卫星海洋学

【P1】卫星海洋学涉及的详细内容有；①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、红外光和微波）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演算法、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波段频率的选择、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声水平的要求。

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。

【P6】我国气象卫星包括两个主要系统：极轨卫星系统和地球静止卫星系统。

我国第一代极轨卫星系统“风云一号”系列我国第一代地球静止气象卫星“风云二号”系列我国研制的第二代太阳同步轨道气象卫星“风云三号”【P8】2002年5月15日，我国第一颗海洋探测卫星“海洋一号”A与“风云一号”D气象卫星作为一箭双星同时发射升空。

【P30】红外波段的波长为0.7-1000μm，位于可见光波段的红光以外。

按波长可细分为近红外（15-1000μm）。

【P31】遥感按照电磁波的光谱可分为可见光与红外反射遥感、热红外遥感和微波遥感；按照目标的能量来源可分为主动式遥感和被动式遥感;按照传感器使用的平台可分为航天或卫星遥感、航空遥感、地面遥感;按照空间尺寸可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感;按照应用领域可分为资源遥感与环境遥感;按照研究对象可分为气象遥感、海洋遥感和陆地遥感;按照应用目的可分为陆地水资源遥感、土地资源遥感、植被资源遥感、海洋环境遥感、海洋资源遥感、地质调査遥感、城市规划和管理遥感、测绘制图遥感、考古调査遥感、综合环境监测遥感和规划管理遥感等。

【P33】NOAA/TIROS系列卫星载有改进型甚高分辨率辐射计（AVHRR）【P37】“风云一号”的主要传感器是多通道可见光和红外扫描辐射计（MVISR）俗名十通道扫描辐射计。

【P43-44】海岸带水色扫描仪（CZCS）属于第一代水色扫描仪，宽视场海洋观测传感器（SeaWiFS）和中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）属于第二代水色扫描仪，中等分辨率成像光谱仪（MODIS）属于第三代水色扫描仪。

水色传感器与陆地资源或气象传感器的主要不同点是：①信噪比（SNR）极高，在一般传感器作为暗像元的水体目标上，要求SNR>500以上；因此，如果不作自动增益调整，其在陆地目标上的信号将趋于饱和。

②波段带宽较窄，水色传感器的可见光通道带宽大约10 nm，近红外通道带宽大约20 nm，光谱范围一般在400~900 nm。

③时间窗一般要求在当地时间10: 30-14: 30之间过境，最好是中午12 : 00左右。

④要求卫星平台具有倾斜功能，以避免太阳直射光在海面的反射进入视场。

⑤再访问时间1~3天，空间几何分辨率500~1 100m。

⑥具有绝对的精度指标要求。

装载于Nimbus-7上的沿岸带水色扫描仪（CZCS）是6波段辐射计装载于SeaStar上的SeaWiFS是8波段辐射计，装载于1999年发射的EOS上的中等分辨率成像光谱仪（MODIS）是36波段辐射计。

【P47-49】安装在TERRA和AQUA两颗卫星上的MODIS获取的数据有三个特点：第一，NASA 对MODIS数据实行全世界免费接受的政策（TERRA卫星除MODIS外的其他传感器获取的数据均采取公开有偿接收和使用的政策），这样的政策对于目前我国大多数科学家来说是不可多得的数据资源；第二，MODIS数据涉及波段范围广（36个波段）、数据分辨率高（250m、500m、和1000m），对陆地、大气和海洋的研究有较高的实用价值；第三，TERRA和AQUA卫星都是太阳同步极轨卫星，TERRA在地方时上午过境，AOUA将在地方时下午过境。

TERRA与AQUA 上的MODIS数据在监测时间上相配合，可以得到每天最少2次白天和2次黑夜监测数据。

【P57】ENVISAT装载的主要传感器包括：高级合成孔径雷达ASAR、改进型沿轨迹扫描辐射计AATSR【P63】世界第一个高谱成像仪HYPERION具有220个波段（0.4-2.5μm范围内），地面分辨率可达30m【P73】用于地球观测的四个主要轨道类型包括太阳同步轨道、地球同步轨道、高度计轨道和近赤道低倾角轨道。

【P76】卫星的重复周期指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。

传感器的重复周期是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。

再访问时间指地球上某一局部地点被传感器先后两次观测的时间区间。

【P83】C波段、X波段和Ku波段常常被用于卫星遥感，主要原因是厘米量级波长的微波能够与海面上风生毛细重力波发生布拉格共振，并通过共振带回海面信息。

【P86】水平极化和垂直极化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，另一条是海表面的垂线。

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

【P89】辐亮度L表示沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量，它的定义是L(θ,φ) =d²Φ/dAdΩcosθ【P93】图5-4显示了关于玻璃板、镜子和黑体的三个典型例子。

例如对于透明玻璃板，入射光全部透射过去，故t=1，r=0，a=0，e=0；对于镜子，入射光被全部反射回去，故r=1，t=0，a=0，e=0；对于黑体，入射光被全部吸收，然后又全部被发射，故a=1，e=1，t=0，r=0。

菲涅尔反射率ρ两介质界面处的菲涅尔反射率ρ（λ,θ,φ）=L r（λ,θ,φ）/L i（λ,θ,φ）单次反射反照率的概念也被用于描述大气层中的分子和气溶胶粒子的光学效果。

粒子对太阳辐射的单次散射反照率被定义为粒子的散射系数和衰减系数之比：ω0 （λ）=k sc/k a【P95】使用L代表一个物体表面自发辐射或者反射的电磁波的辐亮度。

这样的表面被称为朗伯表面。

朗伯表面从不同方向看是一样亮的。

【P99】直接代入普朗克辐射定律经过计算可以获得一个黑体等效辐射温度。

这样获得的温度不是真实的海表明温度（SST），它被称为海面亮温或称为黑体温度T B。

【P117】如果在z=d处的电场强度E x （ω，d）衰减为初始值E x （ω，0）的1/e，那么我们定义从z=0到z=d skin的距离为皮层深度。

因为只有接近海面非常薄的水层的水分子发射的电磁波辐射能够溢出水面，所以表层薄面水分子的平均温度决定了海表明的辐射强度，代表了热红外辐射计或者微波辐射计探测的海表面温度。

该表面薄层的实际厚度是随辐射波长而变化的，一般地人们称这一表面薄层为皮层。

在微波范围内，在海水中微波随波长减小而衰减加剧，微波的皮层深度随波长减小而减小。

【P119-120】如果在z=z99处的辐照度E（λ，z90）衰减为初始值E x（λ，0）的1/e，那么我们定义从z=0到z=z90的距离为穿透深度。

在穿透深度z90 以上海水层粒子的后向散射对离水辐亮度L（λ）的贡献占有90%的份额，所以人们使用90作为穿透深度z90 的下角标。

一般地，490nm蓝绿光的穿透深度最大，波长超过490nm的可见光在海水中的穿透深度随可见光波长的增加而减小。

将电磁波在纯水中的穿透深度称为吸收深度。

【P122】衰减系数k a（λ）是吸收系数k ab（λ）和散射系数k sc（λ）的总和。

光学厚度τa被定义为衰减系数沿传播路径上的积分。

【P127】海水的散射主要集中于在前向散射。

前向散射一般占总散射的90%以上，后向散射只占小部分，通常小于10%。

【P130-131】米氏散射理论适用于描述q（即粒子的周长与电磁波波长之比）小于1的球形粒子对电磁波的散射现象。

瑞利散射理论适用于描述q远小于1的球形粒子对电磁波的散射现象。

实际发生的大气对太阳光的散射主要是两种：丁达尔散射和瑞利散射。

丁达尔散射属于米氏散射，它描述尺度小于100nm的粒子对太阳光的散射现象。

尘埃、水雾等能在空气中形成气溶胶的微粒对光的散射属于丁达尔散射，丁达尔散射的特点是散射光的强度与光波波长无关，因此白光散射后仍然是白光。

例如，在地平线附近看到的白蒙蒙一片就是丁达尔效应。

太阳光通过胶体可显示丁达尔效应，而通过溶液却不出现，所以可采用丁达尔效应来区分胶体和溶液。

瑞利散射是由极小微粒(例如尺度远小于可见光波长的气体分子和水分子，或者尺度远小于微波波长的气溶胶粒子)产生的散射。

依据公式(6-38)，瑞利散射的强度与波长的四次方成反比。

已知可见光的波长范围是400nm(蓝紫光)到700nm(红光)，红光波长是蓝紫光波长的1.75倍，因此蓝紫光散射强度接近红光散射强度的十倍。

在太阳光谱中蓝光波段的能量远大于紫光波段的能量,加上大气中的分子(氮气和氣气分子)对蓝光的瑞利散射效应,所以我们通过散射光看到的天空蓝色的。

海水为什么是蓝色瑞利散射【135】在可见光波段，气溶胶的散射经常是构成最主要衰减的因素。

在热红外特别i微波波段,由于电磁波波长远大于大气所含粒子的粒径,大气所含粒子的散、射已经不起明显作用,大气所含粒子的吸收变成了最主要的衰减因素。

在热红外特别是微波波段，由于电磁波波长远大于大气所含粒子的粒径，大气所含粒子的散射已经不起明显作用，大气所含粒子的吸收变成了最主要的衰减的因素。

在红外波段，水汽、一氧化碳和臭氧是主要的吸收气体；在微波波段，水汽、氧气和云中液态水是主要的吸收物质。

【P138】气溶胶对辐射的影响有两种方式：一种是直接影响，是指气溶胶直接散射和吸收电磁辐射；另一种是间接影响，这是指气溶胶作为凝结核，在大气中改变云滴的浓度和云滴在大气中存在的时间，通过云滴影响电磁辐射。

气溶胶对电磁辐射的影响是双向的。

它可以把太阳辐射向太空中散射，造成衰减；也可以吸收由地面而来的长波辐射，其作用与温室气体作用相似，形成增益。

气溶胶是气体和在重力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混合系统。

一般地，气溶胶是指悬浮在空气中的、由固体和液体颗粒与气体载体共同组成的多相体系。

【P145】有七种大气成分对电磁波吸引有作用：CO2 H2O O3 N2O CO CH4 O2 。

比较而言，CO2和H2O对红外波段的大气透射率影响最大。

【P146】大气透射率依次按下列顺序递减：冬天亚北极区、冬天中纬度地区、夏天亚北极区、夏天中纬度地区、热带地区。

一般地说，大气对于太阳入射辐射是比较透明的，对于地球发出的红外辐射不太透明。

【153】水色或海色是太阳光经过水体或海水散射后，可见光和近红外辐射计监测到的散射光的颜色。