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其它海洋参数的遥感反演海洋遥感.pptx
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1、2024/4/25 2024/4/25 周四周四海洋遥感海洋遥感海洋遥感海洋遥感The Oceanic Remote Sensing2024/4/25 2024/4/25 周四周四第八章第八章 其它海洋参数的遥感反演其它海洋参数的遥感反演u 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量u 海冰与冰山现象的遥感探测海冰与冰山现象的遥感探测u 海洋溢油污染的遥感监测海洋溢油污染的遥感监测2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量1.海洋盐度测量的重要性 海水盐度是监测和模拟海洋循环的一个重要变量,海水盐度是监测和模拟海洋循环的一个重要变量,也是气候变化的重要指示器
2、。也是气候变化的重要指示器。海水盐度对海水盐度对渔业养殖、水质资源渔业养殖、水质资源的调查发挥着重要的调查发挥着重要作用,是研究大洋环流、作用,是研究大洋环流、海洋动力学、降雨量及季节海洋动力学、降雨量及季节气候预测、水声学的重要参数。气候预测、水声学的重要参数。2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量2.海洋盐度的测量方法 现场船测现场船测 使用盐度测量仪器(物理法和化学法)使用盐度测量仪器(物理法和化学法)航空航空/卫星卫星测量测量 使用被动微波辐射计进行测量,具有大范围、快速、使用被动微波辐射计进行测量,具有大范围、快速、定量测量的特点。定
3、量测量的特点。但目前尚无专门的测量仪器(工作在但目前尚无专门的测量仪器(工作在L波波段,段,1.4GHz左右),左右),SMOS卫星等在计划中。卫星等在计划中。有关学者早在30多年前就开始进行盐度遥感的研究和实验,从海水介电常数的测定到微波辐射计的改进,从陆基的盐水池实验到航空飞行实验,甚至进行了卫星遥感的简单尝试。2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量3.海洋盐度的遥感测量原理 卫星测量海表盐度的原理是基于在微波频率上,卫星测量海表盐度的原理是基于在微波频率上,盐度对海表亮温的敏感度进行的。海水盐度的增加会盐度对海表亮温的敏感度进行的。海水盐
4、度的增加会使海水导电能力上升,从而使海水的介电常数增大,使海水导电能力上升,从而使海水的介电常数增大,最终使得海表发射率的亮温降低。最终使得海表发射率的亮温降低。(1 1)简单描述)简单描述2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量3.海洋盐度的遥感测量原理 a.无风浪的平静海面上,海水的亮度温度可以表无风浪的平静海面上,海水的亮度温度可以表示为:示为:(2 2)海水盐度遥感的理论模型)海水盐度遥感的理论模型为入射角;为极化方式;为海表真实温度;为海水盐度;2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量3.
5、海洋盐度的遥感测量原理 b.极化发射率与复介电常数关系如下:极化发射率与复介电常数关系如下:(2 2)海水盐度遥感的理论模型)海水盐度遥感的理论模型 由基尔霍夫定律和Fresnel定律得 可由德拜方程得出,2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量3.海洋盐度的遥感测量原理 c.亮温与极化发射率之间的关系:亮温与极化发射率之间的关系:(2 2)海水盐度遥感的理论模型)海水盐度遥感的理论模型 可使用Klein-Swift(K-S)模型或Ellison模式求解复介电常数,进而得到盐度参量。若其它参量已知,则可由亮温得到盐度:2024/4/25 2024
6、/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量3.海洋盐度的遥感测量原理(2 2)海水盐度遥感的理论模型)海水盐度遥感的理论模型当海表温度增加时,亮温对盐度的敏感度增大;盐浓度越低,亮温与海表温度之间的线性关系越强。2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析 由上式可知,在给定辐射计相关参数的条件下,亮温是海表由上式可知,在给定辐射计相关参数的条件下,亮温是海表温度和盐度的函数。温
7、度和盐度的函数。因此,在适用于盐度遥感的频率上,亮温随因此,在适用于盐度遥感的频率上,亮温随盐度的变化应该比其随温度的变化要显著得多。盐度的变化应该比其随温度的变化要显著得多。(1 1)盐度遥感使用的频率)盐度遥感使用的频率 研究表明:研究表明:频率在频率在1.4GHz的的L波段是测量海水表面盐度波段是测量海水表面盐度的最佳波段的最佳波段,该波段对海表温度和风速的敏感度较低。同时,该波段对海表温度和风速的敏感度较低。同时可以采用可以采用S波段和波段和C波段来修正海表盐度测量时海表温度和风波段来修正海表盐度测量时海表温度和风速的影响。速的影响。2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.
8、1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析(2 2)极化极化方式方式和入和入射角射角Ellison模型得到的入射角40度时,海表亮温对盐度的敏感度2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析 极化和入射角也影响亮温对盐度的敏感性。其极化和入射角也影响亮温对盐度的敏感性。其规律为规律为:垂直极化时均优于水平极化时垂直极化时均优于水平极化时;在垂直极化方式下,入射角越大越好在垂直极化方式下,入射角越大越好;在水平极化方式下,入射角越小越好。在水平极化方式下,入射角越小越好。(2 2)极化方式和
9、入射角)极化方式和入射角2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析Ellison模型得到的海表亮温对盐度的敏感度随入射角的变化2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析 在相对高温和高盐的条件下在相对高温和高盐的条件下,亮温对盐度更为敏感,亮温对盐度更为敏感,盐度的反演效果较好盐度的反演效果较好(见图见图)。较大的亮温误差造成较大的盐度反演误差;较大的亮温误差造成较大的盐度反演误差;同样的盐度反演精度下,低温时需要更高的亮温精度;同样的
10、盐度反演精度下,低温时需要更高的亮温精度;在同样的亮温精度条件下在同样的亮温精度条件下,盐度越盐度越高则反演精度越高,高则反演精度越高,但超过一定的盐度时,其影响不显著。但超过一定的盐度时,其影响不显著。(3 3)盐度反演精度与亮温的关系)盐度反演精度与亮温的关系2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析大气干空气和水蒸气的影响大气干空气和水蒸气的影响 1.4GHz频段上,最主要的贡献来自干空气,需要考虑大气透过率、上行辐射和下行辐射的影响。(4 4)其它影响海表微波辐射测量误差的因素)其它影响海表微波辐射测量误差
11、的因素云的影响云的影响 1.4GHz频段上,云的辐射和散射可利用瑞利散射模式解释。2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量4.海洋盐度遥感测量的影响因素分析表面粗糙度的影响表面粗糙度的影响 可利用雷达和辐射计的组合数据,降低其影响。(4 4)其它影响海表微波辐射测量误差的因素)其它影响海表微波辐射测量误差的因素电离层的影响电离层的影响 可利用基于微波被动偏振测定法的技术估计法拉第旋转。太阳系和宇宙辐射的影响太阳系和宇宙辐射的影响 最重要的是太阳辐射的影响。要精心设计天线,使进入天线侧部的来自太阳的辐射或反射最少。2024/4/25 2024/4/
12、25 周四周四8.1 卫星海洋盐度测量卫星海洋盐度测量5.海洋盐度遥感测量的发展目标 在利用微波辐射计亮温反演海面浓度时,需要其它在利用微波辐射计亮温反演海面浓度时,需要其它资料的辅助,特别是与辐射计测量的时间和空间接近的资料的辅助,特别是与辐射计测量的时间和空间接近的风速或有效波高、海洋表面温度的信息风速或有效波高、海洋表面温度的信息。海洋盐度遥感的三大主要科学目标为海洋盐度遥感的三大主要科学目标为:(:(1)提高季度)提高季度至年度的气象预报能力;(至年度的气象预报能力;(2)提高海洋降雨估计和全球水文)提高海洋降雨估计和全球水文预算能力;(预算能力;(3)监测大范围的海水盐浓度异常现象)
13、监测大范围的海水盐浓度异常现象。正在研制专门测量盐浓度的卫星,其精度将达正在研制专门测量盐浓度的卫星,其精度将达0.2-0.3psu。2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.2 海冰与冰山现象的遥感探测海冰与冰山现象的遥感探测(1)海冰探测的意义 海冰几乎占全球海洋表面的海冰几乎占全球海洋表面的1/9。海冰对海上交通运输、海洋资源开发和全球气候的变海冰对海上交通运输、海洋资源开发和全球气候的变化等都具有重要的影响;化等都具有重要的影响;海冰的消融会造成整个洋面的上升,因而造成某些沿海冰的消融会造成整个洋面的上升,因而造成某些沿海地区被淹没。海地区被淹没。1.概述2024/4/25
14、2024/4/25 周四周四8.2 海冰与冰山现象的遥感探测海冰与冰山现象的遥感探测(2)海冰的一般分类新成冰新成冰(new ice)【新冰新冰】初期冰初期冰(young ice)【幼年冰幼年冰】头年冰头年冰(first year ice)多年冰多年冰(old ice)1.概述 依据海冰产生与持续时间2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.2 海冰与冰山现象的遥感探测海冰与冰山现象的遥感探测(3)海冰探测的主要内容冰的密度探测冰的密度探测冰类分析冰类分析浮冰跟踪浮冰跟踪冰块探测冰块探测1.概述在海冰探测的基础上,可进行海冰与气候之间的关系分析。在海冰探测的基础上,可进行海冰与气候之
15、间的关系分析。2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.2 海冰与冰山现象的遥感探测海冰与冰山现象的遥感探测(4)海冰的观测方法海岸站测量海岸站测量表面船只测量表面船只测量(如(如钻孔钻孔)航空器测量和卫星遥感航空器测量和卫星遥感(光学和微波传感器)(光学和微波传感器)潜水艇测量潜水艇测量(声纳声纳)漂移冰站漂移冰站1.概述2024/4/25 2024/4/25 周四周四8.2 海冰与冰山现象的遥感探测海冰与冰山现象的遥感探测(1)光学传感器的观测方法 利用海冰与海水在可见光与近红外波段的反射利用海冰与海水在可见光与近红外波段的反射率差异和温度的差异对海冰及其密集度进行探测,率差异和
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