特点及应用
(一)海洋及海洋遥感的特点研究全球环境，脱离了占71%的海洋不行，海洋又是人类尚未开发的处女地，因而海洋遥感具有深远意义。
海洋主要是由不断运动着的海水组成。
大片的海水构成了一个庞大、完整的动力系统，.并有相当的深度。
海洋现象具有范围广、幅度大，变化速度快的特点。
常规的海上调查是通过穿航线、取样等来完成的。
海洋如此辽阔、海洋实地调查无论规模、范围、频度均受到限制。
它除了对海上航线及附近地区进行观测外，对其它大部分水域是无能为力的。
而海洋遥感却是个最重要的探测手段。
从海洋光学的角度看，给海面辐射的光源有太阳直射光和天空漫射光。
它们照射海面后约 3.5%被海面直接反射回空中，为海面反射光。
它的强度与海面性质有关（如海冰、海面粗糙度等)。
其余的光则透射到海中，大部分被海水所吸收，部分被海水中的悬浮粒所散射产生水中散射光，它与海水的混浊度相关。
衰减后的水中散射光部分到达海底形成海底反射光。
水中反射光的向上部分以及浅海条件下的海底反射光，组成水中光。
水中光、海面反射光、天空反射光以及大气散射光共同被空中探测器所接收。
其中前两者内包含有水中信息，因而可以通过高空探测水中光和海面光以获得关于浮游生物、浊水污水等的质量和数量信息，以及海面性质的有关信息。
此外，海水对不同电磁波谱段有不同的透明度，即光对海水的穿透能力受海水混浊度的影响很大。
光对不同混浊度海水的穿透能力不同。
水体对0.45-0.55微米波长的光的散射最弱，衰减系数最小，穿透能力最强。
随着水的混浊度增大，衰减系数增大，穿透能力减弱，最大穿透深度的光谱段也由蓝变绿，所以海水颜色随其混浊度强大而由蓝一绿一黄逐渐过渡。
尽管海水由于叶绿素、浑浊度或表面形态不一而具有不同的波借特征，而且不同波谱段对海水有不同的穿透力，同一波谱段对不同类型的海水有不同的穿透力，但是，海洋的光谱特征差异与陆上地表物体相比要小得多，因而所成的图象反差很低。
另外，海洋信息的获取还受到海洋环境的各种干扰因素的影响，如不同太阳入射角、不同观察高度、不同气候条件(云层影响)、不同海面条件(海面粗糙度、波浪及传播方向)、不同底质条件以及水体本身不同的生物、化学、物理因素等。
(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。
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。
海洋遥感
海洋遥感
海洋遥感（ocean remote sensing）是利用传感器对海洋进行远距离非接触观测，以获取海洋景观和海洋要素的图像或数据资料。
海洋不断向环境辐射电磁波能量，海面还会反射或散射太阳和人造辐射源（如雷达）射来的电磁波能量，故可设计一些专门的传感器，把它装载在人造卫星、宇宙飞船、飞机、火箭和气球等携带的工作平台上，接收并记录这些电磁辐射能，再经过传输、加工和处理，得到海洋图像或数据资料。
遥感方式有主动式和被动式两种：①主动式遥感。
先由遥感器向海面发射电磁波，再由接收到的回波提取海洋信息或成像。
这种传感器包括侧视雷达、微波散射计、雷达高度计、激光雷达和激光荧光计等。
②被动式遥感。
传感器只接收海面热辐射能或散射太阳光和天空光的能量，从中提取海洋信息或成像。
这种传感器包括各种照相机、可见光和红外扫描仪、微波辐射计等。
按工作平台划分，海洋遥感可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感3种方式。
海洋遥感技术，主要包括以光、电等信息载体和以声波为信息载体的两大遥感技术。
海洋声学遥感技术是探测海洋的一种十分有效的手段。
利用声学遥感技术，可以探测海底地形、进行海洋动力现象的观测、进行海底地层剖面探测，以及为潜水器提供导航、避碰、海底轮廓跟踪的信息。
海洋遥感技术是海洋环境监测的重要手段。
卫星遥感技术的突飞猛进，为人类提供了从空间观测大范围海洋现象的可能性。
目前，美国、日本、俄罗斯等国已发射了10多颗专用海洋卫星，为海洋遥感技术提供了坚实的支撑平台。
第四章 海洋表面温度遥感 - 海洋遥感
由黑体的极化辐亮度可知，海表的极化辐亮度：
2016/1/20
2
4.2 微波辐射计海表温度反演
2.微波辐射计海温测量的原理
（1）微波辐射计测量的亮度温度Ta
Sensor T0
Ta TA (1 )T0
η为天线的辐射效率， TA 为天线的亮度温度， T0 为天线的物理温度。
区分几个参数 的不同意义
辐射预处理?几何投影?几何精校正?图像镶嵌h卫星位置s计算每条扫描线的地面距离?行分辨率归一化扫描行展宽几何预处理极轨气象卫星为例20161123地心oreabii1扫描角与地心角之间的关系示意图计算每条扫描线的像元数目新定位点在原扫描线的位置象素重采样扫描行展宽处理流程?行分辨率归一化扫描行展宽结果示例2005年4月1日7点获取的fy1d图像几何预处理极轨气象卫星为例20161123扫描行展宽前后的图像对比?几何投影变换粗校正?生成标准高斯平面网格?像元定位?象素重采样几何预处理极轨气象卫星为例20161123?象素重采样投影变换几何粗校正前后的图像对比结果示例结果示例2005年4月7日8点获取的fy1d图像?平移精校正?在定位准确的图像上确定一个窗口模板要求
2016/1/20
c.分裂窗反演方法（★）－原理
L Lst L a
用Taylor级数展开 Planck函数：
T Ts [Ta Ts ](1 t )
Ta 为大气的加 权平均气温
考虑水气的吸收k和 路径长度w：
T4 Ts k 4b4 T5 Ts k5b5
4.1 概述
※.微波和热红外波段海温测量的优缺点比较 方法 微波辐射计测量 热红外辐射计测量
可全天时、全天 分辨率较高，技术 候进行，受云影响 发展成熟（已达业务 较小，大气校正相 化运行程度）； 对容易； 测量精度与分辨 在无云区进行，需 率较低，对表面粗 进行精确的大气校正。 糙度和降雨敏感；
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2016/1/20
c.分裂窗反演方法（★）－原理
L Lst L a
用Taylor级数展开 Planck函数：
T Ts [Ta Ts ](1 t )
Ta 为大气的加 权平均气温
考虑水气的吸收k和 路径长度w：
T4 Ts k 4b4 T5 Ts k5b5
基本思想：根据成像时刻的大气状况数据（主要为 湿度和温度垂直廓线），采用一定的大气模式，计算得 到有关的大气参数。但精确的实测大气垂直廓线比较困 难，因此该方法在实际中应用较少。
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4.3 热红外辐射计海表温度反演
2.反演方法
b.单通道统计方法 基本思想：从水-气辐射传输方程出发，考虑大气 含水量和传感器视角的影响，建立遥感亮度温度与海面 温度的经验公式，通过同步实测资料回归经验系数。
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4.3 热红外辐射计海表温度反演
1.反演原理
－TIR波段水气辐射传输模型
传感器探测到的辐射为：
L eLst (1 e)L t tLsunt L
a a
L
太阳 传感器
L a
t
Lsun
大气
e＝1 简化
Ls B (Ts )
L a
e,
海表
L Lst L a
优点
缺点
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4.2 微波辐射计海表温度反演
1.测量的原理基础
（1）海洋中各种参数的适合观测频段
海表温度：7GHz附近；
水汽影响：21GHz附近；
粗糙度影响：11GHz附近； 降雨影响：18GHz附近； 云影响：37GHz附近
2016/1/20
4.2 微波辐射计海表温度反演
1.测量的原理基础
4.1 概述
※.微波和热红外波段海温测量的优缺点比较 方法 微波辐射计测量 热红外辐射计测量
可全天时、全天 分辨率较高，技术 候进行，受云影响 发展成熟（已达业务 较小，大气校正相 化运行程度）； 对容易； 测量精度与分辨 在无云区进行，需 率较低，对表面粗 进行精确的大气校正。 糙度和降雨敏感；
Ts T4 k 4 常数 Ts T5 k5
ti 1 ki wi , bi w[Ts Ta ]
2016/1/20
4.3 热红外辐射计海表温度反演
2.反演方法
d.多通道统计模型法（★） 基本思想：采用多个通道之间的统计模型来进行温 度反演。 注意：统计模型中的双通道如果为分裂窗波段，则
2016/1/20
Ta, T0,TA , TAP
4.2 微波辐射计海表温度反演
2.微波辐射计海温测量的原理
（2）对微波辐射计测量结果产生影响的量及其计算 a. 天线的视在温度TAP
也称为表观温度，表示 入射到天线上的能量，不 仅包括地物的辐射，而且 包括大气的影响。应包括 主瓣和旁瓣的贡献之和。
T
常用多通道分裂窗模型（★） MODIS “迈阿密探路人”海表温度算法MPSST：
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常用多通道分裂窗模型（★） MODIS 利用22和23通道来进行反演：
这个方程只有一组系数。 对TERRA 卫星上的MODIS，C1、 C2、C3和C4 分别为-0.065，1.034，0.723 和0.972。
3.反演过程
（2）云检测方法 c. 直方图统计法 利用热红外波段直方图统计的结果判断：若一高 温峰和一低温峰同时出现，则说明部分有云；若只有 高温峰，则无云；若只有低温峰，则全为云覆盖。
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4.3 热红外辐射计海表温度反演
3.反演过程
（2）云检测方法 d. 常年平均海平面温度截断法 利用常年的海面温度平均值与每个像元点的温度 值进行比较，当探测值大于常年平均值时，就认为是 晴空，否则认为有云影响。 具体应用时，应对常年平均值进行调整。
2016/1/20
b.单通道统计方法-举例
GMS
NOAA(5)
2016/1/20
4.3 热红外辐射计海表温度反演
2.反演方法
c.分裂窗反演方法（★） 基本思想：根据大气对不同分裂窗波段（如10.511.5um，11.5-12.5um）电磁辐射的影响不同，采用不 同波段测量结果的组合关系来消除大气的影响，从而得 到海表温度。由McMillin1975年最早提出该法，其依据 是AVHRR在第4和5相邻通道内具有不同的吸收特性。
该模型也可归属为分裂窗模型的范畴。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2016/1/20
常用多通道分裂窗模型（★）
NOAA
非线性回归法NLSST （分裂窗方法）：
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常用多通道分裂窗模型（★）
NOAA
多通道法MCSST （分裂窗方法）：
-
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常用多通道分裂窗模型
NOAA
双 通 道 方 法
三通道方法
2016/1/20
2016/1/20
4.1 概述
1.海表温度的重要性
海洋表面温度是重要的海洋环境参数，是海洋环境 非常重要的基础信息。几乎所有的海洋动力过程都直接 或间接与之有关。
海表温度被广泛用于海洋动力学、海气相互作用、 渔业经济研究、污染监测和海温预报等方面。
另外，海表温度也是监测海洋现象（如海冰、涡流 等）的重要参量。
几何投影变换粗校正
• • • 结果示例 －2005年4 月7日8点 获取的 FY1D图像
投影变换几何粗校正前后的图像对比
生成标准高斯平面网格 像元定位 象素重采样
2016/1/20
※ 几何预处理- 极轨气象卫星为例
平移精校正
• 在定位准确的图像上确定一个窗口模板（要求）；
• 在待校正图像上，以窗口模板的位置为中心，在一 定范围内滑动窗口，找出与模板窗口相关性最大的 窗口位置；
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2016/1/20
海洋遥感处理软件
/ seadas/download.html
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第四章 海洋表面温度遥感
概述
微波辐射计海表温度反演 热红外辐射计海表温度反演
B
新定位点在原扫描线的位置 象素重采样 扫描行展宽处理流程
地心O
扫描角σ 与地心角η 之间的关系示意图
2016/1/20
※ 几何预处理- 极轨气象卫星为例
行分辨率归一化（扫描行展宽）
结果示例－2005年4月1日7点获取的FY1D图像
扫描行展宽前后的图像对比
2016/1/20
※ 几何预处理- 极轨气象卫星为例
• 根据待校正图像的窗口位置和参考图像窗口位置的 关系定位。
2016/1/20
※ 几何预处理- 极轨气象卫星为例
平移精校正
结果示例－以2005年4月7日8点获取的FY1D图像作为标准，校正4月8 日10点获取的NOAA-17图像。
几何精校正前后的图像对比 （50％透明度叠加）
与地理底图匹配
2016/1/20
针对我国海区的特点，可以利用浮标、海上台站和船舶常规 监测数据对上述公式系数进行回归，得到适合我国海区的 MODIS 海温反演算法。
2016/1/20
4.3 热红外辐射计海表温度反演
2.反演方法
e.多角度反演方法 基本思想：不同角度观测目标，所经过的大气吸收 路径不同，因而受大气的影响不同，即利用目标吸收热 红外辐射的差异来消除大气的影响。
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海表温度用于寻找渔场
2016/1/20
电厂热水排放后的温度分布
2016/1/20
4.1 概述
2.海表温度的测量方法
• 现场船只测量（结合固定或移动浮标）
• 航空或卫星遥感测量 - 优势较大，而且其精度已达业务化应用水平; - 分为被动微波波段测量和热红外波段测量；
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传感器
Tu
Tsky
t
大气
Td
Ts
e
海表
TAP etTs (1 e)Td t (1 e)t 2Tsky Tu
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4.2 微波辐射计海表温度反演
2.微波辐射计海温测量的原理
（2）对微波辐射计测量结果产生影响的量及其计算 b. 天线的亮度温度TA 即天线的辐射测量温度，应表示为主瓣贡献的 有效视在温度与旁瓣贡献的有效视在温度之和。
4.3 热红外辐射计海表温度反演
3.反演过程
（2）云检测方法 a. 单通道阈值法
在可见光通道上，云的反射率要比晴空下的地物高的 多；而热红外通道上，云的温度要比地物温度低的多。对 这两个波段设定合理阈值，可进行云的检测。 利用可见光波段除了可以检测出部分高云外，还可以 检测出具有较高温度的低云；而热红外波段则可以检测出 温度较低的中、高云。
TS Tn (Tn Tf )a0 / a2 (1 (a0 a1 ) / a2 )Pn (TAn TAf )a0a1 / a2
ATSR采用锥形扫描技术可对同一地点从不同角度（0°和 55°）测量两次，从而可利用多通道、多角度来提高大气校正 精度。 2016/1/20
4.3 热红外辐射计海表温度反演
2016/1/20
4.3 热红外辐射计海表温度反演
3.反演过程
a. 单通道阈值法-示例
By visual band
by TIR band
by visual and TIR
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4.3 热红外辐射计海表温度反演
3.反演过程
（2）云检测方法 b. 多通道联合方法
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4.3 热红外辐射计海表温度反演
正 演 过 程
反 演 过 程