海洋遥感复习知识点培训资料.doc

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。

11. 归一化雷达散射截面：信号打在上面，考虑到雷达尺寸和距离的面积；，→维基百科的散射截面，归一化可以描述目标属性
雷达散射截面：散射能量与入射能量之比，
归一化雷达散射截面：除以面积后的雷达散射截面， 。

12. 布拉格散射条件：在弹性散射(elastic scattering)中: 入射光的能量没有损耗,但入射光的传播方向发生变化. 当入射光之波长(如X光)与物质晶格间距接近时,为所谓布拉格散射 .
共振条件：或者：，其中，是波数，是雷达波长，为海上波浪的波长，是入射角。

13. 双尺度模型、组合模型（等价）：组合是镜面和布拉格，双尺度是大尺度的海浪叠加小尺度滤波
短无线电波。即小的不规则的短波长叠加在较长、较大波浪上，双尺度模型既考虑了短波长毛细波的布拉格散射，又考虑了长重力波的影响；

14. 地球物理模式函数：
描述微波海面归一化散射系数（归一化雷达散射截面）与风向、风速、入射角之间关系的函数的叫做地球物理模式函数。
散射计、sar用它来进行风速、风向反演；
高度计进行风速反演。
高度计，反比
SAR（单次测量，须知风向）\散射计（多次测量），正比25min

15. 高度计有关概念：
大地水准面：接近地球表面的地球等势面
海平面高度：大地水准面和海洋动力高度之和。湾流、黑潮的地方比较大。
海面地形（动力高度）：平均海面与大地水准面之差
海平面：高潮时的海平面和低潮时海平面之间的中值
海平面异常：海平面与平均海平面之差
参考椭球：和地球表面最接近的椭球

16. 空间分辨率：空间分辨率是指像素所代表的的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。
Hλ/D

17. 基尔霍夫定律：热平衡时，发射和吸收的相等

18. 海色卫星：生态、检测、动力

19. 卫星平台分类：

1. 简述海洋遥感极其主要研究内容
利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理，从卫星或其他空间平台上观测和研究海洋。
红外、微波、可见光
研究海洋温度、水色、动力地形、风场、盐度、海洋现象的技术

2. 发展阶段
78~85之前是探索阶段，航天技术，seasat，雨云号，泰勒斯
85（geosat）-90 实验阶段 实验设备，传感器上天
90之后 各种卫星成系列业务化运行，强调连续性、大量传感器

3. 主动传感器：
高度ALT：Joson/Posedion，Topex，Geosat，HY-2/ALT
散射SCAT： Quikscat, ERS/AMI(即可做scat又可做SAR)， HY-2/SCAT，ADEOS/Seawinds，　,NSCAT, Sea/SASS
合成孔径雷达（SAR）: ERS/AMI, Radarsat-1,2, HJ, JERS/SAR, CSAR(L波段)， GF-3/SAR

被动传感器
辐射计：
1） 红外：NOAA/AVHRR, ERS/ATSR, Terra Aqua/MODIS, Aqua，COCTS
3.7μ，10μ，12μ

2）可见（海色）：OCTS, SeaFS, CZCS, MERIS, MODIS, COCTS, VPP/VIIR
412，490，520，550，670，685

3）微波: AMSR，SMMI，SMMR，SMOS
5~10Hz SST
1.4Hz 盐
大于10 Hz风 SSW
22Hz 水汽

微波辐射计：SSM,SMMR
温度：AVHRR MODIS
海色：merris，CZCS、MODIS

Hy1:红外，cocts
散射计、高度计、合成孔径雷达主动
高度计被动

风速、海面高度、温度、盐度、降雨

4. 与传统观测相比，简述卫星海洋遥感数据的主要特点。
作业有，大面积、大范围、长时间，经济，不能到达的地方（河口极地争议区），多传感器同时研究
微波的话全天候，不受天气影响
常规是接触性测量，有些地方无法到达，遥感是间接测量需要印证，数据都是反演出来的

5. 在可见光和近红外波段，大气最主要的散射作用是什么？
最主要作用是散射
可见光，散射，改变能量传播方向，包括瑞利、气溶胶
红外（短波），水汽吸收和大气辐射
微波：不考虑散射，水滴，电离层
分波段说

6. 简述海洋遥感在海洋科学研究中的作用。
1）它是物理学、信息科学与海洋科学交叉学科，理论涉及电磁波与海洋大气的相互作用以及海洋/大气辐射传递；
2）为海洋科学研究、海洋环境、气候变化预测与预报提供数据集； Ø
3）卫星海洋遥感的多传感器资料可促进海洋科学交叉学科发展；
4）可以发现新的海洋现象，大尺度观测；如中尺度涡现象等

7. 按波长从大到小排列P,X,C,Ku,L，可见光，红外，并举例说明各个波段主要用在哪些卫星传感器
P>L>S>C>X>Ku
L:盐sar一定穿透深度（军方）海洋不好用，不好散射、风很大才散射，主 要微波辐射及测盐度。
Ku:散射计，低风速就能散射，敏感。
S、P、X、C、L：合成孔径雷达；
Ku、C、X：散射计上，散射计主要是C；
L：盐度，辐射计；
可见光：海色传感器；
红外：测温的传感器；

8. 微波为什么有极强的穿透云层的作用
因为微波的高频的部分有散射，其他部分不考虑云
因为对微波来说，微波1mm-1m波长比粒子直径大得多，则又属于瑞利散射的类型，散射强度与波长四次方成反比，波长越长散射强度越小，所以微波才有可能有最小散射，最大透射，而被称为具有穿云透雾的能力。衍射

9. 简述影响海面发射率的主要因素，并分析说明海洋遥感反演的哪些海洋环境参数与海面发射率有关
观测条件：频率、波长，极化，入射角、盐度、风、温度、海面粗糙度都有关系
盐度（小于1.4Hz L波段）、风、温度和发射率有关‘
1.4GHZ：和SSS有关；
6~10GHz：和SST有关；
1>10GHZ：和SSW有关；
22GHz：测水汽。是水汽吸收的通道。

10. 简述影响海色遥感反演的主要问题
1）解决大气矫正问题，分子、气溶胶散射，尤其是气溶胶的影响怎么消除，其影响是不固定的很多是人为影响，大气的辐射量占卫星接收到的辐射量的90到95，由卫星测量的幅亮度，计算到海面的
2）生物光学算法：一二类水体的问题，对二类水体组分是变化的，甚至溢出的

11. 简述卫星高度计测量海浪有效波高和风速的原理

前沿的斜率是海面波高标准差的函数（此函数可以通过拟合得到）。有效波高是指再一次给定的观测中所测得的占波浪总个数三分之一的大波波高的平均值。有效波高是海面波高标准差的4倍，即波高均方根的4倍。

测风速：由于卫星高度计是天底视主动式传感器，海面平静时回波信号最强。海面在风的作用下能够产生厘米尺度的波浪，从而引起海面粗糙度（海面均方斜率）的变化。海面起伏随风增大时，把信号反射回传感器的镜面面积越来越少，回波也就越来越弱。雷达散射计对于大于或等于其工作波长（2cm）的海面粗糙度变化有敏感反应。
风越大，越矮，风和σ成反比

12. 写出海面散射的布拉格散射条件并解释各个参数的物理含义。 简述散射计测量海面风场的物理机制以及产生风向多解的原因和解决办法
共振条件：或者：，其中，是波数，是雷达波长，为海上波浪的波长，是入射角。
物理机制：布拉格共振。
原因：因为风向和归一化雷达后向散射系数的关系是余弦，不是单值函数，一个后向散射系数最多可以对应四个风向解。
解决办法：一般测4次，比如：41（2）、49（2），如果还消不掉，通过场的方法：求散度、旋度；（粗）预报风场：雷达的风向、散射计的风向，取和预报风向最接近的那个；中值滤波。

13. 简述合成孔径雷达对海浪成像的主要机制。
倾斜机制：海浪波浪通常比较长，小尺度重力波在大尺度浪叠加，长波改变小尺度重力波入射角，雷达波和小尺度重力波相互作用
流体动力学：小尺度波均匀分布在平面上，大浪的流体速度和小尺度作用，使得小尺度波分布不均匀，这个过程叫做流体动力学机制

14. 简述合成孔径雷达的主要海洋应用并简要说明其物理机制
可用于观测波浪、涡流、风暴潮、内波扰动的海面、海面风及海冰。
现象产生幅聚、幅散，使得短尺度重力波分布改变，短尺度重力波和电磁波布拉格共振。

15. 下图是有关大气衰减、黑体辐射随波长的关系，据此分析海色、海温和微波遥感的波段选择依据

可见光白天3.7会受太阳 影响厉害
10.11.12测温用这个区，
微波一般用厘米以上，波长越长，大气就没影响

16. 结合上图简要分析微波辐射计测量海面盐度的波段选择。
测盐度频率越小越好，用L波段，大于5的就不能用了因为变化不受盐度影响

17. 简述多通道微波辐射计测量海面风速的原理。
风速改变海面粗糙度，粗糙度影响比辐射率，通过测量微波辐射率可以测量风速，没有公式
18. 合成空径雷达的空间分辨率

说明各参数物理意义并据此简要说明大气校正方法。

大气矫正方法：找670波长，和低、高叶绿素浓度，仪器改变角度，忽略项，在风比较小时，只剩下三项
通过不同波长，再找一个波长假定离水辐亮度为0，瑞利产生的可以计算，气溶胶麻烦

19. 海面皮温、海面亮温、海表温度以及三者之间的关系。
皮温：skinT，海洋学上叫体温；sst毫米、微米量级； 皮温一般比实际海表温度低，但有风时两者几乎一样。
亮温：比辐射率小于一，不是真实海体温度，等价黑体温度。
海表温度：是毫米、微米量级；没有海浪海面下1m
当海表层混合比较厉害时三者比较一致

20. 简述SAR内波观测的物理机制；

21. 简述遥感测量海面盐度的物理机制以及影响盐度观测的主要因素
比辐射率和盐度有关，盐度变化会影响微波辐射发射，通过亮温计算
因为比辐射率同时还受风速、温度影响，所以要精确知道温度、风，L波段是测量盐度的最佳波段，该波段对SST，SSW敏感度低。

U1
1. 传感器、平台、电磁波穿过大气还海面相互作用
海洋遥感：相互作用对海面现象测量研究
2. 发展历史，航天技术——实验阶段——业务化

U2
1. 极轨: 太阳同步（大部分），非太阳同步（jonon，TRMM，T/P）
2. 静地（风云偶数）
3. 遥感数据产品：1级反演后，2级需要计算，0级原始数据
4. 遥感参数：
1） 幅宽度：
2） 极化：电磁波振动方向
3） 光谱分辨率
4） 空间分辨率：
5） 辐射分辨率：最小到最大能量分多少份
6） 时间分辨率
5. 电磁辐射
1） 可见光、红外、微波
由大气窗口决定，对电磁波衰减少/通过最大的频率范围
2） 黑体辐射：辐射只依赖于波长和温度，比辐射率为1
3） 基尔霍夫定律：在考虑到局部热平衡状态下，物体的吸收能量和辐射能量之比等于常数
4） 朗伯面：粗糙表面，辐亮度不依赖于入射角
5） 亮温：等效的黑体辐射温度，来通过黑体辐射定律计算出来的温度
6） 比辐射率：表示物体辐射的能力，是物体辐射和黑体辐射之比，越大越高
热平衡下，发射率等于吸收率
影响因素：电磁波入射角、波长、偏振，海面温度，海面盐度
7） 大气对电磁波影响：从分子角度，瑞利，米
6. 散射吸收
1） 光学厚度
2） 大气透射率：0~1，大气衰减情况，衰减系数和路径积分
3） 体积散射函数：单位
4） 气溶胶：海洋、陆地
5） 大气传输方程：描述辐亮度在大气、海洋

7. 微波与海面相互作用
1） 布拉格散射：入射角大于20°

2） 镜面散射：电磁波垂直入射，入射角＜10°，对高度计
3） SAR对海浪的成像机制：
倾斜调制，电磁波在小尺度海浪叠加，使得大浪对小狼进行调制
流体力学调制：小尺度重力波本来均匀分布，大浪传来引起波致流，作用并使其分布不再均匀
速度调制
多普勒，卫星飞海浪运动，速度和加速度引起了速度拘束，引起多普勒频移
4） 归一化散射截面：单位面积散射截面
散射截面：通过雷达方程得到，和反射能量有关，描述散射目标特性，wiki
5） 双尺度模型

3. 海表温度遥感和辐射计
1） 海表温度：利用黑体辐射测得，又叫皮温，微米毫米级，海洋学中是水下1米
亮温低于实际温度
2） 红外用2个通道，3.7,10~12两个窗口
海面辐射强，大气有窗口
3） Modis avhr
4） 应用：测温度，热污染检测
5） 难点：大气校正，尤其水汽；云检测，薄云薄雾和海水低温很容易混合，可以用历年的/长时间消除
6） 亮温和频率的微分，在6.9gHz最大，所以在此频率用微波辐射计测，6~10之间
7） 微波辐射计和天线有关系，增益可以差好几个数量级，波长，分辨率（红外高，微博低），精度（红外0.5~1k之间，微波1K），原理（黑体辐射的不同部分）
4. 海色遥感
1） 一类水体：海洋离水辐亮度主要由叶绿素及其衍生物决定，大洋
二类水体：叶绿素以及除叶绿素之外的悬浮物、黄色物质，沿岸水体
2） 赤潮：大量繁殖
3） 黄色物质：可溶有机物，陆地、海洋
4） 离水辐亮度
5） 遥感反射比：向上辐亮度和向下辐照度之比
6） 大气矫正算法及其存在问题：即由卫星接收的辐亮度计算出海面之上的离水辐亮度，大气气溶胶、污染如何消除，海水中的泥沙浓度太大找不出一个通道使离水辐亮度等于0
7） 生物光学算法：二类水体问题，因为泥沙、可溶有机物都变，光谱混在一起
8） 二类水体难点：组分多，大气中气溶胶变化也大
9） Sedseais，meris，modis，vriis，cocts，octs

5. 海面风场
1） 布拉格散射条件及参数意义
2） 双尺度模型、组合模型
3） 地球物理模式函数：sigma0和风速风向入射角（散射计）
sigma0和风速风向入射角（高度散射计）
4） Sass，ami，quicscat，HY-2/scat，oceansat
5） 和地球物理模式函数有关，因为它不是单值的，需要多次观测才能确定，观测中还有误差和噪声造成多借。中值滤波法，预报
6） 高度计原理：sigma0和高度反比，风越大，海面越粗糙，接收到的sigma0能量越小
散射模型：镜面散射模型
7） 微波辐射计测风：比辐射率，粗糙度改变比辐射率大小，影响亮温，
8） SAR测风原理：观测一次，和散射计类似，风向要通过其他方式获得，预报等，都是地球物理模式函数，近岸的
散射计缺点是分辨率低，25km，不能得出风向

6. 高度计
1） 因素：大气对流层、电离层、海面电磁矫正，地球固体、海面潮汐
原理：脉冲达到海面返回的时间，不是真正光速
能量一半的位置x光速/2=瞬时海面到卫星的距离
2） 测海浪原理：回拨信号上升沿的斜率和海浪有效波高成反比
有效波高：100个波中前三分之一的平均值
3） 概念
海面高度：瞬时海平面和参考椭球之间的高度
海面地形（动力高度）：瞬时海平面和大地水准面
大地水准面：最接近地球表面的等势面
海面高度异常SSHA：
海平面：最高和最低之间平均的假想平面
起伏：大地水准面和椭球之间差
4） geosat，alt，tp，joson，hy-2
7. 合成孔径雷达
1） 原理：
2） 方位分辨率：和天线尺寸有关和卫星高度无关，卫星飞行方向分辨率，是合成孔径，不断发射脉冲，连续记录振幅相位，方位分辨率等于实际天线长度的一半
距离分辨率：使用短脉冲测距的方式 距离调频
3） seasat，高分，海洋3号
4） 应用; 测海冰，海浪，测内波，涡旋，污染，舰船
8. 盐度
1） 辐亮度与频率的微分对淡水和海水，频率越低越敏感，差别越大
2） 难点：要把风消除，温度、盐度、浪
3） Smos，aquaris
9. 海洋现象
海冰、内波，涡旋，锋面，渔业资源调查0