卫星海洋学复习题word精品

简介卫星海洋学（satellite oceanography ）是利用卫星遥感技术观测和研究海洋的一门分支学科。

卫星海洋学兴起于20世纪70年代，它是卫星技术、遥感技术、光电子技术、信息科学与海洋科学相结合的产物。

笼统地讲，它包括两个方面的研究，即卫星遥感的海洋学解释和卫星遥感的海洋学应用。

卫星遥感的海洋学解释涉及到对各种海洋环境参量的反演机制和信息提取方法的研究，卫星遥感的海洋学应用涉及到运用卫星遥感资料在海洋学各个领域的研究。

涉猎内容（I ）海洋遥感的原理和方法：包括遥感信息形成的机理、各种波段的电磁波（可见光、红外和微波）在大气和海洋介质中传输的规律、以及海洋的波谱特征。

（2）海洋信息的提取：包括与海洋参数相关的物理模型、从遥感数据到海洋参数的反算法、遥感图像处理和海洋学解释、卫星遥感数据与常规海洋数据在各类海洋模式中的同化和融合。

（3）满足海洋学研究和应用的传感器的最佳设计和工作模式：包括光谱波段和微波频率的选择、光谱分辨率和空间分辨率的要求、观测周期和扫描方式的研究、以及传感器噪音水平的要求。

（4）反演的海洋参数在海洋学各领域中的应用。

卫星遥感所获得的海洋数据具有观测区域大、时空同步、连续的特点，可以从整体上研究海洋。

这极大地深化了人们对各种海洋过程的认识，引起了海洋学研究的一次深刻变革。

卫星遥感资料和卫星海洋学的研究成果在海洋天气和海况预报、海洋环境监测和保护、海洋资源的开发和利用、海岸带测绘、海洋工程建设、全球气候变化、以及厄尔尼诺现象监测等科学问题上有着广泛的应用。

原理卫星在遥远距离通过放置在某一平台上的传感器对大气或者海洋以电磁波探测方式获取大气或者海洋的有关信息，这个过程称为遥感。

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。

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。

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、达到甚至超过现场观测数据的精度。

应用海洋表面是一个非常重要的界面。

海洋与大气的能量交换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。

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，了解海洋内部的海洋学特征和物理变化过程。

遥感监测海面的空间分辨率与电磁波的波长有关，可见光与红外辐射计获得的遥感图像具有更好的空间分辨率。

虽然云的覆盖阻挡了可见光波段电磁波的透过，但是能够穿透云层的微波遥感弥补了不足。

总之，可见光和红外遥感满足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。

目前，运用卫星、航天飞机和普通飞机遥感技术，人们实现了对海表面温度( sea surface temperature )、海表面盐度(seasurface salinity )、海平面异常( sea level anomaly )、海流(ocean current )、海表面风(sea surface wind )、海浪(sea waves )、海洋内波( ocean internal waves )、悬浮物浓度 (suspended matter concentration )、叶绿素浓度 (chlorophyll concentration )、色素浓度(pigment concentration )和水色(ocean color )等多种海洋要素的监测，以及大气剖面温度和湿度( atmosphere profile temperature and humidity )、垂程水汽含量(vertical water vapor column thickness )、可降水量 (total column precipitable water vapor)、气溶胶光学厚度(aerosol optical thickness )等许多海洋和大气要素的监测。

因为能够获取长时间、大范围、近实时和近同步监测资料，卫星遥感在海洋监测和研究中正在发挥越来越大的作用。

然而，卫星遥感数据并不能完全取代传统的海洋学观测。

例如，海洋内部垂直断面的测量必须依靠浮标或其它传统海洋学观测技术。

卫星遥感数据与传统海洋学现场观测数据是互补的关系。

利用卫星数据传输设备，浮标数据和许多其它现场海洋学观测数据可以实现近实时获取。

通过卫星对全球范围海洋进行的实时、全方位和立体的遥感监测，能够获得多种稳定可靠的长期观测资料。

海洋观测资料是人类开发、利用和保护海洋的重要基础。

卫星遥感技术作为获取海洋观测资料的重要手段，已经得到广泛的应用。

50 100 150 2C0 25D 300 350图1 : 2001年全球海表面温度的年平均等温线0 50 100 150 200 250 300 350-75 / 巧5 -45 ・35 -25 -15 -5 5 15 25 35图2: 1998年1月的月平均海表面异常的图像图1是利用美国NOA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，图中纵坐标代表纬度，横坐标代表经度，色标(color bar )的单位是C (摄氏度)。

该图清晰显示了西太平洋热带暖水区的范围和温度大小。

西太平洋热带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 Ni?o )事件有密切关联，因而是科学家监测的重要目标。

图2是利用美国宇航局喷气推进实验室提供的TOPEX/Poseidon卫星高度计观测资料制作的1998年1月的月平均全球海表面异常(SSA Sea Surface Anomaly) 图像，图中色标的单位是emo该图清晰显示了西太平洋热带暖水区海平面的降低和热带东太平洋海表面的增高，这是在厄尔尼诺事件中发生的典型现象。

1. 为什么海洋表面在卫星海洋学中非常重要？海洋表面是一个非常重要的界面。

海洋与大气的能量交换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。

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，了解海洋内部的海洋学特征和物理变化过程。

2■概念理解：卫星轨道倾角、星下点、节点、升轨、降轨、升轨点、降轨点卫星轨道倾角：卫星自转轴和通过卫星的中心垂直于公转轨道平面的线之间所夹的角度；星下点：卫星在地球表面的投影（或者卫星的天底点）；节点：卫星星下点轨迹与赤道的焦点；升轨：当卫星由南向北运动时；降轨：当卫星由北向南运动时；升轨点：卫星由南向北运动穿过赤道时，卫星星下点轨迹与赤道的交点；降轨点：卫星由北向南运动穿过赤道时，卫星星下点轨迹与赤道的交点；*升轨点和降轨点统称节点。

3. 太阳同步轨道定义、特点定义：卫星的轨道平面以地球的公转速率围绕太阳旋转特点：卫星每天以相同方向经过同一纬度的当地上空；卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附近通过。

4. 地球同步轨道和地球静止轨道区别地球同步轨道：在这轨道上进行地球环绕运动的卫星或人造卫星始终位于地球表面的同一位置。

它的轨道离心率和轨道倾角均为零。

地球静止轨道：卫星或人造卫星垂直于地球赤道上方的正圆形地球同步轨道。

是特殊的地球同步轨道。

区别：（1）轨道倾角有区别.地球静止轨道一定在赤道平面上；而地球同步轨道平面可与赤道平面成一不为零的夹角。

（2）观察者看到的现象不同.在地球同步轨道上运行的卫星每天在相同时间经过相同地方的天空，对地面上观察者来说，每天相同时刻卫星会出现在相同的方向上•在一段连续的时间内，卫星相对于观察者可以是运动的•而处于地球静止轨道上运行的卫星每天任何时刻都处于相同地方的上空，地面观察者看到卫星始终位于某一位置，保持静止不动.(3) 星下点轨迹不同.卫星运动和地球自转使星下点在地球表现移动，形成星下点轨迹.地球同步卫星的星下点轨迹是一条8字形的封闭曲线，而地球静止卫星的星下点轨迹是一个点.5. 轨道周期、重复周期、传感器重复周期、再访问时间定义轨道周期：相邻两个升轨点之间的时间间隔重复周期：卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后回到原地上空时所需要的天数。

卫星的重复周期也被成为卫星地面轨迹的重复周期。

对于采用循环轨道的卫星，重复周期等于3循环周期。

如：高度计卫星的重复周期和循环周期经常被等价使用。

传感器重复周期：卫星装载的传感器对目标完成一次全部或全球覆盖的时间周期。

再访问时间：地球上某一局部地点被传感器先后两次观测的时间区间。

再访问时间与观测地点的纬度有关。

对赤道地区的再访问时间长于高纬度地区的再访问时间。

6. 光学仪器和微波雷达的角分辨率、空间分辨率根据瑞利判据，角分辨率：能够使两个像元恰可分辨的两个物体之间的角距离g = 1.22A/D空间分辨率：能够使两个像元恰可分辨的两个物体之间的空间距离AM凸筑H电简上聊牛笈光盒心利占在凸遴锁的馬平面更虫的可完全井群的两呼丈里J®7.水平极化和垂直极化定义设一个参考平面由两条直线确定，一条是入射或离开海面的电磁波束所在的直线，另条是海表面的垂线。

对于线性极化的辐射:水平极化的电场与参考平面垂直，垂直极化的电场与参考平面平行。

&立体角详细推导W5-2显示义.如阳所示电張镀的微分面积元A値设电dA自发辐射，到达半植対R的琼面的一燈波旋对应着一T宜韩角微分元°谦宜休角微分朮肘应的小血朋元是DCffl 5-2立休宦的皇夏d5= BE • HC —(FBdy)・(OBdff) — <OBsin 開回■ (OBdtf) = J?E sin 敌琬甲C5-5)立休第的黴分血械表达为式申立体角口采用血体角範度部作为它的单诧.一个球面的H怵角遇$in 4IT sr9.天顶角、观测角fflS-3显示了卫星观81方向的角度和丸阳相时于卫星扫描点的角度.图中a是观测4 (view angle) >b是卫星天顶僅｛aateJlite zenith angle) »c Jt：fc ffi天顶角令ol” zenith angle).卫展的规測甫描述卫星规测方向与星下点海血搓蜒之间的夹角°卫星天厦角描述卫屋观瀝方向与敲观测悔面法线之间的夹角「也称为现测的天A射ft <incidence Hnglc)和卫星天顶角是相伺的概念，它扪与卫星的观测粥近似相導”阖而经常披混淆慣用.丈阳天孩角代表衣阳到被现测海面的光束方向与豪10. 辐射通量、辐射强度、辐亮度、辐照度、发射率、菲涅耳反射率、朗伯表面 辐射通量：辐轴通愦(rcdiani Hu>)#是单位时阖卑通过一牛面积的能量’单俭是 W (瓦特J W = 1 J-鼻7片即X 学(5-S)Gi 辐射强度：辐射强度(rfidiant iniensity>7的单位是W ■ sr L rt 代表一个点光蒲在特 定方向上单悅直体角的辎射通量”即辐亮度：辐亮度< radiance)示沿辐肘方向单拉面积那单位立燃角的編射通量•它 的定义星L(^=dA^ <5-10)式中0是观测的天顶角t dA^e 是与波束方向垂亢的面积元.辐亮度L 的单位 是 W * m 1 * ST "'. 辐照度：<WS (irradifin C e}Ea 示通过草{S 面积的辐射迺址，它的定文是观测希面法线之闾的夹角.MT4 卫星扫描点图5-3卫坚现陋方向的倩度和太州 相对于卫星扫描点胸角度发射率:爱射車禮GO笈射率(«nissivity)e(A 、的定义是机加 = M ⑴ =_耿捡_(5 - go)3 g ⑷Em ⑴ 式中A1G0是与立体儒无关的发射S-KQ)是福射凍发射的辐照產(嘉是 与辐射源具有相同溫度的黑悴的揑肘S t E b ^a)足与辐射醇耳科相間温废的黑 悴境射的辐照度*黑体的发时率導于匚所有非尿体的£射率祁小于4旅衣射 率也祓称为一个物体的灰度.艇度用于鉴别一个物体与黒体的靠近程度.菲涅耳反射率:两介质界面牡的菲淳耳反射率(Fi^険IrHlMtmxIpGUF 呻)找定兒为反射 的辐亮度与人射的辅亮度之比：(5 —24》式申厶彳弋表辐亮度匕的下角标：代表人射課优表反射.如舉不考虑立体角和与之相关的辐亮產.那么只能序億辐照度.这时，两介 质界面处的反附率严00厦定丈为反射的辐開度与人射的輻蔣度Ntti一般地：我们使用p 袁示与立体悄相关的反射事，使用「袁示与立休弟无关的反 射率.朗伯表面:使用L 代表一牛*体表面自炭辐射或者反射的电磁渡的辐亮度，如果L 不是护和0的确數，这样的表面戡称为劇伯S B9(Lambert surface).期怕毘誓 (lambert 由评)表达的事冥最i 朋怕表面从不同方向看是…样呢的.时应于面朝是円的朗怕表面■辐射適射是(5-29)仙伯表面fl 发辐射匪反射的辐亮度层由(5-3D 式和(5-31)式可知，朗怕表面反射的辐照度与辐亮度之比尊于氐EMECO (5-25)少= dA Lws cos- tfdfl = AL j gs] c<?» 阳in $JS"=K AL4*nA朗怕表而白发辐鈔吐反射的辐照度是 (5-30)<5-31}耳有朗怕表面的辐射物悴也称为余弦辐射体raJiator>B公式帖-30) 表明’余戎綁射体的辐亮度匸在各方向上相聲且与抄无英*但題，余強辐射依的辐肃强度“明与&的余弦有黄rI⑹・ I Leos tfdA = L4c0s cos fl™Leos 9(5 - 32)J A vr所以*朗伯定律也称为期伯余強定律(LamWt cosine law),只有鳳体才建完全理规的余弦辐射怵•它的表面才是理想的蘭怕表面” * 阳ffilBI盘而不橡探，说明它蚯但于朗怕表面.11. 基尔霍夫定律、两介质界面处的基尔霍夫定律•希醴亂録飜誌翩热猝平衡条件贰那么它'蟲能e(X)= a(X)它既刊应用于两介质界面处，也叫应用于某介质内部"式屮e是介质的发射率.色是吸收率“如果该老不满足，就会导致介质变热或音变冷，直违反了局部热力学平徘黍件.式屮M是发射侵.公式表达黑体(blzcktxxiy)的发射度等于收收磐姿橐矗尊于吸收骸I CA),也辱于发射率冃C*V?^'对于灰•用菲洱耳反射率p ｛扎0,4)代替反射率r (A). me(X t 9,(|>) = 1 —p(X, 6,0)此公式足仅适用于两介质界面处的幕尔窖夫定评衣达式r它衣达牛J. j .除掉仪射旳剋北以外，所有吸收的能星都弱发射冷去了在海表面温度、海表啣盐慢剜晦面风的遥感中.人们经常便用这个公式。