中国海洋大学 卫星海洋学 课程大纲(理论课程)

附件2：中国海洋大学卫星海洋学课程大纲（理论课程）英文名称: Satellite Oceanography【开课单位】海洋环境学院海洋系【课程模块】专业知识【课程编号】【课程类别】必修【学时数】48 （理论实践）【学分数】 3备注：课程模块为公共基础、通识教育、学科基础、专业知识或工作技能；课程类别为必修或选修。

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。

（一）教学对象海洋科学专业本科生（必修），地学领域其他专业（可选修）。

（二）教学目标及修读要求1、教学目标（课程结束后学生在知识、技能和态度三个层面达到的目标）知识方面：使学生理解遥感原理及其卫星在海洋学观测中的应用，并且学会获取和实际使用卫星资料；了解国内外卫星遥感基本信息；掌握电磁波辐射与传播的基本理论；理解大气和海水的吸收和散射机理；理解可见光水色扫描仪、热红外与微波辐射计等仪器原理；掌握叶绿素、海面温度、盐度等物理要素的基本遥感机理。

技能方面：学会获取和读取卫星遥感资料、实际使用卫星遥感数据绘图和做简单的统计分析，并且学会撰写科学研究的技术报告。

态度：培养学生理论联系实际的科学研究态度2、修读要求（简要说明课程的性质，与其他专业课程群的关系，学生应具备的基本专业素质和技能等）《卫星海洋学》是海洋科学专业的专业必修课，属于理论课。

该门课程是海洋科学专业7门核心课程之一，属于大学物理（光学、电磁学）在海洋学领域的延伸课程，可培养学生在海洋学领域的科研能力。

与其他专业课程之间没有隶属关系，但是与《物理海洋学》联系比较密切。

《物理海洋学》为海洋学研究提供理论基础，《卫星海洋学》为海洋学研究提供观测数据和方法。

选课前学生应具备良好的数学物理基础，以及计算机使用、绘图和统计分析的技能。

（三）先修课程（参照2011版人才培养方案中的课程名称，课程名称要准确）高等数学I1，高等数学I2，大学物理I1，大学物理I2，大学物理I3，概率统计，大学计算机基础，Fortran程序设计二、教学内容（一）第一章绪论1、主要内容：➢卫星海洋遥感的应用：什么是卫星海洋学，卫星海洋学探测的发展阶段；➢中国气象卫星的发展：极轨和地球静止气象卫星系统；➢中国海洋卫星的发展：海洋系列卫星，海洋卫星和气象卫星的比较；➢中国卫星发展的现状和目标；➢数据分发：包括数据共享方式、数据格式和数据分级；➢海洋遥感信息和数据相关网站介绍➢讲解和布置大作业2、教学要求：➢了解国内外卫星遥感基本信息；➢了解大作业形式和要求，布置大作业。

3、重点、难点：重点：海洋卫星和气象卫星的比较；数据格式和数据分级。

难点：无4、其它教学环节：无（二）第二章气象卫星与水色卫星1、主要内容：➢遥感和遥感技术：遥感的定义和遥感类型的划分；➢气象卫星和主要传感器；➢中国风云卫星和主要传感器；➢中国卫星发展的现状和目标；➢水色卫星和主要传感器：三种重要的水色传感器CZCS，SeaWiFS，MODIS；➢中国“海洋一号”卫星及数据产品2、教学要求：➢了解国内外气象卫星与水色卫星传感器的基本信息；➢掌握海洋及气象数据的分发方式，学会搜索和下载数据的方法。

3、重点、难点：重点：遥感类型的划分；三种重要的水色传感器。

难点：无4、其它教学环节：结合教学内容，布置一份小作业，学生下载数据并作基本的绘图。

（三）第三章海洋卫星与陆地卫星1、主要内容：➢携带微波传感器的海洋卫星➢欧洲遥感卫星ERS-1/2和ENVISAT➢携带高度计的卫星➢携带合成孔径雷达的加拿大卫星RADARSAT➢携带散射计的卫星➢陆地和海岸带观测卫星➢历史上著名的海洋观测卫星2、教学要求：➢了解国内外海洋卫星与陆地卫星基本信息；➢了解不同海洋卫星的用途；3、重点、难点：重点：不同类别卫星的主要用途。

难点：无4、其它教学环节：无（四）第四章卫星轨道与分辨率1、主要内容：➢牛顿万有引力定律在卫星轨道设计上的应用；➢卫星轨道的基本要素；➢地球同步轨道、太阳同步轨道、高度计专用轨道的特征及其应用；➢卫星的重复周期、传感器的重复周期、传感器的再访问时间三个概念的意义及区分；➢光学分辨率和雷达分辨率的推导方法、异同及其物理意义；讨论不同传感器分辨率差别的来源。

➢掌握不同的卫星轨道特征及其在海洋气象遥感中的应用；➢理解卫星遥感分辨率的推导方法和物理意义。

3、重点、难点：重点：不同卫星轨道的特征及其应用；光学分辨率和雷达分辨率的物理意义及其决定因素。

难点：光学分辨率和雷达分辨率的物理意义。

4、其它教学环节：无（五）第五章电磁辐射1、主要内容：➢电磁波的波段及其在遥感中的应用；➢麦克斯韦方程组及其解的形式；➢辐射术语的引入、相关概念的定义及其在相关遥感领域的应用；➢基尔霍夫定律的物理意义、推广和应用；➢普朗克辐射定律及其衍生定律的关系、在遥感中的应用；➢菲涅耳公式、菲涅耳反射率的定义，菲涅耳反射率的初步应用；➢相对电容率的物理意义及其遥感应用；➢理想海洋遥感的流程推演。

2、教学要求：➢掌握电磁辐射的基本术语；➢理解基尔霍夫定律，掌握其在海洋遥感中的应用；➢理解普朗克辐射定律，掌握其在微波波段的近似方式，理解亮温的概念；➢理解菲涅尔反射率定义，了解其在海洋遥感中的应用，会使用各公式推演海洋遥感的流程。

3、重点、难点：重点：基尔霍夫定律的物理意义和应用；普朗克辐射定律及其衍生定律的应用；亮温的概念；菲涅耳反射率的定义和应用；理想海洋遥感的流程推演。

难点：朗伯表面的理解；理想海洋遥感的流程推演。

4、其它教学环节：根据德拜方程，绘制菲涅尔反射率随温、盐变化的曲线，理解理想情况下的遥感原理。

（六）第六章散射和吸收➢散射和吸收理论的相关概念，包括：复折射率、皮层深度、穿透深度、衰减系数、光学厚度、光学质量等；➢米氏散射和瑞利散射的概念及应用；➢无边界存在时的辐射传输方程和大气校正原理；➢有边界存在时的辐射传输方程和大气校正原理；➢大气窗和大气吸收带的意义及应用。

2、教学要求：➢掌握电磁波散射和吸收理论的相关概念；➢理解大气和海水的吸收和散射机理，包括米氏散射和瑞利散射；➢掌握辐射传输方程和大气校正原理，以及光学厚度概念；➢理解大气窗和吸收带的概念和作用。

3、重点、难点：重点：复折射率的物理意义；皮层深度、穿透深度、光学厚度的概念及应用；米氏散射和瑞利散射的概念及应用；辐射传输方程和大气校正原理。

难点：复折射率的物理意义4、其它教学环节：根据复折射率，估算不同波段在海水中的穿透深度。

（七）第七章辐射计和水色遥感1、主要内容：➢水色的定义与理解，影响水色的要素及不同要素的散射、吸收特性；➢水色遥感的相关概念，包括初级生产力、水体类型、离水辐亮度、遥感反射率等；➢水色传感器即可将光与近红外辐射计的特点，常用水色卫星/传感器的特征与比较；➢水色传感器的测量原理和地物光谱仪现场测量原理；➢水色遥感大气校正的特点与步骤：如何从卫星信号中获取离水辐亮度，包括大气漫透射率和大气直接透射率的理解，大气校正方程各项的校正原理，特别是气溶胶散射的校正原理；➢叶绿素浓度的反演原理：如何从离水辐亮度获取海洋水体特性，包括经验算法、半分析算法和波段比值法的原理，以及在一类和二类水体中的应用；2、教学要求：➢掌握水色遥感的相关概念，包括初级生产力、水体类型、离水辐亮度、遥感反射率等；➢掌握水色遥感常用传感器名称和水色遥感大气校正的特点；➢理解水色传感器的测量原理；➢了解一类、二类水体水色要素反演算法原理。

3、重点、难点：重点：初级生产力、离水辐亮度和遥感反射率的概念；常用水色传感器及其特征；水色遥感大气校正的特点及步骤；叶绿素浓度反演的基本原理。

难点：气溶胶散射校正原理；叶绿素浓度反演的基本原理。

4、其它教学环节：课后了解水色遥感的相关网站，学会下载水色数据并作基本分析。

（八）第八章热红外辐射计1、主要内容：➢红外辐射计简介，包括红外遥感的特点，近红外和热红外遥感的区别；➢常用热红外辐射计介绍，包括A VHRR和MODIS等。

➢热红外辐射计的测量理论，包括波段的选择原理，热红外辐射计遥测温度和现场观测温度的差别等；➢热红外辐射计海表面温度的反演算法，包括多波段法的反演思想，大气校正步骤和常用资料库。

➢热红外辐射计探测的海表面温度资料在研究中的应用举例。

2、教学要求：➢理解热红外辐射计的测量理论；➢了解热红外辐射计海表面温度的反演算法和常用资料库；➢学会使用海表面温度资料进行海洋特征分析。

3、重点、难点：重点：热红外辐射计的波段选择原理；遥测温度和现场观测温度的差别；多波段海表面温度反演算法的思想。

难点：多波段海表面温度反演算法的思想4、其它教学环节：课后了解热红外遥感的相关网站，学会下载海表面温度数据并作基本分析。

（九）第九章微波辐射计1、主要内容：➢微波遥感简介，包括微波波段的特性、微波天线和典型微波传感器的介绍；➢大气对微波遥感的影响，重点介绍水汽和液态水对微波的吸收衰减作用，理解微波辐射计的波段设置原理；➢微波辐射计的辐射传输方程；➢微波辐射计不同频段在反演温度和盐度中的应用，包括单通道算法的反演思想和扫描方式的选取原理；➢平静海面和粗糙海面两种情况下的海面微波发射率模型，粗糙海面情况下主要是双尺度模型和小斜率近似模型；➢海面物理参数反演的两类模型：理论模型和经验模型。

2、教学要求：➢掌握微波辐射计的测量原理和扫描方式；➢理解平静海面和粗糙海面两种情况下海面微波发射率模型；➢掌握微波辐射计风场资料的特点，学会使用微波辐射计海面风场资料进行海洋学分析。

3、重点、难点：重点：大气对微波遥感的影响；微波辐射计的波段设置原理；微波辐射计的扫描方式；单同道算法的反演思想。

难点：微波辐射计的波段设置原理；粗糙海面情况下的海面微波发射率模型。

4、其它教学环节：课后了解微波辐射计遥感的相关网站，学会下载微波辐射计产品如：海表面温度、海面风速等数据并作基本分析。

（十）第十章散射计1、主要内容：➢散射计简介，包括散射计的分类、散射计的频段选取和扫描方式；➢依据散射计的分类，介绍典型的散射计及其数据特点，包括NSCA T，ASCAT和SeaWinds，并对其优缺点进行探讨，进一步介绍新改进的散射计；➢标准化雷达后向散射截面的推导及其物理意义；➢散射计的测风原理，主要是对电磁波在粗糙海面散射的理解，包括镜面反射理论和布喇格共振散射理论；➢海洋风的反演模型：理论模型和经验模型及其对比。

2、教学要求：➢掌握散射计的测风原理；➢掌握微波辐射计和散射计测风的异同；➢理解布喇格共振散射机制，掌握其在散射计测风上的应用；➢掌握不同散射计卫星的数据特点，学会使用散射计海面风场资料进行海洋学分析。

3、重点、难点：重点：散射计频段选取；散射计的测风原理；布喇格共振散射；不同散射计的数据特点。