遥感地学应用04 水体和海洋遥感讲解

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4.2.1水体光谱特征
4.2.1水体光谱特征 1.水体界限的确定 2.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系 3.水体光谱特征与悬浮泥沙含量的关系 4.水体光谱特征与水深的关系 5.水体光谱特征与水温的关系 6.水体光谱特征与水体污染物的关系
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1.水体界限的确定
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4.2.1水体光谱特征
大量研究表明,叶绿素、悬浮泥沙等 主要水色要素的垂直分布并非均匀的 (见图13.4)。 水体中的水分子和细小悬浮质(粒径 <<波长)造成大部分短波光的瑞利散 射(散射系数与波长的4次方成反比, 波长越短,散射越强)，因此较清的水 或深水体呈蓝或蓝绿色(清水光的最 大透射率出现在0.45～0.55 μm，其峰 值波长约为0.48 μm。
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4.2.1水体光谱特征
L(接收)=Lw(水中光)+Ls水面反射光)+Lp(天空散射光) 它们是波长、高度、入射角、观测角的函数 其中前两部分包含有水的信息，因而可以通过高空遥感 手段探测水中光和水面反射光，以获取水色、水温、水 面形态等信息，并由此推测有关浮游生物、浑浊水、污 水等的质量和数量以及水面风、浪等有关信息。
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§ 4.2水体遥感原理
4.2.1水体光谱特征 1.水体界限的确定 2.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系 3.水体光谱特征与悬浮泥沙含量的关系 4.水体光谱特征与水深的关系 5.水体光谱特征与水温的关系 6.水体光谱特征与水体污染物的关系
4.2.2水体的微波辐射特征
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4.2.1水体光谱特征
说明1：上述的水体的散射和反射主要出现在一定深度 的水体中，称之为“体散射”。 水体的光谱特性主要是通过透射率,而不仅是通过表面特 征确定的，它包含了一定深度水体的信息，且这个深度 及反映的光谱特性是随时空而变化的。 水色(水体的光谱特性)主要决定于水体中浮游生物含量 (叶绿素浓度)、悬浮泥沙含量（混浊度）、营养盐含量 （黄色物质、溶解有机物质、盐度指标）以及其他污染 物、底部形态（水下地形）、水深等因素。
在可见光范围内,水体的反射率总体上比较低,不超过10%，一般为 4%～5%,并随波长的增大逐渐降低,到0.6 μm处约2%～3%，过了 0.75 μm，水体几乎成为全吸收体。因此，在近红外的遥感影像上， 清澈的水体呈黑色。为区分水陆界线，确定地面上有无水体覆盖， 应选择近红外波段影像。
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遥感地学应用 第四章 水体和海洋遥感
第四章 水体和海洋遥感
§4.1概况 §4.2水体遥感原理 §4.3海洋卫星及遥感器
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§4.1概况
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§4.1概况
地球表面面积100 地表开放水体74 全球海洋面积71
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§4.1概况
海洋是人类最大的资源宝库。 它蕴藏极为丰富的矿物资源、生物、化学资源和能源， 尤其在人口增长,陆上资源大量消耗的情况下,海洋将日 益成为人类获得食品、能源、原材料的基地。
射3个方面。
对于清水，在蓝—绿波段反射率4%～5%,
5%
0.6μm以下的红光部分反射率降到2%～3%
几乎吸收全
水的吸收少
蓝青 绿 黄 橙 红
0.8?
部入射能量
反射率较低 大量透射
可见光波段
0.76 可见光波段 近红外、短波红外
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4.2.1水体光谱特征
图13.2反映了水的光谱递减规律，由于水在红外波段的 强吸收，水体的光学特征集中表现在可见光在水体中的 辐射传输过程。它包括界面的反射、折射、吸收、水中 悬浮物质的多次散射（体散射特征）等。 这些过程及水体“最终”表现出的光谱特征又是由以下 因素决定的：水面的入射辐射、水的光学性质、表面粗 糙度、日照角度与观测角度、气-水界面的相对折射率 以及在某些情况下还涉及水底反射等。
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4.2.1水体光谱特征
对水体来说，水的光谱特征主要是由水本身的物质组成
决定，同时又受到各种水状态的影响。
水体在近红外、短波 红外这两个波段的反
可见光反射包
射能量很小。这一特
含：水表面反
征与植被和土壤光谱
射、水体底部
有十分明显的差异，
物质反射、水 中悬浮物质反
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3%～10%
因而在红外波段识别 水体是较容易的。
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§4.1概况
研究全球环境,不能脱离了占全球面积71%的海洋。 遥感能提供大尺度、动态的观测，且不受地理位置、天 气和认为条件限制，恰好适用于对茫茫大海的观测。 遥感是研究海洋最重要的探测手段之一，所以美国、前 苏联、欧洲空间局、日本、加拿大等均先后发射了海洋 卫星，我国也发射了自己的海洋卫星。
天空散射光Lp
3.5%水面散射光Ls
少量水体本身信息
它的强度与水面性 质有关：表面粗糙 度、水面浮游生物 、水面冰层、泡沫 带等。
其余的光经折射、透射进 入水中，大部分被水分子 吸收和散射，以及被水中 悬浮物质所散射、反射、 衍射成水中散射光。
它的强度与水的混浊度成正 相关，与水的深度成正相关。
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2.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系
水中叶绿素浓度是浮游生物分布的指标,是衡量水体初 级生产力(水生植物的生物量)和富营养化作用的最基 本的指标。它与水体光谱响应间关系的研究是十分重 要的。 当然，这种指示作用的有效性海域还与浮游植物光合 作用的环境因素(如营养盐、温度、透明度等)以及叶 绿素含量变化的制约条件有关。
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4.2.1水体光谱特征
遥感器接收L=Lw+Ls+Lp
水中散射光的向上 部分及浅海条件下 的底部反射光共同 组成Lw水中光或 称离水反射辐射。
到达水面的入射光 （太阳光和天空光）
部分衰减后的水中 散射光到达水体底 部形成底部反射光
它的强度与水的混浊度成正 相关，与水的深度成负相关
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4.2.1水体光谱特征
说明2：离开水面的辐射部分(即水中光经折射出水面的 部分)，除了水中散射的向上部分外，还包含在日光激 励下水中叶绿素经光合作用所发出的的荧光。
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4.2.1水体光谱特征
说明3：水面入射光谱中， 仅有可见光（0.4～0.76 μm才 透射入水，其他波段的入射 光或被大气吸收或被水体表 面吸收，如图13.5所示。 该图中还显示蓝光(0.4～0.5 μm)水的透射性最好，对于清 洁水可达几十米。