海洋遙感復(fù)習(xí)知識點

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名詞解釋、填空

1. 海面亮溫：低于實際物體的溫度

指物體的輻射功率等于某一黑體的輻射功率時，該黑體的絕對溫度即為亮度溫度。

2. 發(fā)射率：觀測物體的輻射能量與同觀測物體具有相同熱力學(xué)溫度的黑體的輻射能量之比

根據(jù)發(fā)射率，=1黑體，0~1灰體

3. 大氣氣溶膠：懸浮在空氣中的來自地球表面的小的液體或固體顆粒。

4. 瑞利散射：當(dāng)微粒的直徑比輻射波長小得多時，此時的散射稱為瑞利散射。

5. 大氣層結(jié)構(gòu)簡答，

6. 一類水體：浮游植物及其共變的碎屑主導(dǎo)海水光譜特性；

7. 遙感反射比（可見光、海色遙感）：公式、向上輻亮度和向下輻照度之比，Rw和Ed之

氣溶膠類型：海洋型、陸地型、火山爆發(fā)

自然（陸地海洋火山）；人為（汽車尾氣、污染物）

散射率與波長的四次方成反比，因此，瑞利散射的強度隨著波長變短而迅速增大。對可

見光的影響較大。

米散射：當(dāng)微粒的直徑與輻射波長差不多時的大氣散射。氣溶膠引起的，對波長依賴性

很小

無選擇散射：云，所有光都被散射回來

根據(jù)溫度分布，垂向劃分： 對流層、平流層、中間層、熱 成層、外大氣層

1) 對流層：有各種天氣現(xiàn)象，強烈對流/溫濕分布不均勻/航空活動區(qū)，對遙感最

重要

2) 平流層/同溫層： 天氣現(xiàn)象少/空氣穩(wěn)定/水汽、沙塵少，溫度隨高度增加而增

加

3) 中間層： 溫度隨高度增加而減少，對遙感的輻射傳遞幾乎沒影響

4) 熱成層：溫度隨高度增加而增加，高度電離狀態(tài)，短波電磁波被電離層折返回

地面

二類水體：除浮游植物外的其他物質(zhì)在海水光譜特性中起主導(dǎo)作用海洋初級生產(chǎn)力：把

無機碳變成有機碳的單位時間的速率，和葉綠素濃度、光照、光照時間、光穿透距離有

關(guān)

比

歸一化離水輻亮度：假設(shè)太陽在正上，把大氣分子散射衰減消除的離水輻亮度

8. 黃色物質(zhì)：有色可溶有機物，陸源（植被，棕黃酸），海洋（動物死亡分解）

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9. 生物光學(xué)算法：通過離水輻亮度去推導(dǎo)海水中的各主分濃度的算法。由海水上面的離水

輻亮度推導(dǎo)葉綠素濃度、泥沙濃度、k490衰減系數(shù)、透明度等。

10. 大氣校正：由傳感器接收到的輻亮度計算出離水輻亮度的過程

Lt是衛(wèi)星接收的總輻射；第一項是離水輻亮度，接下來三項是大氣路徑輻射，分別是氣

溶膠的，分子的，兩者都有的，Lwc是白冒，Lsr是太陽耀斑。

11. 歸一化雷達(dá)散射截面：信號打在上面，考慮到雷達(dá)尺寸和距離的面積；，→維基百科的

散射截面，歸一化可以描述目標(biāo)屬性

雷達(dá)散射截面：散射能量與入射能量之比，

歸一化雷達(dá)散射截面：除以面積后的雷達(dá)散射截面，

。

12. 布拉格散射條件：在彈性散射(elastic scattering)中: 入射光的能量沒有損耗,但入射光的

傳播方向發(fā)生變化. 當(dāng)入射光之波長(如X光)與物質(zhì)晶格間距接近時,為所謂布拉格散

射 .

共振條件：或者：，其中，是波數(shù)，是雷

k?2k?sin?2??sin

waterradarwaterradar

?

???

k

達(dá)波長，為海上波浪的波長，是入射角。

?

?

13. 雙尺度模型、組合模型（等價）：組合是鏡面和布拉格，雙尺度是大尺度的海浪疊加小

尺度濾波

短無線電波。即小的不規(guī)則的短波長疊加在較長、較大波浪上，雙尺度模型既考慮了短

波長毛細(xì)波的布拉格散射，又考慮了長重力波的影響；

14. 地球物理模式函數(shù)：

描述微波海面歸一化散射系數(shù)（歸一化雷達(dá)散射截面）與風(fēng)向、風(fēng)速、入射角之間

關(guān)系的函數(shù)的叫做地球物理模式函數(shù)。

散射計、sar用它來進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向反演；

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高度計進(jìn)行風(fēng)速反演。

?

~w

高度計，反比

??

0

~w

SAR（單次測量，須知風(fēng)向）散射計（多次測量），正比25min

15. 高度計有關(guān)概念：

大地水準(zhǔn)面：

接近地球表面的地球等勢面

海平面高度：大地水準(zhǔn)面和海洋動力高度之和。灣流、黑潮的地方比較大。

海面地形（動力高度）：平均海面與大地水準(zhǔn)面之差

海平面：高潮時的海平面和低潮時海平面之間的中值

海平面異常：海平面與平均海平面之差

參考橢球：和地球表面最接近的橢球

16. 空間分辨率：空間分辨率是指像素所代表的的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，

或地面物體能分辨的最小單元。

Hλ/D

17. 基爾霍夫定律：熱平衡時，發(fā)射和吸收的相等

18. 海色衛(wèi)星：生態(tài)、檢測、動力

19. 衛(wèi)星平臺分類：

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1. 簡述海洋遙感極其主要研究內(nèi)容

利用電磁波與大氣和海洋的相互作用原理，從衛(wèi)星或其他空間平臺上觀測和研究海洋。

紅外、微波、可見光

研究海洋溫度、水色、動力地形、風(fēng)場、鹽度、海洋現(xiàn)象的技術(shù)

2. 發(fā)展階段

78~85之前是探索階段，航天技術(shù)，asat，雨云號，泰勒斯

85（geosat）-90 實驗階段 實驗設(shè)備，傳感器上天

90之后 各種衛(wèi)星成系列業(yè)務(wù)化運行，強調(diào)連續(xù)性、大量傳感器

3. 主動傳感器：

高度ALT：Joson/Podion，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

合成孔徑雷達(dá)（SAR）: ERS/AMI, Radarsat-1,2, HJ, JERS/SAR, CSAR(L波段)， GF-3/SAR

被動傳感器

輻射計：

1） 紅外：NOAA/AVHRR, ERS/ATSR, Terra Aqua/MODIS, Aqua，COCTS

3.7μ，10μ，12μ

2）可見（海色）：OCTS,SeaFS, CZCS, MERIS, MODIS, COCTS, VPP/VIIR

412，490，520，550，670，685

3）微波:AMSR，SMMI，SMMR，SMOS

5~10HzSST

1.4Hz鹽

大于10Hz風(fēng) SSW

22Hz水汽

微波輻射計：SSM,SMMR

溫度：AVHRR MODIS

海色：merris，CZCS、MODIS

Hy1:紅外，cocts

散射計、高度計、合成孔徑雷達(dá)主動

高度計被動

風(fēng)速、海面高度、溫度、鹽度、降雨

4. 與傳統(tǒng)觀測相比，簡述衛(wèi)星海洋遙感數(shù)據(jù)的主要特點。

作業(yè)有，大面積、大范圍、長時間，經(jīng)濟(jì)，不能到達(dá)的地方（河口極地爭議區(qū)），多傳

感器同時研究

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微波的話全天候，不受天氣影響

常規(guī)是接觸性測量，有些地方無法到達(dá)，遙感是間接測量需要印證，數(shù)據(jù)都是反演出來

的

5. 在可見光和近紅外波段，大氣最主要的散射作用是什么？最主要作用是散射

可見光，散射，改變能量傳播方向，包括瑞利、氣溶膠

紅外（短波），水汽吸收和大氣輻射

微波：不考慮散射，水滴，電離層

分波段說

6. 簡述海洋遙感在海洋科學(xué)研究中的作用。

1）它是物理學(xué)、信息科學(xué)與海洋科學(xué)交叉學(xué)科，理論涉及電磁波與海洋大氣的相互作用以

及海洋/大氣輻射傳遞；

2）為海洋科學(xué)研究、海洋環(huán)境、氣候變化預(yù)測與預(yù)報提供數(shù)據(jù)集；

3）衛(wèi)星海洋遙感的多傳感器資料可促進(jìn)海洋科學(xué)交叉學(xué)科發(fā)展；

4）可以發(fā)現(xiàn)新的海洋現(xiàn)象，大尺度觀測；如中尺度渦現(xiàn)象等

7. 按波長從大到小排列P,X,C,Ku,L，可見光，紅外，并舉例說明各個波段主要用在哪些衛(wèi)

星傳感器

P>L>S>C>X>Ku

L:鹽sar一定穿透深度（軍方）海洋不好用，不好散射、風(fēng)很大才散射，主 要

微波輻射及測鹽度。

Ku:散射計，低風(fēng)速就能散射，敏感。

S、P、X、C、L：合成孔徑雷達(dá)；

Ku、C、X：散射計上，散射計主要是C；

L：鹽度，輻射計；

可見光：海色傳感器；

紅外：測溫的傳感器；

8. 微波為什么有極強的穿透云層的作用

因為微波的高頻的部分有散射，其他部分不考慮云

因為對微波來說，微波1mm-1m波長比粒子直徑大得多，則又屬于瑞利散射的類型，散射

強度與波長四次方成反比，波長越長散射強度越小，所以微波才有可能有最小散射，最大透

射，而被稱為具有穿云透霧的能力。衍射

9. 簡述影響海面發(fā)射率的主要因素，并分析說明海洋遙感反演的哪些海洋環(huán)境參數(shù)與海面

發(fā)射率有關(guān)

觀測條件：頻率、波長，極化，入射角、鹽度、風(fēng)、溫度、海面粗糙度都有關(guān)系

鹽度（小于1.4HzL波段）、風(fēng)、溫度和發(fā)射率有關(guān)‘

1.4GHZ：和SSS有關(guān)；

6~10GHz：和SST有關(guān)；

1>10GHZ：和SSW有關(guān)；

22GHz：測水汽。是水汽吸收的通道。

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10. 簡述影響海色遙感反演的主要問題

1）解決大氣矯正問題，分子、氣溶膠散射，尤其是氣溶膠的影響怎么消除，其影響是

不固定的很多是人為影響，大氣的輻射量占衛(wèi)星接收到的輻射量的90到95，由衛(wèi)星測

量的幅亮度，計算到海面的

2）生物光學(xué)算法：一二類水體的問題，對二類水體組分是變化的，甚至溢出的

11. 簡述衛(wèi)星高度計測量海浪有效波高和風(fēng)速的原理

前沿的斜率是海面波高標(biāo)準(zhǔn)差的函數(shù)（此函數(shù)可以通過擬合得到）。有效波高是指再一

次給定的觀測中所測得的占波浪總個數(shù)三分之一的大波波高的平均值。有效波高是海面波高

標(biāo)準(zhǔn)差的4倍，即波高均方根的4倍。

H?4h

1k

測風(fēng)速：由于衛(wèi)星高度計是天底視主動式傳感器，海面平靜時回波信號最強。海面在風(fēng)

的作用下能夠產(chǎn)生厘米尺度的波浪，從而引起海面粗糙度（海面均方斜率）的變化。海面起

伏隨風(fēng)增大時，把信號反射回傳感器的鏡面面積越來越少，回波也就越來越弱。雷達(dá)散射計

對于大于或等于其工作波長（2cm）的海面粗糙度變化有敏感反應(yīng)。

風(fēng)越大，越矮，風(fēng)和σ成反比

12. 寫出海面散射的布拉格散射條件并解釋各個參數(shù)的物理含義。 簡述散射計測量海面風(fēng)

場的物理機制以及產(chǎn)生風(fēng)向多解的原因和解決辦法

共振條件：或者：，其中，是波數(shù)，是雷

3

k?2k?sin?2??sin

waterradarradarradar

?

???

k

達(dá)波長，為海上波浪的波長，是入射角。

?

?

物理機制：布拉格共振。

原因：因為風(fēng)向和歸一化雷達(dá)后向散射系數(shù)的關(guān)系是余弦，不是單值函數(shù)，一個后向散

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射系數(shù)最多可以對應(yīng)四個風(fēng)向解。

解決辦法：一般測4次，比如：41（2）、49（2），如果還消不掉，通過場的方法：求

散度、旋度；（粗）預(yù)報風(fēng)場：雷達(dá)的風(fēng)向、散射計的風(fēng)向，取和預(yù)報風(fēng)向最接近的那個；

中值濾波。

13. 簡述合成孔徑雷達(dá)對海浪成像的主要機制。

傾斜機制：海浪波浪通常比較長，小尺度重力波在大尺度浪疊加，長波改變小尺度重力

波入射角，雷達(dá)波和小尺度重力波相互作用

流體動力學(xué)：小尺度波均勻分布在平面上，大浪的流體速度和小尺度作用，使得小尺度

波分布不均勻，這個過程叫做流體動力學(xué)機制

14. 簡述合成孔徑雷達(dá)的主要海洋應(yīng)用并簡要說明其物理機制

可用于觀測波浪、渦流、風(fēng)暴潮、內(nèi)波擾動的海面、海面風(fēng)及海冰。

現(xiàn)象產(chǎn)生幅聚、幅散，使得短尺度重力波分布改變，短尺度重力波和電磁波布拉格共振。

15. 下圖是有關(guān)大氣衰減、黑體輻射隨波長的關(guān)系，據(jù)此分析海色、海溫和微波遙感的波段

選擇依據(jù)

可見光白天3.7會受太陽 影響厲害

10.11.12測溫用這個區(qū)，

微波一般用厘米以上，波長越長，大氣就沒影響

16. 結(jié)合上圖簡要分析微波輻射計測量海面鹽度的波段選擇。測鹽度頻率越小越好，用L波

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段，大于5的就不能用了因為變化不受鹽度影響

17. 簡述多通道微波輻射計測量海面風(fēng)速的原理。

風(fēng)速改變海面粗糙度，粗糙度影響比輻射率，通過測量微波輻射率可以測量風(fēng)速，沒有

公式

18. 合成空徑雷達(dá)的空間分辨率

說明各參數(shù)物理意義并據(jù)此簡要說明大氣校正方法。

大氣矯正方法：找670波長，和低、高葉綠素濃度，儀器改變角度，忽略項，在風(fēng)比較

小時，只剩下三項

通過不同波長，再找一個波長假定離水輻亮度為0，瑞利產(chǎn)生的可以計算，氣溶膠麻煩

19. 海面皮溫、海面亮溫、海表溫度以及三者之間的關(guān)系。

皮溫：skinT，海洋學(xué)上叫體溫；sst毫米、微米量級；皮溫一般比實際海表溫度低，但

有風(fēng)時兩者幾乎一樣。

亮溫：比輻射率小于一，不是真實海體溫度，等價黑體溫度。

海表溫度：是毫米、微米量級；沒有海浪海面下1m

當(dāng)海表層混合比較厲害時三者比較一致

20. 簡述SAR內(nèi)波觀測的物理機制；

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21. 簡述遙感測量海面鹽度的物理機制以及影響鹽度觀測的主要因素

比輻射率和鹽度有關(guān)，鹽度變化會影響微波輻射發(fā)射，通過亮溫計算

因為比輻射率同時還受風(fēng)速、溫度影響，所以要精確知道溫度、風(fēng)，L波段是測量鹽度

的最佳波段，該波段對SST，SSW敏感度低。

U1

1. 傳感器、平臺、電磁波穿過大氣還海面相互作用

海洋遙感：相互作用對海面現(xiàn)象測量研究

2. 發(fā)展歷史，航天技術(shù)——實驗階段——業(yè)務(wù)化

U2

1. 極軌:太陽同步（大部分），非太陽同步（jonon，TRMM，T/P）

2. 靜地（風(fēng)云偶數(shù)）

3. 遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品：1級反演后，2級需要計算，0級原始數(shù)據(jù)

4. 遙感參數(shù)：

1） 幅寬度：

2） 極化：電磁波振動方向

3） 光譜分辨率

4） 空間分辨率：

5） 輻射分辨率：最小到最大能量分多少份

6） 時間分辨率

5. 電磁輻射

1） 可見光、紅外、微波

由大氣窗口決定，對電磁波衰減少/通過最大的頻率范圍

2） 黑體輻射：輻射只依賴于波長和溫度，比輻射率為1

3） 基爾霍夫定律：在考慮到局部熱平衡狀態(tài)下，物體的吸收能量和輻射能量之

比等于常數(shù)

4） 朗伯面：粗糙表面，輻亮度不依賴于入射角

5） 亮溫：等效的黑體輻射溫度，來通過黑體輻射定律計算出來的溫度

6） 比輻射率：表示物體輻射的能力，是物體輻射和黑體輻射之比，越大越高

熱平衡下，發(fā)射率等于吸收率

影響因素：電磁波入射角、波長、偏振，海面溫度，海面鹽度

7） 大氣對電磁波影響：從分子角度，瑞利，米

6. 散射吸收

1） 光學(xué)厚度

2） 大氣透射率：0~1，大氣衰減情況，衰減系數(shù)和路徑積分

3） 體積散射函數(shù)：單位

4） 氣溶膠：海洋、陸地

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5） 大氣傳輸方程：描述輻亮度在大氣、海洋

7. 微波與海面相互作用

1） 布拉格散射：入射角大于20°

2） 鏡面散射：電磁波垂直入射，入射角＜10°，對高度計

3） SAR對海浪的成像機制：

傾斜調(diào)制，電磁波在小尺度海浪疊加，使得大浪對小狼進(jìn)行調(diào)制

流體力學(xué)調(diào)制：小尺度重力波本來均勻分布，大浪傳來引起波致流，作用

并使其分布不再均勻

速度調(diào)制

多普勒，衛(wèi)星飛海浪運動，速度和加速度引起了速度拘束，引起多普勒頻

移

4） 歸一化散射截面：單位面積散射截面

散射截面：通過雷達(dá)方程得到，和反射能量有關(guān)，描述散射目標(biāo)特性，wiki

5） 雙尺度模型

3. 海表溫度遙感和輻射計

1） 海表溫度：利用黑體輻射測得，又叫皮溫，微米毫米級，海洋學(xué)中是水下1米

亮溫低于實際溫度

2） 紅外用2個通道，3.7,10~12兩個窗口

海面輻射強，大氣有窗口

3） Modisavhr

4） 應(yīng)用：測溫度，熱污染檢測

5） 難點：大氣校正，尤其水汽；云檢測，薄云薄霧和海水低溫很容易混合，可以

用歷年的/長時間消除

6） 亮溫和頻率的微分，在6.9gHz最大，所以在此頻率用微波輻射計測，6~10之

間

7） 微波輻射計和天線有關(guān)系，增益可以差好幾個數(shù)量級，波長，分辨率（紅外高，

微博低），精度（紅外0.5~1k之間，微波1K），原理（黑體輻射的不同部分）

4. 海色遙感

1） 一類水體：海洋離水輻亮度主要由葉綠素及其衍生物決定，大洋

二類水體：葉綠素以及除葉綠素之外的懸浮物、黃色物質(zhì)，沿岸水體

2） 赤潮：大量繁殖

3） 黃色物質(zhì)：可溶有機物，陸地、海洋

4） 離水輻亮度

5） 遙感反射比：向上輻亮度和向下輻照度之比

6） 大氣矯正算法及其存在問題：即由衛(wèi)星接收的輻亮度計算出海面之上的離水輻

亮度，大氣氣溶膠、污染如何消除，海水中的泥沙濃度太大找不出一個通道使

離水輻亮度等于0

7） 生物光學(xué)算法：二類水體問題，因為泥沙、可溶有機物都變，光譜混在一起

8） 二類水體難點：組分多，大氣中氣溶膠變化也大

9） Sedais，meris，modis，vriis，cocts，octs

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5. 海面風(fēng)場

1） 布拉格散射條件及參數(shù)意義

2） 雙尺度模型、組合模型

3） 地球物理模式函數(shù)：sigma0和風(fēng)速風(fēng)向入射角（散射計）

sigma0和風(fēng)速風(fēng)向入射角（高度散射計）

4） Sass，ami，quicscat，HY-2/scat，oceansat

5） 和地球物理模式函數(shù)有關(guān)，因為它不是單值的，需要多次觀測才能確定，觀測

中還有誤差和噪聲造成多借。中值濾波法，預(yù)報

6） 高度計原理：sigma0和高度反比，風(fēng)越大，海面越粗糙，接收到的sigma0能量

越小

散射模型：鏡面散射模型

7） 微波輻射計測風(fēng)：比輻射率，粗糙度改變比輻射率大小，影響亮溫，

8） SAR測風(fēng)原理：觀測一次，和散射計類似，風(fēng)向要通過其他方式獲得，預(yù)報等，

都是地球物理模式函數(shù)，近岸的

散射計缺點是分辨率低，25km，不能得出風(fēng)向

6. 高度計

1） 因素：大氣對流層、電離層、海面電磁矯正，地球固體、海面潮汐

原理：脈沖達(dá)到海面返回的時間，不是真正光速

能量一半的位置x光速/2=瞬時海面到衛(wèi)星的距離

2） 測海浪原理：回?fù)苄盘柹仙氐男甭屎秃＠擞行Рǜ叱煞幢?/span>

有效波高：100個波中前三分之一的平均值

3） 概念

海面高度：瞬時海平面和參考橢球之間的高度

海面地形（動力高度）：瞬時海平面和大地水準(zhǔn)面

大地水準(zhǔn)面：最接近地球表面的等勢面

海面高度異常SSHA：

海平面：最高和最低之間平均的假想平面

起伏：大地水準(zhǔn)面和橢球之間差

4） geosat，alt，tp，joson，hy-2

7. 合成孔徑雷達(dá)

1） 原理：

2） 方位分辨率：和天線尺寸有關(guān)和衛(wèi)星高度無關(guān)，衛(wèi)星飛行方向分辨率，是合成

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孔徑，不斷發(fā)射脈沖，連續(xù)記錄振幅相位，方位分辨率等于實際天線長度的一

半

距離分辨率：使用短脈沖測距的方式 距離調(diào)頻

3） asat，高分，海洋3號

4） 應(yīng)用; 測海冰，海浪，測內(nèi)波，渦旋，污染，艦船

8. 鹽度

1） 輻亮度與頻率的微分對淡水和海水，頻率越低越敏感，差別越大

2） 難點：要把風(fēng)消除，溫度、鹽度、浪

3） Smos，aquaris

9. 海洋現(xiàn)象

海冰、內(nèi)波，渦旋，鋒面，漁業(yè)資源調(diào)查0