第十一海洋遥感和浮标观测
海洋水色遥感 海洋遥感PPT课件
2021/6/17
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5.4 海洋水色要素浓度反演
（1）叶绿素浓度反演
a.代数法（基于模型的解析算法）
浮游植物色素浓度C的反演：
利用吸收系数：
a( ) aw ( ) f1 ( ) exp( f 2 ( )) C
利用衰减系数：
b( 500 nm) 0.3C 0.62
4.海洋水色遥感的几个基本概念
a. 海洋水体分类
根据Morel等提出的双向分类法，可分为：
- Ⅰ类水体：光学特性主要由浮游植物及其分解物决定；
- Ⅱ类水体：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，
还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由水体的各成分以非
线性方式来影响。
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5.1 概述
综合以上诸式可得：
※遥感反射率：
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r
E d ( ,0 )
Eu ( ,0 ) Q Lu ( ,0 )
Lw
L
(
,
0
)
u
Eu ( ,0 )
R
ti REd ( ,0 ) ti (1 ) R
Lw ( , v )
E0 ( ) cos st ( , s )
常用的经验关系：蓝绿比值经验算法
C A(
Lw (i ) B
)
Lw ( j )
log C log A B log(
Lw (i )
)
Lw ( j )
利用水体随着叶绿素浓度的增大，离水辐射度光谱峰从
蓝波段向绿波段偏移的机理而提出蓝绿比值经验算法。
海洋水文观测的要求和观测方法介绍海洋水文观测方式有哪些
海洋水文观测的要求和观测方法介绍海洋水文观测方式有哪些一、海洋水文观测的要求：1.准确性：观测数据应具有高准确性，以确保研究的可靠性和科学性。
2.实时性：观测数据应能够及时获取和传输，以满足海洋灾害预警和应急响应的需要。
3.连续性：观测数据应能够连续地获取，以获取水文过程的完整性和变化规律。
4.综合性：观测项目应能够综合考虑多种要素，包括海洋温度、盐度、流场、海洋酸化度等。
5.空间性：观测项目应能够在空间上进行覆盖，包括区域性观测和点源观测。
二、海洋水文观测方法：1.航行观测法：通过在航行途中测量海洋水文参数，如温度、盐度、酸碱度等。
该方法具有较大的覆盖面和灵活性，但其观测数据受到船舶运动、测量仪器误差等因素的影响。
2.浮标观测法：通过在海洋中放置浮标，通过遥测等方式获取海洋水文参数。
该方法能够长时间连续观测目标区域的水文参数，但受制于浮标的耐波能力和遥测设备的通信能力。
3.定点观测法：通过埋设固定观测设备在特定海域进行水文观测。
该方法能够准确观测特定海域的水文参数，但受制于观测设备的稳定性和维护需求。
4.卫星遥感法：通过卫星遥感数据获取海洋表面温度、海洋风场等水文参数。
该方法具有广覆盖、连续性好以及观测范围大等优势，但受制于卫星分辨率和云层干扰等因素。
5.声学观测法：通过声学设备在水下测量海洋水文参数，如水深、水温、盐度等。
该方法适用于水下环境观测，具有高精度和较长距离的优势，但受制于水下能见度和声学传播的物理特性。
综上所述，海洋水文观测的要求包括准确性、实时性、连续性、综合性和空间性；观测方法包括航行观测法、浮标观测法、定点观测法、卫星遥感法和声学观测法。
这些观测方法在不同的研究需求下，在海洋水文观测中发挥着重要的作用。
海洋观测的守护者：10米、6米和3米观测监测浮标
海洋观测的守护者：10米、6米和3米观测监测浮标在浩瀚无垠的海洋中，为了深入了解海洋环境、气候变化以及生态系统的动态，科学家们布置了各式各样的观测浮标。
其中，10米观测浮标、6米观监测浮标和3米观测监测浮标以其独特的功能和重要性，成为了海洋观测领域的重要工具。
一、10米观测浮标：高空视野的守望者10米观测浮标因其架设高度较高，能够提供更广阔的视野，捕捉更多的海洋环境信息。
这类浮标通常搭载有多种传感器，如风速仪、风向标、温度计和湿度计等，用于实时监测海洋上空的气象数据。
这些数据对于预测海洋气象灾害、评估海洋环境对气候变化的影响具有重要意义。
此外，10米观测浮标还能够监测海面波浪、海流等海洋动力现象，为海洋工程、航运安全等提供重要参考。
通过长期、连续的观测，科学家们能够更深入地了解海洋环境的动态变化，为海洋资源的可持续利用提供科学依据。
二、6米观监测浮标：综合信息的集大成者6米观监测浮标位于海面与水下之间的关键位置，能够同时观测海面以上和以下的环境信息。
这类浮标通常搭载有水质监测仪、溶解氧传感器、pH计等设备，用于实时监测海水的水质参数。
这些参数对于评估海洋生态系统的健康状况、预测赤潮等生态灾害具有重要意义。
同时，6米观监测浮标还能够观测海洋动力现象，如海面波浪、海流等，以及海洋生物分布和种群动态。
通过综合观测和分析，科学家们能够更全面地了解海洋环境的动态变化，为海洋资源的管理和保护提供有力支持。
三、3米观测监测浮标：近距离接触的守护者3米观测监测浮标位于海面附近，能够近距离接触和观测海洋环境。
这类浮标通常搭载有高清摄像头、水下摄像机等设备，用于实时拍摄和记录海洋生态环境中的生物、地形等。
这些图像资料对于了解海洋生物的生活习性、评估海洋生态系统的多样性具有重要意义。
此外，3米观测监测浮标还能够观测海底地形、沉积物分布等信息，为海洋地质研究和海洋工程提供支持。
通过长期、连续的观测，科学家们能够更深入地了解海洋环境的微观变化和生态系统的动态平衡。
海洋气象观测数据的收集与处理技术
海洋气象观测数据的收集与处理技术随着现代科技的快速发展，海洋气象观测数据的收集与处理技术也得到了长足的进步与改善。
海洋气象观测数据对于预测海洋气象状况、保障海上交通安全以及海洋环境保护起着重要的作用。
本文将重点讨论海洋气象观测数据的收集与处理技术。
海洋气象观测数据的收集是指通过各种观测方法和设备获取海洋气象相关的数据。
目前，主要采用以下几种方式进行海洋气象观测数据的收集：1. 卫星观测技术：利用卫星在轨运行，通过遥感仪器获取海洋气象数据。
颗粒物浓度、海洋表面温度、海洋风场等数据通过卫星可以实时观测和记录。
这种观测方法可以覆盖广阔的海域，实现对大范围海域的监测。
2. 浮标观测技术：通过在海上布设浮标，利用浮标上的各种传感器获取海洋气象数据。
这些传感器可以测量海洋表面温度、盐度、气压、风速、风向等数据。
浮标观测技术相对较便宜且易于维护，适用于海上长期观测。
3. 岸基观测技术：在海岸线上布设气象站，通过气象站上的各种气象仪器获取海洋气象数据。
岸基观测技术可以提供更加详细和准确的数据，适用于对特定区域进行深入观测。
除了上述常用的观测技术外，还有其他一些新兴的观测方法，例如无人机观测技术和水下观测技术等，这些技术的不断发展进一步拓宽了海洋气象观测数据的收集范围和准确性。
海洋气象观测数据的处理技术是指对收集到的数据进行整理、分析和应用的过程。
数据处理技术的发展使得研究人员能够更加深入地理解海洋气象的变化规律和趋势。
1. 数据质量控制：数据质量控制是对原始观测数据进行校验和筛选，以确保数据的准确性和可靠性。
数据质量控制过程包括对异常数据的排除、数据的插补以及数据的校正等步骤。
2. 数据分析方法：为了更好地利用海洋气象观测数据，需要运用各种数据分析方法来发掘数据中的信息。
常用的数据分析方法包括时间序列分析、空间插值分析、聚类分析等。
这些方法有助于研究人员理解海洋气象现象的变化规律和内在关系。
3. 数据可视化：数据可视化是将处理后的数据用图表、图像等形式展示出来，使得研究人员能够直观地理解数据中的信息。
海洋表面温度异常的观测与分析方法研究
海洋表面温度异常的观测与分析方法研究海洋表面温度异常是指海洋表面温度与长期平均水温之间的差异。
它是气候变化中的重要指标之一，对于了解海洋环境变化和预测天气现象具有重要意义。
本文将探讨海洋表面温度异常观测和分析的方法。
一、海洋表面温度异常的观测方法1. 卫星遥感技术卫星遥感技术是目前海洋表面温度异常观测的主要手段之一。
通过卫星搭载的红外传感器，可以获取大范围、高分辨率的海洋表面温度数据。
这些数据可以用来分析海洋环流系统的变化，检测异常现象并进行预测。
2. 浮标观测法浮标观测法是通过在海洋中放置浮标，实时监测海洋表面温度的变化。
浮标可以悬浮在水面上，利用内部传感器记录温度数据，并通过无线传输技术将数据传回陆地。
这种方法可以提供高时空分辨率的温度观测数据，对于及时监测海洋异常现象具有重要意义。
3. 船载观测法船载观测法是一种传统的海洋表面温度异常观测方法。
通过在船只上安装温度传感器，可以在航行过程中对海洋表面温度进行实时监测。
这种方法可以提供较高精度的温度数据，但受船只航行路线的限制，覆盖范围相对较窄。
二、海洋表面温度异常的分析方法1. 统计分析法统计分析法是一种常用的海洋表面温度异常分析方法。
通过对观测数据进行统计处理，可以得出海洋表面温度的分布特征和变化趋势。
常用的统计方法包括平均值、标准差、相关系数等。
这些统计指标可以帮助我们更好地理解海洋表面温度异常的变化规律。
2. 数值模拟法数值模拟法是一种基于物理方程和数值计算的海洋表面温度异常分析方法。
通过建立数学模型，模拟海洋表面温度的变化过程，并与实际观测数据进行比对，可以评估模型的准确性和可靠性。
数值模拟法可以提供更详细的温度分布信息，对于研究海洋环境变化具有重要意义。
3. 时空插值法时空插值法是一种通过已有数据对缺失数据进行推算的海洋表面温度异常分析方法。
通过建立插值模型，将观测数据的空间分布和时间变化关联起来，可以填补观测数据中的空白区域，得到更全面的海洋表面温度数据。
海洋遥感
1.它不受地表、海面、天气和人为件 的限制，可以探测地理位置偏远、环 境条件恶劣等不能直接进入的地区 2.其宏观特性使它能进行大范围海洋 资源普查、海洋制图以及海冰、海洋 污染监测 3.能周期性地监测大洋环流、海面温 度场的变化、鱼群的迁移、污染物的 运移 4.多波段、高光谱海洋遥感可以提供 海量海洋遥感信息 5.能达到同步观测风、流、污染、海 气相互作用，并获取能量收支信息
物理海洋学遥感，如对海面温度、
海浪谱、海风矢量、 全球海平面变化等的遥感
海洋 遥感
生物海洋学和化学海洋学遥感，
如对海洋水色、黄色物体、 叶绿素浓度等的遥感 海冰监测，如监测海冰类型、 分布和动态变化；
海洋污染监测，如油膜污染等。
海洋遥感发展
•海洋遥感始于第二次世界大战期间。发展最早的是在 河口海岸制图和近海水深测量中利用航空遥感技术。 •1950年美国使用飞机与多艘海洋调查船协同进行了 一次系统的大规模湾流考察，这是第一次在物理海洋 学研究中利用航空遥感技术。 •此后，航空遥感技术更多地应用于海洋环境监测、近 海海洋调查、海岸带制图与资源勘测方面 •从航天高度上探测海洋始于1960年。这一年美国成 功地发射了世界第一颗气象卫星"泰罗斯-1”号。卫星 在获取气象资料的同时，还获得了无云海区的海面温 度场资料，从而开始把卫星资料应用于海洋学研究。
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
南海四季叶绿素分布
南海春季叶绿素a分布图（1998年4月）
南海夏季叶绿素a分布图（1998年7月）
NOAA国家海洋资料中心提供的卫星数据制作的2001年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厄尔尼诺（El Niñ o）事件有密切关联，因而是科 学家监测的重要目标。
海洋观测规范 第6部分：数据处理与质量控制-编制说明
国家标准海洋观测规范第6部分：数据处理和质量控制编制说明《海洋观测规范第6部分：数据处理和质量控制》标准起草组二〇一九年六月海洋观测规范第6部分：数据处理和质量控制编制说明一、制定标准的背景、目的和意义按照中华人民共和国国务院第615号令, 《海洋观测预报管理条例》已经于2012年6月1日起施行。
根据《海洋观测预报管理条例》第十四条：“从事海洋观测活动应当遵守国家海洋观测技术标准、规范和规程。
”海洋观测数据获取、传输和加工处理等工作只有遵循统一的标准、规范和规程，才能实现信息有效共享，提高海洋观测资料的使用效益。
因此，拟修订《海滨观测规范》国家标准为《海洋观测规范》。
修订后的标准分为六个部分，分别为《海洋观测规范第1部分：总则》、《海洋观测规范第2部分：海滨观测》、《海洋观测规范第3部分：浮标潜标观测》、《海洋观测规范第4部分：岸基雷达观测》、《海洋观测规范第5部分：卫星遥感观测》、《海洋观测规范第6部分：数据处理和质量控制》。
《海洋观测规范第六部分：数据处理和质量控制》目的是为海洋观测数据处理和质量控制建立科学的、具有前瞻性的标准，使其达到科学化、标准化、制度化，以适应海洋发展的战略需要，促进海洋工作规范化、制度化、标准化发展。
《海洋观测规范第六部分：数据处理和质量控制》标准实施后，观测所获得海洋数据的处理有了统一的执行标准，可对海洋观测数据的处理与质量控制工作进行规范，从而为社会发展、海洋经济建设、防灾减灾、应急管理、国防安全等服务。
二、工作简况1、任务来源、计划项目编号，标准负责起草和参加起草的单位2012年9月，按照《海滨观测规范》国家标准修订工作会要求，国家海洋信息中心承担了《海洋观测规范第6部分：数据处理和质量控制》的起草编制任务。
标准负责起草的单位：国家海洋信息中心、国家卫星海洋应用中心。
2、主要工作过程、标准主要起草人及其所做的工作（1）主要工作过程2012年9月成立了标准起草工作组。
第十一章：卫星海洋遥感
NOAA-3 visible range VHRR image of Hurricanes Ione (left) and Kirsten (right.) The rare effect of two interacting hurricanes is termed the Fujiwhara effect. Photo Date: 1974 August 24 1749 GMT
第十一章：卫星海洋遥感
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
海洋科学导论 11.1.3
§ 11.1
概述（引言）
卫星海洋遥感系统
3.数据传输 星载传感器通常产生测量电压或频率信号，然后进行数据编 码，大部分情况下以数字信号的形式传输到地面接收站。在采用 二进制编码中，一般用0～255或0～1023或0～2047对辐射扫描数 据进行数字化处理，每个象元要求8bit、10bit或12bit。 数据接收站
第十一章 ： 卫星海洋遥感
第十二章 ： 中国近海区域海洋学
复习考试 ：
6学时
4学时
第十一章：卫星海洋遥感
海洋科学导论
主 要 内 容：
§11.1 引言 §11.2 卫星海表温度遥感
§11.3 海色卫星遥感
§11.4 微波高度计
§11.5 微波散射计
§11.6 星载合成孔径雷达
第十一章：卫星海洋遥感
第十一章：卫星海洋遥感
海洋科学导论 11.1.2
§ 11.1
概述（引言）
海洋遥感及空间海洋观测历史背景
1960年4月NASA （美国宇航局）发射了第一颗电视与红外 观测卫星（TIROS－I ）。随后发射的TIROS－II卫星开始涉 及海温观测；
1960年4月NASA 发射了第一颗电视与红外观测卫星（TIROS－I ）
海洋环境监测技术及数据处理方法
海洋环境监测技术及数据处理方法海洋是地球上最广阔的生态系统之一，其保持良好的生态环境对于地球生态平衡至关重要。
海洋环境的监测和数据处理是确保海洋生态系统健康的关键所在。
本文将探讨一些常见的海洋环境监测技术和数据处理方法。
一、海洋环境监测技术1. 海洋水质监测技术：海洋水质监测是评估海洋环境健康状况的重要手段之一。
常见的海洋水质监测技术包括水样采集和分析、原位传感器监测、遥感技术等。
水样采集和分析是一种直接获取水样进行实验室测试的方法，可以获得较为精确的结果；原位传感器监测则是通过安装传感器设备在海洋中进行实时监测，可以连续获取数据。
遥感技术利用卫星或飞机搭载的传感器对海洋水质进行监测，具有高时空分辨率的优势。
2. 海洋气候监测技术：海洋气候对于全球气候系统的稳定至关重要。
海洋气候监测技术包括浮标观测、水下传感器观测、遥感技术等。
浮标观测是通过在海洋中设置浮标，在表面及深度不同的层次上获取气温、盐度和气压等数据。
水下传感器观测则是通过安放传感器设备在水下，实时监测海洋温度、盐度等参数。
遥感技术可以通过卫星或飞机搭载的传感器对海洋气候进行遥感监测，提供全球范围的数据。
3. 海洋生物资源监测技术：海洋中丰富多样的生物资源对于海洋生态系统的平衡和人类的物质需求具有重要意义。
海洋生物资源监测技术主要包括声纳技术、水下摄像技术和水下机器人技术等。
声纳技术通过发送和接收声波来测量海洋中的生物密度和分布情况。
水下摄像技术借助摄像设备对海洋中的生物进行拍摄和记录。
水下机器人技术可以在无人员驾驶的情况下进行海洋生物资源的监测和勘测。
二、海洋环境数据处理方法1. 数据质量控制：在进行海洋环境数据处理时，首要任务是对数据进行质量控制。
常见的数据质量控制方法包括数据清洗、异常值检测和数据校正等。
数据清洗是对数据进行筛选和排除异常值，以确保数据的准确性；异常值检测是通过统计分析方法来判断数据是否存在异常值，并对异常值进行处理；数据校正是指对数据进行校准，消除仪器偏差和误差。
(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。
国家海洋局关于印发《海洋观测浮标通用技术要求（试行）》的通知-
国家海洋局关于印发《海洋观测浮标通用技术要求（试行）》的通知
正文：
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国家海洋局关于印发《海洋观测浮标通用技术要求（试行）》的通知
沿海各省、自治区、直辖市及计划单列市海洋厅（局），北海分局，东海分局，南海分局，信息中心，预报中心，技术中心，标准计量中心，减灾中心：
为推进海洋观测仪器设备的标准化，规范进入业务化运行的海洋观测浮标的检验、测试和评估方法，提高观测仪器设备的可靠性、维修性和环境适应性，我局制订了《海洋观测浮标通用技术要求（试行）》，现印发给你们，请遵照执行。
国家海洋局
2014年12月1日
——结束——。
HY T 058-2010 海洋调查观测监测档案业务规范
海洋调查观测监测档案业务规范（HY/T 058-2010 2010年03月01日实施）前 言本标准与HY/T 058-2001相比主要变化如下：—修改了本标准的适用范围（2001年版的第1章；本版的第1章）；—删除了已废除和不适用的规范性引用文件（2001年版的第2章；本版的第2章）；—增加了新的引用文件（见第2章）；—修改了2001年版第4章“一般规定”，更名为“总体质量控制”。
对2001年版第4章中有关质量控制部分的内容进行了强化和完善、第5章至第12章第1节中归档范围的内容予以合并，在本版第4章中表述（2001年版的4.1、5.1、6.1、7.1、8.1、9.1、10.1、11.1、12.1；本版的第4章）；—修改了2001年版第5章、第6章的表述内容，将其分别更名为“收集分类”、“整理组卷”。
对2001年版第4章中档案的收集与积累、第5章至第12章第2节中整理、组卷的内容予以合并，在本版第5章，第6章中表述（2001年版的4.2、4.4、5.2、6.2、7.2、8.2、9.2、10.2、11.2、12.2；本版的第5章、第6章）；—修改了2001年版第7章、第8章、第9章、第10章的表述内容，将其分别更名为“编目”、“立卷归档”、 “保管利用”、“移交”。
对2001版第4章中档案的报送与保管、装订、编目、著录等内容在本版第7章、第8章、第9章、第10章中表述（2001年版的4.3、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、4.10、4.11；本版的第7章、第8章、第9章、第10章）；—增加了实物档案清单的归档要求（见6.1.4）；—修改并细化了归档范围及保管期限表（见附录A）；—增加了部分档案用表格式（见附录B）；—修改了档案封面格式（见附录B）。
本标准的附录A、附录B为规范性附录。
本标准由国家海洋局办公室提出。
本标准由全国海洋标准化技术委员会（SAC/TC283）归口。
本标准起草单位：国家海洋局北海信息中心、中国海洋档案馆、国家海洋局机关档案室、国家海洋局东海分局、国家海洋局南海分局。
海洋观测装置：浮标、潜标与水下传感器
• 包括浮标、潜标和水下传感器等 • 可以实时监测海洋环境参数 • 为海洋科学研究提供数据支持
海洋观测装置在海洋科学研究中的作用
海洋观测装置是海洋科学研究的重要工具
• 可以帮助科学家了解海洋环境的变化规律 • 为海洋环境保护和开发提供科学依据 • 有助于预测和防范海洋灾害
海洋观测装置在应用 中面临的挑战
• 海洋观测装置在应用中面临的挑战主要包括以下几个方面 • 高性能设备的研发和制造成本较高 • 在恶劣海况下的观测性能和稳定性有待提高 • 数据处理和分析技术需要进一步完善 • 设备的布放和维护难度较大
海洋观测装置的未来 发展方向
• 海洋观测装置的未来发展方向主要包括以下几个方面 • 发展高性能、低成本的海洋观测装置 • 加强海洋观测装置的智能化和自主化研究 • 完善数据处理和分析技术，提高数据质量 • 拓展海洋观测装置的应用领域，为海洋科学研究和社会经济发 展提供更多支持
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• 潜标在海洋观测中的应用实例较多 • 水文潜标：如全球海洋观测计划（GOOS）中的潜标 • 化学潜标：如全球海洋化学观测计划（GOCAD）中的潜标 • 生物潜标：如海洋生物调查中的潜标 • 多功能潜标：如我国东海海洋观测网中的多功能潜标
04
水下传感器的种类、特点与应用
水下传感器的定义与分类
水下传感器是一种用于收集水下环境参数的设备
• 包括温度传感器、盐度传感器、深度传感器等 • 可以与潜标、浮标等设备配合使用 • 为海洋科学研究提供数据支持
水下传感器按照观测功能和原理的不同，可分为以下几类
海洋工程中的海洋风速测量技术研究
海洋工程中的海洋风速测量技术研究随着全球经济的发展和资源的需要，对海洋工程的需求也逐渐增加。
而海洋工程中的风速测量技术则成为了不可或缺的一环。
海洋风速的准确测量对于石油平台、风力发电场、海上运输等海洋工程项目的规划和运行至关重要。
本篇文章将重点探讨海洋工程中的海洋风速测量技术研究的现状和发展趋势。
海洋工程中的海洋风速测量技术是通过一系列仪器和设备对海洋上的风速进行测量和记录，以获取准确的风速数据。
这些数据不仅可以用于工程设计和决策，还可以为海洋气象研究提供重要的观测资料。
目前常用的海洋风速测量技术主要有浮标观测、遥感观测和数字化模拟等方法。
浮标观测是海洋风速测量技术中最基本的一种方法。
该方法通过在海洋上布置浮标，利用气象传感器获取海面上的风速数据。
浮标观测技术可以提供实时的风速数据，并且相对简单易行。
然而，由于受限于浮标观测位置的选择，该方法的覆盖范围有限，无法对广阔的海洋区域进行连续观测。
此外，浮标观测还受到海洋条件的限制，比如海浪、海流等，对测量结果的精确性和准确性会产生一定影响。
遥感观测是近年来海洋风速测量技术发展的重要方向之一。
遥感技术通过卫星、飞机、无人机等平台上的遥感仪器来获取海洋表面的风速数据。
这种方法能够覆盖广阔的海洋区域，获取大范围的风速数据。
同时，由于遥感观测技术的高时空分辨率，可以提供更准确的海洋风速信息，为海洋工程提供更可靠的依据。
然而，遥感观测也存在一些挑战，比如对仪器的高精度要求、云层和大气扰动的影响等，这些都需要克服和解决。
数字化模拟是近年来海洋风速测量技术研究的新兴领域。
该方法通过对海洋风场的数值模拟来获取风速数据。
数值模拟是一种基于物理方程和计算机算法的方法，能够模拟出不同风场下的风速分布。
虽然数字化模拟方法不需要实际观测和记录，但是它需要海洋流体力学和气象学等领域的专业知识和数据支持，同时对计算机算力和计算模型的要求也较高。
此外，数字化模拟方法也需要通过实际观测数据对模拟结果进行验证和修正。
海洋遥感概述
不足
某些传感器的测量精度和空间分辨力还不能满足需要，很难做到定 量测量； 有的遥感资料不够直观，分析解译难度很大； 传感器主要利用电磁波传递信息，穿透海水的能力较弱，很难直接 获得海洋次表层以下的信息。
发展前景
EOS计划：投入100亿美元，18年完成 TERRA：1999-12-18：35颗中的第一颗卫星。搭载5个传感器： CERES：云和地球辐射能量系统，确定云净辐射作用和地球辐射收 支。 MISR：多角光谱成像辐射仪，中分辨率（275-1100m）成像观测， 研究地表覆盖、气溶胶(aerosol)、云散射的角度分布特征。 Modis：中分辨光谱成像辐射仪，36波段和250-1000m的分辨率， 对地球陆地、海洋和大气进行逐日综合评价。陆地覆盖特征及陆 地变化、海洋生产力(oceanproduction)、陆地和海洋上气溶胶特 性、可降水量、大气温度廓线、云滴尺度、云高和云顶温度探测。 MOPITT：对流层(troposphere)污染观测仪,全球三个高度层CO分 布图，及分辨率(resolution)为22km全球甲烷(methane)分布图。 ASTER:高级空间热辐射反辐射计，采集自可见光至热红外地高分 辨率（15-90m）多光谱资料，用于局部和区域过程研究。
海面反射、散射或自发辐射的各个波段的电磁波携带着海表面温度、 海面反射、散射或自发辐射的各个波段的电磁波携带着海表面温度、海平面 高度、海表面粗糙度以及海水所含各种物质浓度的信息。 高度、海表面粗糙度以及海水所含各种物质浓度的信息。 传感器能够测量在各个不同波段的海面反射、散射或自发辐射的电磁波能量， 传感器能够测量在各个不同波段的海面反射、散射或自发辐射的电磁波能量， 通过对携带信息的电磁波能量的分析，人们可以反演某些海洋物理量。 通过对携带信息的电磁波能量的分析， 人们可以反演某些海洋物理量 。传感 器的遥感精度随着卫星遥感技术的发展在不断地提高，目前正在接近、 器的遥感精度随着卫星遥感技术的发展在不断地提高，目前正在接近 、达到 甚至超过现场观测数据的精度。 甚至超过现场观测数据的精度。 海洋表面是一个非常重要的界面 海洋与大气的能量及其它交换过程都是通过这个界面进行的； 海洋与大气的能量及其它交换过程都是通过这个界面进行的； 海洋内部的变化也会部分地透过这一表面表现出来。 海洋内部的变化也会部分地透过这一表面表现出来。 运用计算机三维数值模拟和卫星遥感数据同化技术， 运用计算机三维数值模拟和卫星遥感数据同化技术， 人们就可以通过获得 的海洋表面遥感信息， 的海洋表面遥感信息，了解海洋内部的海洋学特征和物理变化过程 因为遥感监测在海面的空间分辨率与波长成正比， 因为遥感监测在海面的空间分辨率与波长成正比，所以接收波长较短的可 见光与红外电磁波的传感器获得的遥感图像具有更好的空间分辨率 有更好的空间分辨率。 见光与红外电磁波的传感器获得的遥感图像具有更好的空间分辨率。 云的覆盖阻挡了可见光波段电磁波的透过，微波遥感弥补了不足。 云的覆盖阻挡了可见光波段电磁波的透过，微波遥感弥补了不足。 总之，可见光和红外遥感提供了人们对较高的空间分辨率监测的需求， 总之 ，可见光和红外遥感提供了人们对较高的空间分辨率监测的需求 ，微波 遥感满足了人们对全天候监测的愿望。 全天候监测的愿望 遥感满足了人们对全天候监测的愿望。
洋流的判读方法
洋流的判读方法
洋流的判断方法主要有以下几种：
1. 浮标观测：使用浮标或船只在海洋中部署观测设备，测量水温、盐度、流速等数据，从而判断洋流的存在和运动方向。
2. 卫星遥感：利用卫星观测海洋表面的温度、色素含量、海面高度等信息，通过分析这些数据可以推测洋流的存在和运动情况。
3. 水下测量：使用声学或电磁设备测量水下的流速、方向等参数，可以推算出洋流的特征。
4. 数值模拟：利用计算机模拟海洋动力学过程，根据已知的初始条件和边界条件，通过求解动力学方程来模拟洋流的运动状态。
5. 海洋观测船舶和飞机：利用海洋科考船舶和飞机进行实地观测，通过收集大量的海洋数据，例如温度、盐度、流速等，来推断洋流的分布和运动情况。
这些方法通常会结合使用，以获得更准确和全面的洋流信息。
海洋观测服务对海洋氧含量的监测与分析
海洋观测服务对海洋氧含量的监测与分析近年来，随着全球气候变化的持续加剧，人类对于海洋环境的关注日益增加。
海洋是地球上最大的生态系统之一，对维持地球生态平衡具有重要作用。
而海洋氧含量作为海洋生态系统的一个重要指标，对于海洋生物的生存状况和海洋环境质量的评估具有重要意义。
为了实现对海洋氧含量的监测与分析，海洋观测服务起到了不可替代的作用。
一、海洋观测服务的定义和作用海洋观测服务是通过利用遥感技术、浮标观测、潜水器设备等手段，对海洋环境进行实时、连续的数据采集和监测的系统。
海洋观测服务通过收集各种海洋气象、海洋生物、海洋化学、海洋地质等数据，为科研机构、专家学者、政府部门等提供海洋环境变化的科学依据和决策参考。
海洋观测服务在海洋生态系统保护、气候变化研究、海洋资源开发等方面发挥着重要作用。
二、海洋氧含量监测的重要性海洋氧含量是指海水中溶解氧的浓度，它对于海洋生态系统的稳定运行至关重要。
海洋中的生物多样性和生态平衡主要依赖于充足的氧气供给。
而氧气的供应主要来自于海洋中的藻类和植物通过光合作用产生的氧气。
海洋氧含量的监测主要通过分析海水中的溶解氧浓度来完成。
准确监测海洋氧含量可以帮助科研人员了解海洋生态系统的健康状况，判断海洋污染程度，预测和防止海洋缺氧事件的发生。
此外，海洋氧含量还对于渔业资源的管理和海洋生物的分布与迁徙也具有重要影响。
三、海洋观测服务在海洋氧含量监测中的应用1. 遥感技术的应用遥感技术是现代海洋观测服务中最常用的技术手段之一。
利用卫星遥感技术可以获取大范围的海洋氧含量数据，为海洋氧含量的监测和分析提供了重要的数据支持。
通过卫星遥感技术获取的数据可以全面了解海洋氧含量的时空分布特征，为气候变化研究和生态系统保护提供科学依据。
2. 浮标观测系统的应用浮标观测系统是一种通过浮标携带传感器对海洋氧含量等参数进行实时监测的系统。
浮标观测系统可以将数据直接传回到地面的数据中心进行处理和分析。
通过浮标观测系统，可以实现对不同海域和不同时期海洋氧含量的连续监测，为科学家提供及时的海洋氧含量数据，进一步认识和理解海洋生态环境。
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➢雨云7号Nimbus-7 太阳同步极地轨道 ➢日本海洋观测卫星MOS1
太阳同步轨道
Nimbus7
MOS1
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➢欧空局ERS-1/2 太阳同步极地轨道
➢加拿大雷达卫星 RADARSAT-1/2
ERS RADARSAT
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11.2 海洋遥感的观测内容
遥感观测层次 ➢微波、红外遥感
➢观测海洋表面现象 ➢遥感海表温度与传统观测海表温度区别? ➢可见光遥感 ➢可观测海洋表面现象，如海洋污染等 ➢也可观测海洋内部特征，如水色等
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七、浅海测深 ➢原理
➢可见光遥感：阳光穿透深度内 ➢微波遥感：浅海地形对海面小尺度波的调制 ➢传感器 ➢摄影仪器 ➢真实孔径雷达、合成孔径雷达
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八、海冰 ➢确定不同类型的海冰及其分布 ➢传感器
➢光学传感器：摄像机 ➢微波传感器：合成孔径雷达
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九、溢油污染 ➢主要检测海面油膜 ➢原理
➢可见光遥感 •利用海水和油膜的反射和辐射特性不同
➢微波遥感 •油膜抑制海面小尺度波，使海面趋于平滑， 减弱散射信号
➢传感器 ➢光学传感器：摄像机 ➢微波传感器：合成孔径雷达
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海面油膜
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十、泥沙、叶绿素 ➢反演叶绿素，估计全球初级生产力 ➢监测河流入海口泥沙扩散 ➢传感器
➢光学传感器：水色计
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四、海浪 ➢主要为解决表面波场问题 ➢观测原理
➢表面波浪对海面上小尺度波的调制 ➢传感器：
➢高度计
•有效波高，范围1~20 m，准确度±1 m
➢合成孔径雷达
•通过海浪谱得到有效波高、传播方向
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高度计接收的回波波形
回波前沿上升时间与有效波高相关, 斜率近似反比
波谷反射
波峰反射
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海区天气
有云层或轻 度降水
传感器种类 微波0~20 m/s；风速准确度 ±2 m/s，风向准确度±20˚；
空间分辨率25 km
范围5~35 m/s；准确度 ±25%
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QuikSCAT产品－全球风场
产品日期： 2009/10/20 升轨时间：当地时间06:00 降轨时间：当地时间18:00
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二、潜标 1. 固定潜标 ➢布设于海面以下某深度，连续观测海洋内部海流、 水温、盐度、水下噪声、内波等 特点： ➢能在海面以下几十米至几千米的剖面上对海洋环 境进行长期连续的观测，具有全天候工作能力 ➢不受恶劣海况和人类海面活动的干扰
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二、潜标 2. 活动潜标(ARGO)
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全球海洋叶绿素分布
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十一、内波
合成孔径雷达图像
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十二、潮汐 十三、水团 十四、海洋水准面 ……
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11.3 浮标与潜标观测
一、浮标
➢锚定浮标 ➢水文气象资料浮标 ➢水质监测浮标 ➢波浪浮标
➢漂流浮标 ➢表面漂流浮标 ➢中性浮标 ➢小型漂流器
特点：在恶劣海况下全天候或全天时工作
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一、海表温度 ➢海洋中应用最广泛的一种，反演算法已很成熟， 形成业务化 ➢无云海区：遥感的绝对准确度可达到1˚C，相对 准确度±0.5˚C ➢主要遥感仪器：机载红外辐射计、海水温度扫描 仪、海洋水色扫描仪、高分辨率辐射计、可见光、 红外线扫描仪、微波辐射计等
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由TERRA 卫星的中等分辨率成像光谱辐射计 (MODIS)观测数据反演获得的全球海表面温度
➢可见光传感器
•被动遥感传感器 •只能在晴朗无云的白天得到有效观测 •分辨率高，可用于绘制海岸线，监视可见污染，估算 水面悬浮物浓度等
➢红外传感器
•被动遥感传感器 •可观测海面温度
➢微波传感器
•主动遥感传感器 •可全天时、全天候工作 •可获得全球海洋降雨率、海流、海浪、海表面风、海 冰等信息
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➢Seasat-1 太阳同步近极地近圆形 轨道 能覆盖全球95%的地区 五种传感器中的四种为 微波传感器
➢2011年8月16日发射，设计寿命3年 ➢海洋动力环境卫星 ➢装载雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计和校正 微波辐射计等 ➢主要用于探测海面风场、温度场、海面高度、浪场、流 场等，以获取全球海洋风矢量场和表面风应力数据及全球 高分辨率大洋环流、海洋大地水准面、重力场和极地冰盖 数据
7
三、海洋遥感传感器
C波段ERS SAR海浪参数反演
Sun and Kawamura, 2009 23
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五、海流 ➢观测表面流场 ➢原理
➢运动流体的表面相对于水准面产生倾斜，倾斜 坡度正比于流速－地转流 ➢传感器： ➢雷达高度计
•先测海面坡度再计算地转流速，准确度约±20 cm/s
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高度计观测示意图
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六、海表面高度异常
一、浮标 1. 锚定浮标 采集数据包括 ➢海面气象要素
•气温、气压、湿度、风速风向等 ➢海面状态要素
•海表温度、盐度、营养盐、表层海流、海浪等 ➢垂向海洋要素
•温度、盐度、海流
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美国NDBC浮标分布图
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一、浮标 2. 漂流浮标 重要测量要素为海流 特点：体积小、造价低、使用方便、适用范围广， 可在船上或飞机上投放
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二、海洋遥感发展历史 中国的海洋遥感卫星 ➢海洋一号
➢2002年5月15日发射，设计寿命2年 ➢配置海洋水色扫描仪和CCD成像仪 ➢用于观测海水光学特征、叶绿素浓度、海表温度、悬浮 泥沙含量、可溶有机物和海洋污染物质，并兼顾观测海水、 浅海地形、海流特征和海面上大气气溶胶等要素
6
二、海洋遥感发展历史 中国的海洋遥感卫星 ➢海洋二号
AQUA/AMSR-E全球海表温度
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二、海表盐度 ➢观测原理
➢盐度能影响海水的介电常数，从而影响到海水 的微波发射率 ➢传感器：微波 ➢工作波段：21 cm L波段
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三、海面风场
➢观测原理
➢海面风导致海面粗糙度，影响微波后向散射信 号强度
➢传感器：微波散射计(专用)、高度计、微波辐射 计、合成孔径雷达
第十一海洋遥感和浮标观测
11.1 遥感概述
传统海洋观测方法不能得到大 面积、同时观测 遥感手段弥补了此空白
2
二、海洋遥感发展历史 2. 卫星海洋遥感 ➢卫星遥感始于20世纪60年代 ➢最早用于气象研究 ➢20世纪70年代海洋学家从气象卫星数据中成功提 取海面温度等信息，开启卫星海洋遥感 ➢气象卫星、陆地卫星、海洋卫星均可用于海洋观 测 ➢1978年6月26日美国发射了世界上第一颗海洋卫 星Seasat-1