第六章 海面风场遥感 - 海洋遥感
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
中国海洋大学海洋遥感课程大纲
中国海洋大学海洋遥感课程大纲英文名称Ocean Remote Sensing【开课单位】信息科学与工程学院海洋技术系【课程模块］专业知识【课程编号］【课程类别］必修【学时数】48 （理论卫实践_0_）【学分数】—3 ______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。
（-）教学对象海洋技术专业本科生。
（二）教学目标及修读要求1、教学目标本课程重点介绍卫星海洋遥感的基本原理和最新研究进展，通过海洋遥感课程的教学，使学生比较系统地学习海洋遥感探测的基本原理，掌握遥感数据处理的基本过程和方法，熟悉海洋遥感的最新进展，为学生毕业后从事相关的工作和学习打下良好基础。
教学中注重理论与实践相结合，并注意介绍海洋遥感研究中的一些最新成果。
本课程不进行双语教学，但在教学中注意介绍相关的专业词汇。
2、修读要求海洋遥感是海洋技术专业的一门专业基础课，属于海洋遥感与GIS技术课程模块中的专业知识教育层面。
海洋遥感具有应用性强，研究内容涉及物理学、计算机技术、图像处理技术等各个学科领域，同时又随着卫星遥感技术的迅速发展不断变化。
教学内容上将结合该领域的发展，不断补充更新，介绍海洋遥感技术发展与应用的前沿。
引导学生阅读参考文献，查阅最新的期刊杂志，提高学生的自学能力，使学生了解海洋遥感技术发展应用的新动向。
学生应具备大学物理、高等数学的基本知识和理论，并已经选修海洋学I、遥感概论等。
（二）先修课程选修海洋遥感课程的学生应当在学习大学物理、高等数学的基础上，并具备海洋学、遥感概论、数字图像处理等基本理论知识。
二、教学内容（一）绪论11、主要内容：主要介绍海洋遥感的概念、海洋遥感和空间海洋学的历史发展、海洋遥感系统的主要组成部分、海洋遥感在海洋科学研究中的价值，以及国际和国内的主要海洋卫星计划。
2、教学要求：掌握海洋遥感的基本概念、海洋遥感系统的组成部分以及海洋遥感发展过程中的重要阶段和代表性卫星及传感器，理解海洋遥感和空间海洋学的发展历史背景、在海洋科学研究中的主要作用，了解国际上的海洋卫星发展规划。
《海洋遥感》课程教学大纲
《海洋遥感》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程简介和教学目标1．课程简介（300-500字）海洋遥感课程主要讲述遥感及海洋遥感的基本理论、方法和基础知识。
主要内容有海洋遥感体系、分类及发展历史，海洋遥感物理基础、地物、海表与电磁波相互作用和遥感成像机理；不同遥感器特性与遥感平台；海洋遥感资料处理的方法与技术；海洋遥感定标技术、方法；海洋遥感技术应用领域及综合应用。
学生通过海洋遥感原理的学习，可以打牢海洋遥感的基础知识，进而可以运用到海洋研究中。
2.教学目标海洋遥感课程系统介绍了海洋遥感基本理论、方法和应用技术，是海洋技术专业海洋信息技术方向本科生的专业课之一。
通过该课程教学与实习，达到以下的教学目标：教学目标1：掌握海洋遥感的基本原理与方法，包括可见光遥感、红外遥感、微波遥感教学目标2：掌握海洋遥感的技术系统，数据处理流程和辐射定标的基本知识教学目标3：掌握海洋遥感常规产品的基本处理方法教学目标4：了解海洋遥感的应用领域，尤其是海洋遥感在海洋水色、水温和水动力等方面的应用教学目标5（课程思政）：树立海洋强国意识。
3．教学目标与毕业要求指标点的支撑关系三、理论教学表1 理论教学安排四、实验教学五、考核与成绩评定方法六、建议教材及相关教学资源1、建议教材[1] 刘玉光等编著.《卫星海洋学》，高等教育出版社，2009[2] 梅安新彭望琭秦其明刘慧平编著.《遥感导论》，高等教育出版社，2001 2、参考资料[1] 潘德炉等编著.《海洋遥感基础及应用》，海洋出版社，2017[2] 蒋兴伟等译.《海洋遥感导论》，海洋出版社，2008[3] 赵英时等编著.《遥感应用分析原理与方法》，科学出版社，2003。
(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。
海洋遥感特点及应用
(一)海洋及海洋遥感的特点研究全球环境，脱离了占71%的海洋不行，海洋又是人类尚未开发的处女地，因而海洋遥感具有深远意义。
海洋主要是由不断运动着的海水组成。
大片的海水构成了一个庞大、完整的动力系统，.并有相当的深度。
海洋现象具有范围广、幅度大，变化速度快的特点。
常规的海上调查是通过穿航线、取样等来完成的。
海洋如此辽阔、海洋实地调查无论规模、范围、频度均受到限制。
它除了对海上航线及附近地区进行观测外，对其它大部分水域是无能为力的。
而海洋遥感却是个最重要的探测手段。
从海洋光学的角度看，给海面辐射的光源有太阳直射光和天空漫射光。
它们照射海面后约 3.5%被海面直接反射回空中，为海面反射光。
它的强度与海面性质有关（如海冰、海面粗糙度等)。
其余的光则透射到海中，大部分被海水所吸收，部分被海水中的悬浮粒所散射产生水中散射光，它与海水的混浊度相关。
衰减后的水中散射光部分到达海底形成海底反射光。
水中反射光的向上部分以及浅海条件下的海底反射光，组成水中光。
水中光、海面反射光、天空反射光以及大气散射光共同被空中探测器所接收。
其中前两者内包含有水中信息，因而可以通过高空探测水中光和海面光以获得关于浮游生物、浊水污水等的质量和数量信息，以及海面性质的有关信息。
此外，海水对不同电磁波谱段有不同的透明度，即光对海水的穿透能力受海水混浊度的影响很大。
光对不同混浊度海水的穿透能力不同。
水体对0.45-0.55微米波长的光的散射最弱，衰减系数最小，穿透能力最强。
随着水的混浊度增大，衰减系数增大，穿透能力减弱，最大穿透深度的光谱段也由蓝变绿，所以海水颜色随其混浊度强大而由蓝一绿一黄逐渐过渡。
尽管海水由于叶绿素、浑浊度或表面形态不一而具有不同的波借特征，而且不同波谱段对海水有不同的穿透力，同一波谱段对不同类型的海水有不同的穿透力，但是，海洋的光谱特征差异与陆上地表物体相比要小得多，因而所成的图象反差很低。
另外，海洋信息的获取还受到海洋环境的各种干扰因素的影响，如不同太阳入射角、不同观察高度、不同气候条件(云层影响)、不同海面条件(海面粗糙度、波浪及传播方向)、不同底质条件以及水体本身不同的生物、化学、物理因素等。
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。
海洋遥感在海洋气候监测中的作用如何
海洋遥感在海洋气候监测中的作用如何关键信息项：1、海洋遥感技术的定义与分类定义：＿___________________________分类：＿___________________________2、海洋气候监测的目标与重要性目标：＿___________________________重要性：＿___________________________3、海洋遥感在海洋气候监测中的具体应用应用领域 1：＿___________________________应用领域 2：＿___________________________应用领域 3：＿___________________________4、海洋遥感数据的获取与处理方法获取途径：＿___________________________处理流程：＿___________________________5、海洋遥感技术的优势与局限性优势：＿___________________________局限性：＿___________________________6、海洋遥感在海洋气候监测中的未来发展趋势技术发展方向：＿___________________________应用拓展前景：＿___________________________11 海洋遥感技术概述111 海洋遥感技术是指利用传感器从卫星、飞机、船只等平台对海洋表面和内部的物理、化学和生物等参数进行非接触式测量和监测的技术。
112 其分类主要包括可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。
可见光遥感主要用于监测海洋的水色、透明度等；红外遥感可用于测量海表温度；微波遥感则能够穿透云层，获取海表风速、风向等信息。
12 海洋气候监测的意义121 海洋气候监测的目标在于准确获取海洋气候的各项参数，如温度、盐度、海流、海浪等，以及它们的时空变化规律。
122 海洋气候对于全球气候系统有着至关重要的影响。
它不仅调节着全球的热量分布和水循环，还对极端天气事件的发生和发展有着重要的作用。
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
海洋遥感之-海面风场概述
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6.1 概述
2.海面风场遥感测量的波段与传感器
• 可见光、红外遥感方法 • 微波散射计 • 微波辐射计 • 高度计 • SAR
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6.1 概述
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
0 U , , a0 U , a1U , cos a2 U , cos2
由以上可见，模式函数是风速、风向、入射角、天 线极化方式等参数的非线性函数，加上后向散射系数 测量噪声的影响使得无法利用模式函数直接获得风矢 量信息。
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向) 之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
可通过其它方式如模式风场、现场观测数据、浮标数 据等来配合风向的确定。
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图像
风矢量
图像谱
2000/11/15 UTC 09:44 RADARSAT SAR反演的海面风场
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（4）SAR反演海面风速误差分析
利用合成孔径雷达SAR图像反演高分辨率的海面风 矢量的误差主要与经验模式函数、风向、入射角和后 向散射系数有关。 • 入射角可准确计算，其影响较小； • 误差随风速的增大而增大； • 图像上的噪声造成后向散射系数的误差，从而影
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。
海洋遥感概述
NASA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
图中红色代表高浓度，绿色代表中等浓度，蓝色代表 低浓度。图中显示了蓝色的热带海洋只有很低的叶绿 素浓度，故被称为“海中沙漠”。
赤潮监测
利用HY-1A卫星资料进行海洋赤潮监测是HY-1A卫星的重要任务之一，通 过对海洋赤潮的监测，展示HY-1A卫星在海洋环境监测中的应用能力，为 我国海洋防灾减灾服务。对2002年6月15日、9月3日发生在渤海、华东 沿海和黄海赤潮进行监测，得到赤潮发生的地理位置和区域大小数据， 为海洋环境保护管理提供了科学依据。
对于海洋研究的重要性
• 海洋观测难度大，因此更依赖于卫星 遥感观测 • 在全球气候变化、大洋环流、赤潮监 测等多个领域具有重要作用 • 发展前景看好，对于考研以及今后的 个人发展具有重要意义。
我国的海洋遥感
• 2002年5月15日，中国第一颗海洋卫星 （“海洋一号A”）在太原卫星发射中心由 长征火箭发射升空，结束了中国没有海洋 卫星的历史。 • 2007年4月11日，装备更为精良的“海洋一 号B”卫星，由长征二号丙运载火箭在太原 卫星发射中心成功发射升空。 • 2011年8月16日，中国在太原卫星发射中心 用“长征四号乙”运载火箭，将中国第一 颗海洋动力环境监测卫星“海洋二号”成 功送入太空。
资源开发：二十一世纪是海洋的世纪，海洋蕴藏着巨大的资源与能源，
人类早已经认识到占地球表面70.8％的海洋对人类的作用和重要性。开发利 用海洋资源，日益成为国际竞争的重要领域。
人们预测，二十一世纪人类社会的经济发展将更加依赖海洋实际价值的利 用，海洋经济将会以更高的速度发展，人类在充分开发利用海洋的同时，更 加重视海洋资源和环境的保护以求持续发展，这是海洋事业发展的总趋势。
海洋遥感复习知识点
名词解释、填空1.海面亮温：低于实际物体的温度指物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。
2.发射率：观测物体的辐射能量与同观测物体具有相同热力学温度的黑体的辐射能量之比根据发射率，=1黑体，0~1灰体3.大气气溶胶：悬浮在空气中的来自地球表面的小的液体或固体颗粒。
气溶胶类型：海洋型、陆地型、火山爆发自然（陆地海洋火山）；人为（汽车尾气、污染物）4.瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。
散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。
对可见光的影响较大。
米散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。
气溶胶引起的，对波长依赖性很小无选择散射：云，所有光都被散射回来5.大气层结构简答，根据温度分布，垂向划分：对流层、平流层、中间层、热成层、外大气层1)对流层：有各种天气现象，强烈对流/温湿分布不均匀/航空活动区，对遥感最重要2)平流层/同温层：天气现象少/空气稳定/水汽、沙尘少，温度随高度增加而增加3)中间层：温度随高度增加而减少，对遥感的辐射传递几乎没影响4)热成层：温度随高度增加而增加，高度电离状态，短波电磁波被电离层折返回地面6.一类水体：浮游植物及其共变的碎屑主导海水光谱特性；二类水体：除浮游植物外的其他物质在海水光谱特性中起主导作用海洋初级生产力：把无机碳变成有机碳的单位时间的速率，和叶绿素浓度、光照、光照时间、光穿透距离有关7.遥感反射比（可见光、海色遥感）：公式、向上辐亮度和向下辐照度之比，Rw和Ed之比归一化离水辐亮度：假设太阳在正上，把大气分子散射衰减消除的离水辐亮度8.黄色物质：有色可溶有机物，陆源（植被，棕黄酸），海洋（动物死亡分解）9.生物光学算法：通过离水辐亮度去推导海水中的各主分浓度的算法。
由海水上面的离水辐亮度推导叶绿素浓度、泥沙浓度、k490衰减系数、透明度等。
10.大气校正：由传感器接收到的辐亮度计算出离水辐亮度的过程Lt是卫星接收的总辐射；第一项是离水辐亮度，接下来三项是大气路径辐射，分别是气溶胶的，分子的，两者都有的，Lwc是白冒，Lsr是太阳耀斑。
第六章 海面风场遥感 - 海洋遥感ppt课件
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6.1 概述
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向)
0 a 1 U 1 a 2 U 2co a 3 s U 3c2 os
• Ku波段 - Wentz（SASS-II模式）
0A 0A 1co sA 2co 2 s
2020/4/24
.
A0 a0Ua0 A 1(a1a1loU g )A 0 A 2(a2a2loU g )A 0
6.2 微波散射计测量海面风场
a0 0u 0d 2 0c / 4
a1 0u 0d / 2
a2 0u 0d 2 0c / 4
风速、入射角和极 化方式的函数。
下标0u、0d和0c分别表示逆风、顺风和横风时观 2020/4/2测4 的后向散射系.数。
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
2020/4/24
.
6.2 微波散射计测量海面风场
1.发展历史
• 1966年Morre教授提出散射计测量海面风场的概念。
• 1973年Skylab卫星S-193散射计和1978年Seasat-A卫星 SASS散射计的成功经验证实了该技术的有效性。
• 1991年ESA的ERS-1卫星上装载了主动微波探测仪，使 卫星散射计风场测量进入业务化监测的新纪元。
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：
第六章海面风场遥感海洋遥感
a2 0u 0d 2 0c / 4
风速、入射角和极 化方式的函数。
下标0u、0d和0c分别表示逆风、顺风和横风时观 测的后向散射系数。
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
入射角和风向固定时，后向散射截面随风速的变化
6.2 微波散射计测量海面风场
ΦΦ为为相相对对方方位位角角，，用为与风风于向 向和和描雷雷达达述方观位测雷角方之位达差角。有后关。向散射系数与海面风矢量(风速和风向) 之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
6.2 微波散射计测量海面风场
1.发展
• 1966年Morre教授提出散射计测量海面风场的概念。
• 1973年Skylab卫星S-193散射计和1978年Seasat-A卫星 SASS散射计的成功经验证实了该技术的有效性。
海面风场微波遥感测量的原理风速测量微波传感器不能直接测量海面风矢量微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海面的粗糙度有关而海面粗糙度与海面风速之间具有一定的经验关系而进行的
第六章海面风场遥感海洋遥感
第六章 海面风场遥感
概述 微波散射计测量海面风场 SAR获取海面风场信息 其它方法测量海面风速
0A 0A 1co sA 2co 2 s
A0 a0Ua0 A 1(a1a1loU g )A 0 A 2(a2a2loU g )A 0
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式 • C波段 – 本质是简化的Morre模型
主要针对ERS系列卫星的模型，相继开发出了CMOD1-12模型。
矢量中值滤波初始场的确定：最可能的风矢量解作为初 始场、模式风场作为初始场。
第六章海洋测绘3
N
X Dr Y I
H E
F
Z
F H2 Z2 H N2 E2 Z F sin I H F cosI X H cosD E H sin D
通常利用拖曳于工作船后的质子旋进式磁力仪 或磁力梯度仪，对海洋区域的地磁场强度数据进行 采集，将观测值减去正常磁场值，并作地磁日变校 正后得到磁异常。
PROTON4
特征 •灵敏度高（１Ｇｍ） •探知范围广（最大450ｍ） •探测状况通过声音通知和液晶表示 •最大拖航速度8.5节 价格:$10,995.
PULSE12
•探知范围7.3ｍ •探测状况通过声音通知和液晶表示 •最大拖航速度5.2节 价格:$7,995.
§6.2.8 海洋水文测量
海洋水文测量是观测海水物理、动力学参数的 测量活动。海洋水文要素主要包括：海水温度、 盐度、密度、海流、潮汐、潮流、波浪等。
§6.2.7 海洋磁力测量
是测量海上地磁要素的工作。海底下的地层是由不 同的岩性地层组成。不同的岩性具有不同的导磁率和 磁化率，因而产生不同的磁场，在正常磁场背景下出 现磁异常。
主要采用海洋核子旋进磁力仪或海洋磁力梯度仪， 探测海底的磁力分布，发现构造引起的磁力异常。
海洋磁力测量主要目的是寻找石油、天然气有关的 地质构造和研究海底的大地构造。此外，海洋工程测 量中，为查明施工障碍和危险物体，如沉船、管线、 水雷等，也常进行磁力测量发现磁性体。
遥感第六章 海洋水色观测
第六章海洋水色观测(Ocean Color Observation Using Visible Light)§6.1 简介(General Introduction)§6.1.1 卫星和传感器(satellites & sensors)能够进行水色遥感的卫星传感器有：美国宇航局于1997年发射的海星卫星（SeaStar）上装载的8波段的宽视场海洋观测传感器（SeaWiFS），1997年发射的地球观测系统卫星（EOS-AM，TERRA）和2002年发射的地球观测系统卫星（EOS-PM，AQUA）上装载的36波段的中等分辨率成像光谱仪（MODIS），日本于1996-1997年运行的高级地球观测卫星（ADEOS）上装载的海洋水色和温度传感器（OCTS），中国于2002年发射的海洋一号（HY-1）上装载的中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）和美国于1978-1983年运行的雨云（Nimbus）卫星上装载的沿岸带水色扫描仪（CZCS）等。
我国海洋卫星（HY-1）上装载的中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）与美国的宽视场海洋观测传感器（SeaWiFS）的波段宽度和位置都很接近。
它们可用于探测日间云况及对海面表面绘图，并进一步研究包括海洋初级生产力、旋涡、羽状悬浮物、浅水暗礁、赤潮、极冰、无冰水道、冰的运动、内波在海表面的表现、表面流的边界和云的移动等海洋现象。
SeaWiFS的业务管理部门提供给用户13种资料产品，这些产品是●叶绿素-a浓度(Chlorophyll-a concentration)，单位[mg/m3]●波长490 nm辐射的漫衰减系数(Diffuse attenuation coefficient at 490 nm)，单位 [m-1]●悬浮物浓度(Suspended matter concentration)●气溶胶指数(Aerosol index)●波长865 nm辐射的气溶胶光学厚度(Aerosol optical thickness at 865 nm)●云覆盖部分(Cloud fraction)●海面荧光(Ocean surface fluorescence)●溶解有机物的吸收系数(Dissolved detritus absorption coefficient)●颗石藻覆盖部分(Coccolithophore fraction)，无量纲●毛状藻覆盖部分(Trichodesmium fraction），无量纲●粒子后向散射系数(Particulate backscatter coefficient)，无量纲●植物光合作用活动指数(Photo-synthetically active radiation)●标准化的不同陆地植被指数(Normalized difference land vegetation index)我国国家卫星海洋应用中心也制作了关于中国海洋水色和温度扫描仪（COCTS）资料的类似产品，包括6种离水辐射率（412、443、490、510、555和670波段）、3种气溶胶辐射（670、750和865波段）、叶绿素a浓度分布、海表面温度分布、CZCS色素浓度、第7和8波段气溶胶辐射比、气溶胶光学厚度（865波段）、悬浮泥沙含量分布和漫衰减系数等共16种。
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2020/10/19
入射角和风向固定时，后向散射截面随风速的变化
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
2020/10/19
风速固定时，后向散射系数随相对方位角的变化
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• Ku波段 - Morre模式
2020/10/19
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（1）反演步骤
• 计算归一化后向散射系数，并获得不同视角天线 对同一区域的观测；
• 利用风矢量与归一化后向散射系数之间的关系， 进行风速和风向估计；
• 多个可能风矢量解模糊性的消除。
2020/10/19
海面风场微波散射计测量流程
微波散射计的入射角一般大于20度，散射计测量 海面风场以Bragg共振散射模型和双尺度模型为主。
2020/10/19
6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（1）雷达后向散射系数的计算：
0
(4 )3 R4 G022 Awp
( Pr ) Pt 0
（2）单位面积后向散射系数的Bragg表达：
0
22
cos
常规资料主要通过船舶、海上浮标、沿岸和岛屿气 象台站来测量获得，难以满足宏观、实时海洋监测的需 要，卫星遥感技术起到了非常重要的补充作用。
2020/10/19
6.1 概述
2.海面风场遥感测量的波段与传感器
• 可见光、红外遥感方法 • 微波散射计 • 微波辐射计 • 高度计 • SAR
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海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2020/10/19
第六章 海面风场遥感
概述 微波散射计测量海面风场 SAR获取海面风场信息 其它方法测量海面风速
2020/10/19
6.1 概述
1.海面风场测量的意义
海面风场测量对于海洋环境数值预报、海洋灾害监 测、海气相互作用、气象预报、气候ka为Karman常数（常取0.4），z0可用 经验关系式表达，ψ为考虑大气稳定性的修正值，L为M-O
长度。
可见，后向散射系数与海面风速具有较大相关性。
2020/10/19
6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（4）后向散射系数与风向之间的关系：
在风速固定的条件下，后向散射系数在逆风观测 时最大，顺风其次，而横风最小。
1/ 2
sin1/ 2
cos4
gij ( ) 1/ 2 (ug 1k )1/ 2
可见，后向散射系数随摩擦风速u线性增长。
2020/10/19
6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
（3）海面高度z处风速的计算：（Monin-Obukhow方程）
U (z)
us
u ka
[ln(
z z0
)
( z
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6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
一般情况下，风矢量反演模式表达为：
0 f (U ,,...,,i)
Φ为相对方位角，与风向 和雷达观测方位角有关。
试验基础上，已获得后向散射截面与风矢量之 间具有如下关系：
AU r (1 a cos b cos 2)
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6.2 微波散射计测量海面风场
1.发展历史
• 1966年Morre教授提出散射计测量海面风场的概念。
• 1973年Skylab卫星S-193散射计和1978年Seasat-A卫星 SASS散射计的成功经验证实了该技术的有效性。
• 1991年ESA的ERS-1卫星上装载了主动微波探测仪，使 卫星散射计风场测量进入业务化监测的新纪元。
6.1 概述
3.海面风场微波遥感测量的原理
• 风速测量- 微波传感器不能直接测量海面风矢量，
微波测量海面风速是基于海面的后向散射或亮温与海 面的粗糙度有关，而海面粗糙度与海面风速之间具有 一定的经验关系而进行的。
• 风向测量- 对同一海域不同入射角的资料进行分析，
可获得风向分布信息。
用于描述雷达后向散射系数与海面风矢量(风速和风向) 之间的经验关系称为风场反演的地球物理模式函数。
• 1999年QuikSCAT卫星的SeaWinds散射计提高了测量 精度。
目前测量风速范围在4～24m/s，精度为±2m/s或10％，风向 2020/10/范19 围0～360°，精度±20 °。
6.2 微波散射计测量海面风场
2.测风原理
微波散射计（Ku波段和C波段的微波散射计）通 过测量海面微波后向散射系数，根据它与海面风矢量 的经验模式函数来反演海面风场。
模式函数一般采用统计 的方法经验获得。
Ku波段的模式函数
C波段的模式函数
2020/10/19
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式-常用：
Φ为相对方位角，为风 向和雷达方位角之差。
0 U , , a0 U , a1U , cos a2 U , cos2
a0 0u 0d 2 0c / 4
a1 0u 0d / 2
a2 0u 0d 2 0c / 4
风速、入射角和极 化方式的函数。
下标0u、0d和0c分别表示逆风、顺风和横风时观 2020/10/测19 的后向散射系数。
6.2 微波散射计测量海面风场
3.海面风场反演过程
（2）风矢量反演模式
0 a1U 1 a2U 2 cos a3U 3 cos 2
• Ku波段 - Wentz（SASS-II模式）
0 A0 A1 cos A2 cos 2
A0 a0U a0 A1 (a1 a1 logU ) A0
2020/10/19
A2 (a2 a2 log U ) A0
6.2 微波散射计测量海面风场
2020/10/19
式中系数根据经验确定，取决于入射角θ。
6.2 微波散射计测量海面风场
※ 模式函数研究进展
• SASS-1模式函数 • SASS-2模式函数 • NSCAT-1模式函数 • NSCAT-2模式函数 • QSCAT-1模式函数 • Ku-2001模式函数
• CMOD1-12模式函数 • CMOD-IFR2模式函数
3.海面风场反演过程
（3）实际应用的风矢量反演模式
• C波段 – 本质是简化的Morre模型