海洋遥感04 海洋表面温度遥感
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Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
AVHRR业务化算法
根据大气对不同波段的电磁波的影响不同，可以用 不同波段测量的线性组合来消除大气影响，从而得 到海表温度。这种方法称为多通道技术，也称“分 裂窗”法，由McMillin提出。
对于NOAA/AVHRR第4和第5通道，有：
Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
多种海表面和近表面过程决定了SST及上层海洋温度剖面。
包括太阳的加热、夜间辐射的冷却、蒸发的冷却以及风和浪的混合。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
不同的仪器以不同的方式测量SST，SST所涉及的温度是在 几种不同深度上进行测量的。
1. Ts表层温度：由海洋/大气热量和湿度通量决定。由于蒸 发和辐射的冷却作用，Ts一般比内部的温度低。
2. Tb水体温度，是锚系和漂浮浮标在0.3-1m深度上测量的。 3.T11μm是通过11 μm的红外辐射计对温度进行测量，是水柱
的顶部30μm水柱出射的辐射温度。通常T11μm比Ts要稍高 一点，是最接近Ts的。 4.T10GHz是10GHz微波测量的的温度，是从水柱顶部 1-2mm 出射的辐射温度。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.2 用于SST反演的卫星波段特征
用于SST反演的 AVHRR 和 MODIS 波段特征
夜间的海温反演
把瑞利散射影响接近最小化 陆地/海洋边界和云的识别 白天雪、冰和云的反射识别
白天和夜间SST反演
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
SST算法 — 理论基础
③
②
④
①
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
辐射计探测的总辐射度可以表示为：
L t e,U Ls 1 e,U Lv r t Lsun Lv
到达探测器的 海表面发射辐射
向下的大气发射 辐射的反射
式中，C1- C4是任意常数，Tsfc是从气候查找表或MCSST 计算获得的独立的表面温度估算值。 • NOAA-14的NLSST白天算法
SST = 0.9336T4 + 0.079Tsfc(T4-T5) + 0.77(T4-T5)(secθ-1) 253.69
Ts T4 (T4 T5 ) 其中 (1 t4 ) / (t4 t5 )
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
经验逼近法：
SST = C1T4 + C2 (T4 - T5) + C3
式中，C1、C2、C3是常数。T4 和T5 是 K 氏温度，SST 是 摄氏温度。第一项是T4乘以一个接近于1的常数；第二项是 去除水汽的影响；第三项转换 K 氏温度成摄氏温度。
用 MODIS 的红外波段反演的全球海洋表面温度
Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
➢ 3m内的上表层水体具有大致相同的热容量，上层10m 的海水质量与覆盖其上的大气柱的大致相同，海洋上层具 有调节全球气候系统的能力，而SST与海洋上层的热存储 成比例。 ➢ 大气的水汽和热通量的时间空间分布是海表面温度的函 数。 ➢ 海表面温度的梯度分布与流系、涡、气流和上升流区域 有关。
• 系数由卫星观测T4 和T5反演出的SST与匹配的观测 数据通过最小二乘法回归得到。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
(1) 水汽模式 SST（WVSST）
TS = T4 - Γ (T4 - T5)
Γ = [m4/(m5-m4)] [1 + ( m5Vsecθ )/2 + …] 将从探空和被动微波探测资料反演出的V直接合并到SST 算法中。 (2) MCSST修正模式
卫星海洋遥感导论
An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
武汉大学 遥感信息工程学院
第四章 海洋表面温度遥感
海洋表面温度（sea surface temperature，SST）是一个重要 的海洋环境参数，是海洋环境非常重要的基础信息。几乎所有的 海洋过程，特别是海洋动力过程都直接或间接的与温度有关。
反射的太阳辐射
局地热平衡 平行平面
大气向上的
发射辐射
注：夜间时，LSUN(υ, θ) = 0
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
所谓海表温度的反演，是指从传感器原始数据获得定量海 洋表面温度的数学物理方法，即从电磁场到物质性质或地 球物理性质的逆运算。 热红外遥感的反演问题，主要是消除信息传输过程中海洋 — 大气的影响。这包括两项重要的工作，即大气订正和 云检测。 热红外SST反演的依据是PLANK定律。
SST = C1T4 + C2(T4-T5) + C3(T4-T5)(secθ-1) + C4
加入的secθ 项给出的是随 θ 增加的路径长度，但是并不 包括大 V 值的影响。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
(3) 非线性 NLSST 模式
SST = C1T4 + C2Tsfc(T4-T5) + C3(T4-T5)(secθ-1) + C4
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
白
白
天
天
和
弱
夜
风
晚Biblioteka Baidu
和
强
强
风
太
的
阳
情
照
况
射
的
情
况
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
• Ts 和 T11μm在几秒钟内响应蒸发、传导和辐射引起 的平衡变化； • T10GHZ被黏性过程主导，响应时间尺度是分钟级。 • 在弱风条件下，Tb反应的是一天内水体加热和冷 却的状态时间尺度是数小时； • 在强风条件下，Tb反应的则是更短时间内的加热 和冷却的状态。
4.3 海面温度反演算法
AVHRR业务化算法
根据大气对不同波段的电磁波的影响不同，可以用 不同波段测量的线性组合来消除大气影响，从而得 到海表温度。这种方法称为多通道技术，也称“分 裂窗”法，由McMillin提出。
对于NOAA/AVHRR第4和第5通道，有：
Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
多种海表面和近表面过程决定了SST及上层海洋温度剖面。
包括太阳的加热、夜间辐射的冷却、蒸发的冷却以及风和浪的混合。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
不同的仪器以不同的方式测量SST，SST所涉及的温度是在 几种不同深度上进行测量的。
1. Ts表层温度：由海洋/大气热量和湿度通量决定。由于蒸 发和辐射的冷却作用，Ts一般比内部的温度低。
2. Tb水体温度，是锚系和漂浮浮标在0.3-1m深度上测量的。 3.T11μm是通过11 μm的红外辐射计对温度进行测量，是水柱
的顶部30μm水柱出射的辐射温度。通常T11μm比Ts要稍高 一点，是最接近Ts的。 4.T10GHz是10GHz微波测量的的温度，是从水柱顶部 1-2mm 出射的辐射温度。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.2 用于SST反演的卫星波段特征
用于SST反演的 AVHRR 和 MODIS 波段特征
夜间的海温反演
把瑞利散射影响接近最小化 陆地/海洋边界和云的识别 白天雪、冰和云的反射识别
白天和夜间SST反演
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
SST算法 — 理论基础
③
②
④
①
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
辐射计探测的总辐射度可以表示为：
L t e,U Ls 1 e,U Lv r t Lsun Lv
到达探测器的 海表面发射辐射
向下的大气发射 辐射的反射
式中，C1- C4是任意常数，Tsfc是从气候查找表或MCSST 计算获得的独立的表面温度估算值。 • NOAA-14的NLSST白天算法
SST = 0.9336T4 + 0.079Tsfc(T4-T5) + 0.77(T4-T5)(secθ-1) 253.69
Ts T4 (T4 T5 ) 其中 (1 t4 ) / (t4 t5 )
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
经验逼近法：
SST = C1T4 + C2 (T4 - T5) + C3
式中，C1、C2、C3是常数。T4 和T5 是 K 氏温度，SST 是 摄氏温度。第一项是T4乘以一个接近于1的常数；第二项是 去除水汽的影响；第三项转换 K 氏温度成摄氏温度。
用 MODIS 的红外波段反演的全球海洋表面温度
Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
➢ 3m内的上表层水体具有大致相同的热容量，上层10m 的海水质量与覆盖其上的大气柱的大致相同，海洋上层具 有调节全球气候系统的能力，而SST与海洋上层的热存储 成比例。 ➢ 大气的水汽和热通量的时间空间分布是海表面温度的函 数。 ➢ 海表面温度的梯度分布与流系、涡、气流和上升流区域 有关。
• 系数由卫星观测T4 和T5反演出的SST与匹配的观测 数据通过最小二乘法回归得到。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
(1) 水汽模式 SST（WVSST）
TS = T4 - Γ (T4 - T5)
Γ = [m4/(m5-m4)] [1 + ( m5Vsecθ )/2 + …] 将从探空和被动微波探测资料反演出的V直接合并到SST 算法中。 (2) MCSST修正模式
卫星海洋遥感导论
An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing
第四章 海洋表面温度遥感
武汉大学 遥感信息工程学院
第四章 海洋表面温度遥感
海洋表面温度（sea surface temperature，SST）是一个重要 的海洋环境参数，是海洋环境非常重要的基础信息。几乎所有的 海洋过程，特别是海洋动力过程都直接或间接的与温度有关。
反射的太阳辐射
局地热平衡 平行平面
大气向上的
发射辐射
注：夜间时，LSUN(υ, θ) = 0
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
所谓海表温度的反演，是指从传感器原始数据获得定量海 洋表面温度的数学物理方法，即从电磁场到物质性质或地 球物理性质的逆运算。 热红外遥感的反演问题，主要是消除信息传输过程中海洋 — 大气的影响。这包括两项重要的工作，即大气订正和 云检测。 热红外SST反演的依据是PLANK定律。
SST = C1T4 + C2(T4-T5) + C3(T4-T5)(secθ-1) + C4
加入的secθ 项给出的是随 θ 增加的路径长度，但是并不 包括大 V 值的影响。
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.3 海面温度反演算法
(3) 非线性 NLSST 模式
SST = C1T4 + C2Tsfc(T4-T5) + C3(T4-T5)(secθ-1) + C4
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
白
白
天
天
和
弱
夜
风
晚Biblioteka Baidu
和
强
强
风
太
的
阳
情
照
况
射
的
情
况
Satellite Oceanic Remote Sensing
4.1 什么是海洋表面温度
• Ts 和 T11μm在几秒钟内响应蒸发、传导和辐射引起 的平衡变化； • T10GHZ被黏性过程主导，响应时间尺度是分钟级。 • 在弱风条件下，Tb反应的是一天内水体加热和冷 却的状态时间尺度是数小时； • 在强风条件下，Tb反应的则是更短时间内的加热 和冷却的状态。