(完整版)第二章 海洋遥感原理与基础 - 海洋遥感
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
(完整版)海洋遥感总结
1. 狭义广义遥感狭义遥感：主要指从远距离、高空以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术系统。
（利用电磁波进行遥感）广义遥感：利用仪器设备从远处获得被测物体的电磁波辐射特征（光，热），力场特征（重力、磁力）和机械波特征（声，地震），据此识别物体。
（除电磁波外，还包括对电磁场、力场、机械波等的探测）两者探测手段不一样2. 遥感技术系统信息源－信息获取－信息纪录和传输－信息处理信息应用3. 遥感的分类（1）按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等（2）按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感4. 遥感的应用内容上可概括：资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划、全球宏观研究5. 海洋遥感的意义（1）海洋气候环境监测的需要海洋占全球面积约71%，海洋是全球气候环境变化系统中不可分割的重要部分厄尔尼诺、拉尼娜、热带气旋、大洋涡流、上升流、海冰等现象都与海洋密切相关。
厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相互作用下造成的气候异常。
（2）海洋资源调查的需要海洋是人类最大的资源宝库，是全球生命支持系统的基本组成部分，海洋资源的重要性促使人们采用各种手段对其进行调查研究海岸带是人类赖以生存和进行生产活动的重要场所，海岸带资源的相关调查对于沿海资源的合理开发与利用非常重要（3）海洋遥感在海洋研究中的重要性海洋遥感具有大范围、实时同步、全天时、全天候多波段成像技术的优势可以快速地探测海洋表面各物理量的时空变化规律。
它是20 世纪后期海洋科学取得重大进展的关键学科之一。
重要性体现在：是海洋科学的一个新的分支学科；为海洋观测和研究提供了一个崭新的数据集，并开辟了新的考虑问题的视角；多传感器资料可推动海洋科学交叉学科研究的发展1. 海洋遥感的概念（重点）、研究内容海洋遥感：指以海洋及海岸带作为监测、研究对象，利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理来观测和研究海洋的遥感技术。
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ppt02 辐射与海洋表面的相互作用
2.1 海面的性质及描述-专门名词
Satellite Oceanic Remote Sensing
2.1 海面的性质及描述
• 长度（L）：指海洋波从一个波峰到另一个波峰的距离。
• 周期（T）： 海洋波的两个连续的波峰通过一点所需的时间，
波的周期常用秒表示。
• 空间波数（N）：用海洋波的长度L除2π，即
2.2 大气/海洋界面处的反射、透射和吸收
1）直接辐射的反射率
直接辐射的反射率分解为平行和垂直于入射面的辐射电矢量的反射 率，因为日辐射是无偏的，所以它的反射率可以看成是它们的平均:
dsp ( v h )
特例：入射角与折射角之和为90度时，根据布儒斯特定律有n=tg(i)，只有 垂直入射的光被反射，53.1度时会出现，该角度也称布儒斯特角，此时：
Satellite Oceanic Remote Sensing
2.2 大气/海洋界面处的反射、透射和吸收
界面两侧的立体角、入射角和折射指数之间的关系，称作 Staubel不变定律 △Ω1cosθ1 = ( n2/n1 )2 △Ω2cosθ2 当t =1时，下式称为辐射测量基本定理。 L2 = ( n2/n1 )2 t L1 可见光波段，L1 和 L2 分别水中和大气中的辐亮度，并有 n = n1 / n2 = 1.34, 则当θ < 40°或 t ≈ 0.98 时 L2 = t L1 / n2 ≌ 0.55 L1 相反，当辐射从大气入射， θ <50°时
r (θi ) = (1/2) {[sin(θi – θt) / sin(θi + θt)]2 + [tan(θi – θt) / tan(θi + θt)]2 }
当入射辐射是垂直入射时，反射率变为
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。
海洋遥感的基本原理
海洋遥感的基本原理一、概述海洋遥感是利用卫星或飞机上的传感器通过测量海洋表面反射的电磁波来获取海洋信息的一种技术。
通过遥感技术，我们可以获取到海洋的温度、盐度、悬浮物浓度、水色等重要参数，从而了解海洋环境、生态系统变化以及海洋气候变化等。
二、海洋遥感的基本原理海洋遥感的基本原理是利用电磁波与海洋表面相互作用，通过测量反射和散射的电磁波来获取海洋信息。
下面将从电磁波的传播、海洋与电磁波的相互作用、传感器测量等三个方面介绍海洋遥感的基本原理。
1. 电磁波的传播海洋遥感使用的电磁波主要是可见光、红外线和微波，它们在海洋中的传播特性有所不同。
可见光波长短，能够透过海洋的表面，被海洋底部散射和吸收；红外线波长较长，能够穿透更浅的水体层，被海洋底部和悬浮物散射和吸收；微波则是能够穿透更深层次的海洋，被海洋中的物质散射。
了解电磁波的传播特性是进行海洋遥感的基础。
2. 海洋与电磁波的相互作用海洋与电磁波相互作用的主要方式包括反射、散射、吸收等。
当电磁波照射到海洋表面时，一部分电磁波会被反射回空间，形成镜面反射；一部分电磁波会被水的表面散射，形成散射；还有一部分电磁波会被海水吸收，而不再向空间传播。
海洋中的物质（如悬浮物、盐度、温度等）会对电磁波的散射和吸收产生影响，因此通过测量反射和散射的电磁波可以获取海洋的信息。
3. 传感器测量为了获取海洋信息，需要在卫星或飞机上搭载相应的传感器。
传感器测量时需要考虑到海洋遥感的特点，如大气和水汽的影响、遥感信号的熵增等。
目前常用的海洋遥感传感器包括多光谱成像仪、红外线成像仪、微波辐射计等。
这些传感器能够通过测量不同波段的电磁辐射来获取海洋的温度、盐度、悬浮物浓度、水色等参数。
三、海洋遥感的应用海洋遥感在海洋科学研究和海洋资源开发中有着广泛的应用。
以下分别介绍海洋遥感在海洋科学和海洋资源开发中的应用。
1. 海洋科学研究海洋遥感在海洋科学研究中发挥着重要作用。
通过海洋遥感技术，可以实时观测到海洋表面的温度、盐度、悬浮物浓度等参数，帮助科学家了解海洋环境的变化规律。
第二章海洋遥感原理与基础海洋遥感
n n in
Snell折射定律： n sin 1 / sin 2 c / v
n′表示电磁波在界面处传播速度和方向的变化，
在可见光范围可用折射仪测得； n〞表示电磁波在
介质中传播的衰减程度， n〞=kλ/4π 。
2024/3/15
2.1 与海洋遥感相关的基本概念
1.反射波段(VIS-VNIR)的相互作用机制
（2）海洋辐照度模型
太阳
b. 穿过海面的总下行辐照度模型
Ed ( ,0 ) Edd ( ,0 ) Eds ( ,0 )
大气
Edd ( ,0 ) Edd ( ,0 )(1 d )
d dsp f
1
2
dsp ( v h )
对于零度角入射：
入射角与折射角之和为90度
（入射角53.1度时出现）：
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dsp
与折射率和入射角有关
(n 1) 2
v h
(n 1) 2
dsp
1 (n 1) 2
2 (n 1) 2
2.2 电磁波与海水相互作用机制
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海表
2.2 电磁波与海水相互作用机制
1.反射波段(VIS-VNIR)的相互作用机制
（2）海洋辐照度模型 – a.海面上到达海面的下行辐照度模型
• 到达海面的瑞利散射：
Lr ( ) E0 ( ) cos s toz ( ) t w ( ) to ( ) t aa ( )(1 t r0.95 ) 0.5
Rh
Evi cos n 2 sin 2 cos r sin 2
遥感原理及其应用-唐军武2006海洋遥感讲义2
6.3 水体光学特性任何目标的光学遥感都必须对目标物的光学特性进行深入的研究。
在水色遥感中，目标特性的研究尤其重要，一是因为水色遥感器接收到的总信号中的水体信号[离水辐亮度]贡献一般<10%；二是水色反演算法对离水辐亮度的误差比较敏感。
包括水体的表观光学特性、固有光学特性或生物光学特性、反演模式几个方面。
6.3.1 水体表观光学量与固有光学量所谓表观光学量(Apparent Optical Properties，AOPs)是随光照条件变化而变化的量，如向下辐照度E d、向上辐照度E u、离水辐亮度L W、遥感反射比R rs、辐照度比R等，以及这些量的漫衰减系数。
这些参数必须进行归一化，才有可能进行不同时间、地点测量结果的比较。
水色遥感就是利用表观光学量(AOPs)来反演出水体成分的浓度，其基本量是离水辐亮度L W(Water-leaving Radiance)。
水色遥感反演模型利用的辐射参数量，基本上有：离水辐亮度L W、归一化离水辐亮度L WN、刚好在水面以下的(Just beneath water surface, 0-)辐照度比(或漫反射比) R(0-)=E u(0-)/E d(0-)、遥感反射比R rs= L W/E d(0+)等。
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a w、散射系数b w、散射相函数βw；'，散射系(2)Chl-a的吸收系数a c、单位吸收系数(Specific absorption coef.)ac'、后向散射系数b b、前向散射系数b f、散射相函数β；数b c、单位散射系数bc'(3)黄色物质的单位吸收系数ay(4)其他成分，包括无机物、碎屑(detritus)等的吸收散射特性。
固有光学量中最重要的是单位吸收系数和体散射相函数。
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
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——精选推荐
海洋遥感把传感器装载在人造卫星、宇宙飞船、飞机、火箭和气球等工作平台上,对海洋进行远距离非接触观测,取得海洋景观和海洋要素的图象或数据资料。
基本原理海洋不断地向周围辐射电磁波能量，同时，海面还会反射(或散射)太阳和人造辐射源(如雷达)照射其上的电磁波能量,利用专门设计的传感器,把这些能量接收、记录下来,再经过传输、加工和处理,就可以得到海洋的图象或数据资料。
基本性能海洋遥感系统必须具备如下性能：①具有同步、大范围、实时获取资料的能力，观测频率高。
这样可把大尺度海洋现象记录下来，并能进行动态观测和海况预报。
②测量精度和资料的空间分辨能力应达到定量分析的要求。
③具备全天时(昼夜)、全天候工作能力和穿云透雾的能力。
④具有一定的透视海水能力，以便取得海水较深部的信息。
遥感方式按照传感器工作方式，可以把海洋遥感划分为主动式和被动式两种。
主动式遥感，传感器向海面发射电磁波,然后接收由海面散射回来的电磁波,从散射回波中提取海洋信息或成象。
主动式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。
被动式遥感,传感器不发射电磁波,只接收海面热辐射能量或散射太阳光和天空光能量，从这些能量中提取海洋信息或成象。
被动式传感器有各种照相机、可见光和红外扫描仪、微波辐射计等。
按工作平台划分，海洋遥感则可分为航天、航空和地面三种遥感方式。
发展概况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。
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卫星、飞机等遥感技术对海洋进行观测和监测的一种方法。
其基本原理包括：电磁波传播、反射、吸收和散射等过程。
电磁波可以在真空中传播，而在大气和海洋等各种介质中传播时会发生各种相互作用，因此海洋遥感关注的是电磁波与海洋介质之间的相互作用。
在海洋遥感中，主要使用可见光、红外线和微波等不同波长的电磁波进行观测。
这些电磁波在海洋中的传播和与海洋介质的相互作用过程中，会发生反射、吸收和散射。
反射是指电磁波从一个介质的边界上反射回原来的介质中。
当电磁波从大气进入海洋时，海洋的表面会发生反射，部分电磁波被反射回大气中。
这部分反射的电磁波可以被遥感仪器接收，从中获取海洋表面的信息。
吸收是指电磁波在海洋介质中被吸收，转化为其他形式的能量。
不同波长的电磁波在海洋中的吸收程度各不相同，这使得通过测量反射和吸收的电磁波能够推断出海洋的物理、化学、生物等特性。
例如，测量红外线波段的电磁波吸收情况可以获取海洋表层温度的信息。
散射是指电磁波在介质中的微小颗粒、气泡或其它不均匀区域上发生反射和折射的过程。
海洋中存在各种微小的颗粒，如悬浮物、浮游生物、盐粒等，它们会对电磁波产生散射现象。
通过测量反射和散射的电磁波的强度和频率等信息，可以推断出海洋的浊度、浮游生物的分布和浓度等。
除了反射、吸收和散射，海洋遥感还包括电磁波在大气中的传输、大气中的吸收和散射等过程。
这些过程也会对遥感观测结果产生影响。
因此，在进行海洋遥感时，需要考虑并消除大气对电磁波传播和遥感观测的干扰。
基于以上原理，海洋遥感通过获取和分析电磁波的反射、吸收和散射等信息，可以实现对海洋的遥感观测和监测。
这种方法在海洋资源开发、海洋环境保护和海洋灾害预警等方面具有重要应用价值。
同时，随着遥感技术的不断发展，海洋遥感在海洋科学研究和海洋经济发展中的作用也将进一步扩大和深化。
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。
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- 两均匀的各向同性介质之间有一个实际无限大的平滑边界； - 入射到边界上的波为平面波（非球面波）； - 单色或光谱的入射波适用（宽波段要进行平均或积分计算）； - 在介质中不会发生多次反射。
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念
（3）复介电常数★
又称为相对介电常数或相对电容率，是描述海面发射率的
一个关键参数，它是频率ω ，水温T 和海水盐度S 的函数。
复数定义 德拜公式表示
r i
(,T , S)
1
S (i )1
i 0
虚部表示能量消 耗与衰减程度
s , , 0 与物质特性有关
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念 （3）复介电常数★
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✓ 小于20Ghz时，海水的虚 部大于纯水，说明海水中 的能量消耗较快；
✓ 大于20Ghz时，虚部值超 过了实部。
2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念 （3）复介电常数★
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念 （1）复折射率
微波波段，复折射率为复介电常数的平方根。 在物理上， n〞与折射没有任何关系，而且 n′>> n〞，因此有：
n2' / n1' n2 / n1 sin1 / sin2
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
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常用的介电常数模型较多，如Klein模型（P37）。
2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念 （3）复介电常数★
复介电常数反映水体的电学性质，影响物体对电磁 能量的反射（如雷达图像上ε越大，则色调越浅）。
宏观上可反映电磁波的辐射、散射、吸收、传输等 特性；微观上表明介质的化学组成、物理结构。
若入射角为0（即垂直入射），则：
v
h
1 n 1 n
2
可用于高度计、散射计 镜面反射的计算
注意菲涅耳反射率与漫反射率的区别：前者定义了界面 2的020/2反/8 射比；而后者为辐照度的内部多个粒子的漫反射。
2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念 （2）菲涅耳反射率★
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
1.海洋学上的专用名词
• 充分成长的波浪：在一定的风速、足够的持续时间和风区长
度条件下，海面达到平衡状况（即振幅不变）；
• 风波：洋面上由局地风激起的海洋波系统； • 重力波：作用在扰动水团上的主要恢复力是重力的波动
（L>1.73cm）；
• 表面张力波：作用在扰动水团上的主要恢复力是表面张力的
✓ 小于20Ghz时，海水的虚部大于纯水， 说明海水中的能量消耗较快；
✓ 大于20Ghz时，虚部值超过了实部。
不同温度下，纯水和海水介电常 2数02的0/2/实8 部与虚部随频率的变化
2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念 （4）海面粗糙度 － 判据与波长和入射角有关
• 判据 – 修改的瑞利准则（Peake & Oliver，1971） - 光滑表面满足： hk / 25 cos - 中等粗糙表面满足： / 25 cos hk / 4.4cos - 粗糙表面满足：hk / 4.4cos
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
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第二章 海洋遥感原理与基础
与海洋遥感相关的基本概念 电磁波与海水相互作用机制 海洋水体波谱特征
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
1.海洋学上的专用名词
• 海面状况：海面粗糙度状况，与最大的海面波动高度有关； • 深水波：水深大于波长的1/2的波动（水底对波的影响忽略）； • 浅水波：水深小于波长的1/20的波动（长波）； • 波高（H）：从波峰到波谷之间的铅直距离； • 有效波高（H1/3)：波阵列中全部波段的1/3最高波的波峰到波谷之间
cos
n2 sin2 cos
r sin 2 r sin 2
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念 （2）菲涅耳反射率★
• 菲涅耳反射率（反射率）：描述辐射度的界面反射比。
v Rv 2 , h Rh 2
波动（L<1.73cm） ；
2020/2.海洋遥感中常用的基本概念 （1）复折射率
n n in
Snell折射定律： n sin1 / sin2 c / v
n′表示电磁波在界面处传播速度和方向的变化， 在可见光范围可用折射仪测得； n〞表示电磁波在 介质中传播的衰减程度， n〞=kλ/4π 。
高度的平均值；
• 均方根波高（hk）：波在平均海平面上的均方根高度（粗糙度）；
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
1.海洋学上的专用名词
• 长度（L）：海洋波从一个波峰到另一个波峰的距离； • 空间波数（N）：N=2π/L； • 周期（T）：两个连续波峰通过一固定点的时间（m）； • 时间波数（ω）： ω =2π/T； • 风区长度：稳定的风吹过的水平距离； • 持续时间：稳定的风所维持的时间间隔；
2.海洋遥感中常用的基本概念 （1）复折射率
一般的，复 折射率随温 度升高而下 降；而随盐 度增加有所 上升。
海水折射率随温度和盐度的变化(波长λ=0.5893μm)
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2.1 与海洋遥感相关的基本概念
2.海洋遥感中常用的基本概念
（2）菲涅耳反射率★
• 菲涅耳反射系数：描述光滑介质表面的反射与入 射之间的关系，即反射电场与入射电场之比。
Fresnel 反射公式
Rv
Evr Evi
n2 cos n2 cos
n2 sin 2 n2 sin 2
r cos r cos
r sin 2 r sin 2
Rh
Evr Evi
cos cos
n2 sin 2