1、第十章第十章 海洋遥感和浮标观测海洋遥感和浮标观测10.1 遥感使人类获得大面积同步资料遥感使人类获得大面积同步资料n航空海洋遥感航空海洋遥感n卫星遥感卫星遥感 可见光传感器可见光传感器 红外传感器红外传感器 微波微波10.2 海洋遥感的主要对象海洋遥感的主要对象海洋遥感：太空飞行器装载着遥感器以轨道扫描方式透过电海洋遥感：太空飞行器装载着遥感器以轨道扫描方式透过电磁波的大气窗磁波的大气窗(0.40.75微米的可见光、微米的可见光、814微米的红外辐微米的红外辐射和射和10厘米量级的微波辐射厘米量级的微波辐射)监视大面积海洋表面监视大面积海洋表面(水面水面1mm以内以内)的某些海洋学特征以及透
2、过海洋窗的某些海洋学特征以及透过海洋窗(可见光部分可见光部分)监视海监视海面以下到透明度深度内的某些海洋学特征；监视结果发送给面以下到透明度深度内的某些海洋学特征；监视结果发送给地面站解调成像地面站解调成像(或形成记录信息的磁带或形成记录信息的磁带)，交由数据信息系，交由数据信息系统处理分析，共海洋研究应用统处理分析，共海洋研究应用为了对监测结果进行校正、分析、解释，还必须伴有事先的为了对监测结果进行校正、分析、解释，还必须伴有事先的基础实验以及同时进行的现场辅助观测基础实验以及同时进行的现场辅助观测海面温度遥感海面温度遥感海区天气海区天气传感器传感器资料情况资料情况无云无云VHRRVISRR
3、AVHRR绝对准确度绝对准确度1 相对准确度相对准确度0.5 沿岸水为沿岸水为4Km和和1d的时空的时空平均值；特定区域为平均值；特定区域为10km，大洋区为，大洋区为50km和若干天和若干天的时空平均值的时空平均值多云或小雨多云或小雨SMMR准确度为准确度为(1.5 2 )，100km和数天的平均值和数天的平均值盐度观测盐度观测n盐度影响海水的介电常数，从而影响到海水的微盐度影响海水的介电常数，从而影响到海水的微波辐射发射率波辐射发射率n遥感测盐技术要求在遥感测盐技术要求在21cm波段测定发射率，在波段测定发射率，在8cm波段的微波辐射极少受到介电常数影响，可波段的微波辐射极少受到介电常数影
4、响，可以反映现场水温，两通道的微波传感器将能同时以反映现场水温，两通道的微波传感器将能同时提供盐度和所需的水温观测值提供盐度和所需的水温观测值n目前航空盐度遥感的反演精度达到目前航空盐度遥感的反演精度达到0.3psu 2009年，宝瓶星座卫星，首次实现了全球海表盐度遥感年，宝瓶星座卫星，首次实现了全球海表盐度遥感精度为：精度为：0.2psu，测量盐度季度和逐年的变化以及全球年平均变化；提供海表，测量盐度季度和逐年的变化以及全球年平均变化；提供海表盐度季度变化图盐度季度变化图海面风场观测海面风场观测遥感所获得的海面风数据，一般是距海面遥感所获得的海面风数据，一般是距海面20m的观测资料的观测资料
5、海区天气海区天气传感器种类传感器种类资料情况资料情况有云层或轻度降水有云层或轻度降水雷达散射计雷达散射计范围范围020m/s风速准确度风速准确度2m/s风向准确度风向准确度20空间分辨率空间分辨率25km扫描多道微波辐射扫描多道微波辐射(SMRR)范围范围535m/s准确度准确度25%QuikSCAT观测的东北太平洋海域的风场示例观测的东北太平洋海域的风场示例 海浪观测海浪观测n海面状态的描述可以通过三种形式即有效波高，表面波海面状态的描述可以通过三种形式即有效波高，表面波动率谱和实际图像来进行动率谱和实际图像来进行n有效波高：范围有效波高：范围120m，准确度，准确度1m，有效波高，有效波高
6、25%TOPEX/Poseidon高度计星下点测量进行插高度计星下点测量进行插值获得的全球范围的有效波高值获得的全球范围的有效波高 海流观测海流观测n海洋中的海流主要受风力、引潮力和密度分布不海洋中的海流主要受风力、引潮力和密度分布不均匀所驱动均匀所驱动n旋转地球上运动流体的表面相对于水准面产生倾旋转地球上运动流体的表面相对于水准面产生倾斜，坡度大小正比于流速，在湾流和黑潮等西边斜，坡度大小正比于流速，在湾流和黑潮等西边界流处，坡度的量级为界流处，坡度的量级为10-5n测流主要使用雷达高度计，先测海面坡度再计算测流主要使用雷达高度计，先测海面坡度再计算出地转流速，准确度约为出地转流速，准确度约
7、为20cm/s高度计观测到的湾流流速异常高度计观测到的湾流流速异常 表层海流表层海流高频雷达：发射高频脉冲电磁波，与海表相互作用后产生回高频雷达：发射高频脉冲电磁波，与海表相互作用后产生回波，海表面没有流速时，回波只受到重力波的影响，回波频波，海表面没有流速时，回波只受到重力波的影响，回波频率相对于发射频率有一个固定的频率偏移量，称为布拉格频率相对于发射频率有一个固定的频率偏移量，称为布拉格频移，只与发射频率有关，如果海面有流动，回波频率在布拉移，只与发射频率有关，如果海面有流动，回波频率在布拉格频率基础上回增加或减少一定量值的偏移，与海流的大小格频率基础上回增加或减少一定量值的偏移，与海流的
8、大小和方向有关，可以反演出表层流速、海浪和海面风场信息和方向有关，可以反演出表层流速、海浪和海面风场信息分类：分类： 天波雷达天波雷达 地波雷达地波雷达潮汐观测潮汐观测海洋潮汐以准确的规律产生，在大洋上的变化幅度在海洋潮汐以准确的规律产生，在大洋上的变化幅度在01m之间。大洋和陆架潮汐的观测极为困难，而其观测结果却对之间。大洋和陆架潮汐的观测极为困难，而其观测结果却对研究沿岸潮汐和潮汐理论本身很有帮助。采用雷达高度计的研究沿岸潮汐和潮汐理论本身很有帮助。采用雷达高度计的精确测高法，可在精确测高法，可在25cm和和25 相角的范围内测定全日相角的范围内测定全日和半日周期的潮高。观测的间隔要求在陆
9、架上为和半日周期的潮高。观测的间隔要求在陆架上为25km,在大在大洋中为洋中为100km。通常要有近一年的资料才能完成全球潮汐。通常要有近一年的资料才能完成全球潮汐观测观测n水团观测水团观测n水准面：仅受重力和地转偏向力作用的无运动的均匀海水准面：仅受重力和地转偏向力作用的无运动的均匀海洋表面洋表面n通过实测水面和水准面的偏差，可以反演出海流、潮位通过实测水面和水准面的偏差，可以反演出海流、潮位、波高和风暴潮等信息、波高和风暴潮等信息n使用卫星高度计和精确定位方法，以使用卫星高度计和精确定位方法，以25km间隔的空间网间隔的空间网格进行，形成大洋的精确水准面格进行，形成大洋的精确水准面(20c
10、m)，水准面的高，水准面的高度是相对于地球理想的参考椭球面而言的度是相对于地球理想的参考椭球面而言的海洋水准面观测海洋水准面观测海平面异常海平面异常 浅海测深浅海测深n海岸带：航空摄影测量海岸带：航空摄影测量n合成孔径雷达：反演海底地形合成孔径雷达：反演海底地形海冰遥感海冰遥感HY-1卫星卫星COCTS探探测的渤海辽测的渤海辽东湾和渤海东湾和渤海湾海冰湾海冰 溢油污染遥感溢油污染遥感海面油膜遥感主要利用海水和油膜对外来辐射的不海面油膜遥感主要利用海水和油膜对外来辐射的不同反射特性，测定油膜扩散的范围、油膜厚度及污同反射特性，测定油膜扩散的范围、油膜厚度及污染油的种类染油的种类泥沙、叶绿素观测泥
11、沙、叶绿素观测蓝色的海洋标志着缺乏叶绿素，水生植物量低蓝色的海洋标志着缺乏叶绿素，水生植物量低；绿色的海洋则反映水生植物旺盛，通过遥感；绿色的海洋则反映水生植物旺盛，通过遥感可以确定叶绿素浓度的分布可以确定叶绿素浓度的分布SeaWiFS观测获得的在赤道太平洋热带不稳观测获得的在赤道太平洋热带不稳定波影响下的叶绿素分布图定波影响下的叶绿素分布图 美国宇航局（美国宇航局（NASA）使用中等分辨率成像光谱仪）使用中等分辨率成像光谱仪MODIS（MODerate resolution Imaging Spectro-radiometer）在）在2000年年11月对全球海洋叶绿素浓度（月对全球海洋叶绿素
12、浓度（mg/m3）分布的观测）分布的观测 HY-1卫星遥感资料获得的长江口海域的悬浮卫星遥感资料获得的长江口海域的悬浮泥沙分布图泥沙分布图 10.3 浮标与潜标观测浮标与潜标观测浮标观测是指以各类浮标作为观测平台的海洋观测浮标观测是指以各类浮标作为观测平台的海洋观测n锚定浮标锚定浮标水文气象资料浮标、水质监测浮标、波浪浮标水文气象资料浮标、水质监测浮标、波浪浮标n漂流浮标漂流浮标表面漂流浮标、中性浮标、各种小型漂流器表面漂流浮标、中性浮标、各种小型漂流器特点：能在恶劣海况下全天候或全天时工作特点：能在恶劣海况下全天候或全天时工作漂流浮标漂流浮标n体积小、造价低、使用方便、适用范围广，可在体积小
13、、造价低、使用方便、适用范围广，可在船上或飞机上投放船上或飞机上投放n漂流浮标的重要测量要素就是海流，要尽可能的漂流浮标的重要测量要素就是海流，要尽可能的降低风对浮标移动的影响降低风对浮标移动的影响漂流浮标各要素系统准确度漂流浮标各要素系统准确度观测要素观测要素测量范围测量范围分辨率分辨率采样间隔采样间隔采样时间采样时间系统准确度系统准确度气压气压90010500.15hPa4s110min1hPa气温气温40 500.1瞬时瞬时瞬时瞬时1 表层表层次表层水温次表层水温5 350.16瞬时瞬时瞬时瞬时0.5 风速风速040m/s1m/s1s10min1m/s风向风向0 360101s10min15 有效波高有效波高0 20m0.1m0.67s20min0.5m波浪周期波浪周期2s 20s1s0.67s20min1s潜标潜标能够在海面以下几十米至几千米的剖面上对海洋环能够在海面以下几十米至几千米的剖面上对海洋环境进行长期连续的监测，具有全天候的能力，主要境进行长期连续的监测，具有全天候的能力，主要监测要素为海流、水温、盐度、水下噪声和内波等监测要素为海流、水温、盐度、水下噪声和内波等n固定潜标固定潜标n活动潜标活动潜标
