第八章 其它海洋参数的遥感反演 - 海洋遥感..

2018/8/5
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 < T31 < 260K， T31 > 260K，取相应的系数。
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8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
MODIS 海冰的识 别方法
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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。 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。
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
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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:
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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
（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；
• 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。
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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。
• 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。
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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
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。
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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
• 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）
正在研制专门测量盐浓度的卫星，其精度将达0.2-0.3psu。
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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 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。
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。
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。 2018/8/5
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
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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
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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。
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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。
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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。
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。
• 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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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]
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• 潜水艇测量（声纳）
• 漂移冰站
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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。
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•
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。
•
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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
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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 )
8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
• NOAAAVHRR海冰 检测方法：
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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
归 一 化 雪 被 指 数
一般情况下识别海冰的方法：位于海洋且同时满 足以下条件的像元，可以定义为 “海冰”： NDSI＝(RefMODIS4-RefMODIS6)/(RefMODIS4+ RefMODIS6) > 0.4； RefMODIS2 > 0.11； RefMODIS1 > 0.1
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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。
不同类 型海冰 的比辐 射率
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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
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。
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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。
• 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。
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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
Ellison模型得 到的海表亮温 对盐度的敏感 度随入射角的 变化
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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
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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。
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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。
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。
2
由基尔霍夫 定律和Fresnel 定律得
S i 1 (i )1 0

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可由德拜方程得出， (, T , S )
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 )
TB ( , , i) ei ( , , Ts , Ssss ) Ts
i 为极化方式； Ts 为海表真实温度； S sss为海水盐度；
为入射角；
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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 , S sss ) 1 i ( ) 1 Ri ( )
若其它参量已知， 则可由亮温得到盐度：
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。
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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 )
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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）
依据海冰产 生与持续时间
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8.2 海冰与冰山现象的遥感探测
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。
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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：
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。
• 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。
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