（环境科学与工程专业论文）海上大型溢油遥感监测研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t l a r g eo i ls p i l l sh a st h ec l a a r a c t e r i s t i c so fl a r g ep o l l u t e da r e a , l o n gd u r a t i o n ，d i f f i c u l t t oc l e a nu p ，w h i c hl e a dt om o r es e r i o u sd e s t r o yt ot h ee n v i r o n m e n t i ft h ew a t e r s c o v e r e db yo i ls p i l lc o u l db ef o u n da n dt h ea r e ao fo i la n dt h ed r i f tt r e n d so fo i ls p i l l c o u l db ek n o w nq u i c k l y , i tw i l lb eag r e a th e l pf o ru st oc l e a n - u pw o r k a tp r e s e n t , r e m o t es e n s i n gm o n i t o r i n gm e t h o d si su s e dt om o n i t o rt h eo i ls p i l le v e n t s ，e s p e c i a l l y o p t i c a lr e m o t es e n s i n g ，b e c a u s eo fi t sg o o dv i s u a le f f e c t s ，i sw i d e l yu s e d f o ro i ls p i l l c l e a n - u p ，w e a t h e rw ec a ng e tt h eo i li n f o r m a t i o na sq u i c k l ya sp o s s i b l ew i l la f f e c tt h e s p e e da n de f f i c i e n c yo fc l e a n - u pw o r kd i r e c t l y t h e r e f o r e ，h o wt od e t e r m i n ea n dq u i c k l y o b t a i nt h en e e d e dr e m o t es e n s i n gd a t aw h e nt h eo i ls p i l lh a p p e n e db e c o m eak e y p r o b l e m a tp r e s e n t ，m e r i sd a t ao fe s a se n v i s a ts a t e l l i t e , a v h r rd a t ao fu s s n o a as a t e l l i t ea n dm o d i sd a t ao fn a s a st e r r a a q u as a t e l l i t ea r ew i d e l ya p p l i c a t e d o p t i c a ls e n s o rd a t ai n o i ls p i l lm o n i t o r i n g i nt h ep a s t ，t h i st h r e et y p e sd a t ah a v eb e e n s u c c e s s f u l l yu s e dt oi d e n t i f ya n dm o n i t o rt h eo i lp o l l u t i o n b u tb e c a u s eo fd i f f e r e n c e si n d a t ac h a r a c t e r i s t i c s ，e a c hd a t a 抽蟋d i f f e r e n ts u i t a b l ee n v i r o n m e n tf o ri t sa p p l i c a t i o n b a s e do nm a k i n gu s eo ft h i st h r e et y p ed a t at om o n i t o rt w oo i ls p i l le v e n t s ，t h i sp a p e r c o m p a r e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h et h r e ed a t ai nt h ea s p e c to fo i ls p i l l m o n i t o r i n ga n dp r o p o s et h eb e s ta p p l i c a t i o no fe a c hd a t a i na d d i t i o n , t h ep a p e ra l s o m a k e su s eo fm u l t i - t e m p o r a lm o d i sa n da v h r rd a t at od y n a m i c a l l ya n a l y z et h eo i l s p i l lw h i c hh a p p e n e di nt h eg u l f o fm e x i c o b yc o m p a r i n ga n da n a l y z i n g ，i tw a sf o u n dt h a ta v h r r d a t ai sm o r es u i t a b l et o d y n a m i c a l l ya n a l y z et h eo i ls p i l lw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fl a r g ea n dn o n - p e r s i s t e n to i l a ts e a ，e s p e c i a l l yt h el a r g et h i c ko i l m o d i sd a t ah a v es o m ea d v a n t a g e si nd y n a m i c m o n i t o r i n gf o rt h ep e r s i s t e n to i lp o l l u t i o nw h i c hl a s t e dal o n gt i m ea ts e a i nt h e c o n d i t i o no fg o o ds u nl i g h t ，m e r i sd a t ac a nr e f l e c tm o r ed e t a i l e di n f o r m a t i o na b o u to i l p o l l u t i o n a tt h es a m et i m e ，t h eh y p e r s p e c t r a ld a t ac a nh e l pd i s t i n g u i s h i n gt h eo i l p o l l u t i o na n df a l s et a r g e tb e t t e r b yt h eo i ls p i l l sd y n a m i ca n a l y s i s ，w ef o u n dt h a tt h e c o m p o s e du s eo fd i f f e r e n tr e m o t es e n s o r s d a t at om o n i t o ro i ls p i l l si sf e a s i b l e , w h a t s m o r e ，t h ed r i f tt r e n d so fo i ls p i l la ts e ad e p e n d sl a r g e l yo nt h el o c a le n v i r o n m e n to f s u r f a c ec u r r e n t s 英文摘要 k e yw o r d s ：o i ls p i l l s ；r e m o t es e n s i n g ；m o n i t o r i n gc a p a c i t y ；m u l t i - s o u r c e ； d y n a m i ca n a l y s i s 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文竺篷土太型鲎迪遥壁堕型硒壅= = 。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经 公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 刻函耋五 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密酉( 请在以上方框内打“) 滂j 西新叻巫 日期：面d 年舌月泞日 海上大型溢油遥感监测研究 第1 章绪论 1 1 研究背景 海上溢油污染是最常见的海洋污染之一。石油和石油产品对海洋污染的程度， 超过重金属污染、氯代烃污染、放射性污染和热污染，已成为当今全球海洋污染 中最严重的问题【l 】。据不完全统计，1 9 7 0 年至2 0 0 9 年，有大约5 6 5 万吨石油由于 船舶事故进入海洋【2 】。如此大量石油的流失，不仅给人类的石油资源带来损失，更 给海洋生态环境和沿岸居民生活带来巨大冲击【3 】。由于石油及石油产品不易降解， 进入水圈、生物圈和大气圈后会对海洋生物和大气环境造成长时间的危害，溶解 于海水中的溢油会严重危害海洋环境，导致浮游植物和其他水生生物减少。处于 生物链底层的浮游植物会将吸收的石油传递至生物链的高级层次。海鸟的习性会 因为溢油的存在而改变，这可能会导致鸟蛋的损失甚至死亡【4 】。沿岸居民的生计也 会因此受到冲击，尤其是以渔业和旅游业为生的人【5 1 。 造成海上溢油的原因除了事故之外，人为操作地排放和石油平台泄露也是主 要原因【6 】。目前，虽然世界各个国家、组织制订了各种环境法律法规和严格的操作 规则，用以防止溢油的发生，但是这并不能消除溢油的风斛7 1 。因此，各个国家， 尤其是发达国家投入大量资金建立常用的探测系统，对近海专属经济区和领海海 域进行巡视、监测和管理。溢油发生后，通常要了解发生的位置、溢油量和扩散 趋势。在已投入的监测系统中，航空和卫星遥感是最重要和最有效的手段，在溢 油发现和响应中发挥着越来越重要的作用【8 】。与卫星遥感相比，航空遥感监测溢油 具有及时性强、灵活度大、分辨率高的特点，可以对溢油进行动态跟踪监视。但 航空遥感监测溢油费用高、连续性差、覆盖面积小、对离岸较远地区无能为力， 很难达到业务化监测要求，同时也受到天气条件的限制。卫星遥感图像虽然分辨 率相对较低，但其覆盖面积大，可以用于制定溢油应急处理的战略性计划【9 】【10 1 。 国外利用遥感技术监测海上溢油始于上世纪6 0 年代末7 0 年代初】。美国1 9 7 4 年就建立了航空海上油膜监测系统( a o s s ) 。1 9 8 0 年，美国h hw h i t e 利用航空、 卫星遥感对海上油膜光谱特征进行了大量研究。1 9 8 3 年，o n e i l 1 2 】等利用g o e s 和a v h r r 数据束探测墨西哥的溢油。1 9 9 1 年，c r o s s 1 3 】等人分别利用a v h r r 绪论 数据对不同地区的溢油进行探测。1 9 9 8 年，美国n o a a 的w i l l a m 、y t s e n g 等人 【1 4 】【1 5 】利用n o a a 系列卫星和e r s 1s a r 卫星资料成功监测了波斯湾原油污染、 乌拉圭罗德拉普拉塔河口溢油污染和阿拉斯加波因特巴罗溢油污染。1 9 9 8 年美国 n o a a 环境卫星数据与信息中心( n e s d i s ) 在卫星监测海岸线、洋流、涡流、上 升流、赤潮、海难事故溢油的基础上，提出了利用n o a a 系列卫星建立海上溢油 报警系统1 6 1 。s a l e m 等【1 7 1 利用高光谱数据定性分析油膜厚度，利用7 0 0 9 4 0 n m 的 光谱将油膜分为不同等级的厚度。 我国海洋溢油监测研究起步较晚，国家海洋局第一海洋研究所、大连海事大 学等首先开始了我国航空遥感监测海上溢油污染的试验工作。近些年来我国科技 工作者开展了利用l a n d s a t t m 、n o a a a v h r r 、t e r r a a q u a - m o d l s 等数据识别 海面溢油和估算溢油量，取得了一些成果，如大连海事大学使用n o a a 卫星数据 ( a v h r r ) 对2 0 0 5 年4 月发生在大连湾附近的“阿提哥 号溢油事件进行分析和研 究。对出事海域的卫星数据进行了拉伸和彩色合成等图像增强处理，获取了溢油 信息。烟台海事局利用s p o t 卫星、l a n d s a t 5 卫星和我国气象卫星，提取珠江口 “1 2 7 船舶溢油信息，估算溢油面积和溢油量【1 8 】。大连海事大学环境信息研究所 【1 9 】【2 0 】【2 1 】【2 2 】【2 3 】针对油膜光谱特性开展了大量的数据获取工作，形成了船舶主要运输 油品的光谱库，并且开展了多源卫星遥感溢油信息提取技术的研究，多次利用t m 数据、m o d i s 数据和a v h r r 数据成功进行了溢油的识别和监测。另外，张永宁 等【2 4 】对海上溢油的波谱特征进行了测试和分析，提出利用l a n d s a t t m 和 n o a a a v h r r 数据监测煤油、轻柴油、润滑油、重柴油和原油的最佳波段组合； 赵冬至等【2 5 1 也对原油、柴油和润滑油的可见光近红外波段地物光谱特征曲线进行 了对比分析，揭示了油膜随厚度变化的光谱特征、油水反差规律及吸收特征参数 等；陆应诚等【2 6 】利用a s d 光谱仪针对较薄油膜进行了海面油膜光谱响应室内实验， 模拟海面油膜厚度连续变化过程，测量并分析油膜光谱的变化及其与油膜厚度的 关系。 在海洋探测方面，有雷达传感器和多种可见光红外传感器，其中合成孔径雷 达( s a r ，s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ) 与侧视孔径雷达( s l a r ，s i d e - l o o k i n ga i r b o m e r a d a r ) 是两种主要的，尤其是s a r ，能够进行大范围观测，由于其具有全天候、 全天时的工作能力【2 7 】【2 8 1 ，受外界环境条件影响相对较小，且不依赖于太阳辐射， 海上大型溢油遥感监测研究 所以s a r 被许多国家用于海上溢油污染的识别和监视。但是正如j h a 等【2 9 】所说， 没有任何个传感器可以单独提供所有信息。s a r 数据也有其自身的限制： s a r 影像受到海面风速的限制比较大。如果风速太低将不会产生足够的海杂波从而不 能够对比出油和水的差异，如果风速太大又会将雷达信号充分散射。有研究表明 最小风速为1 s m s ，最大风速为6 州s 【3 0 】【3 l 】；s a r 用于溢油监测的费用很高；星载 s a r 数据受到重访周期的限制。可见光红外数据虽然受天气条件影响较大，但由 于其较高的空间分辨率、良好的目视效果和相对低廉得多的费用，而成为溢油监 测中不可或缺的数据来源，尤其在国内开展的很多研究中，大都是利用 l a n d s a t t m 、t e r r a a q u a - m o d i s 、n o a a a v h r r 等数据来进行溢油监澳l j 3 2 1 3 3 。 1 2 研究意义 海上大型溢油事故造成的溢油污染持续时间长、覆盖面积大、清理难度大， 在造成巨大的经济损失的同时，给环境带来的危害也是巨大的，这些泄漏的油不 仅漂浮在泄漏点附近，可能给当地的海洋生物带来灭顶之灾，而且有可能随着表 面海流甚至海洋环流漂移到更广阔的海域，造成几乎无法弥补的生态灾难。例如 美国墨西哥湾原油泄漏事故，每日有超过5 0 0 0 桶的原油进入墨西哥湾，截止2 0 1 0 年5 月1 9 日，在受污染海域的6 5 6 类物种中，造成大约2 8 万只海鸟，数千只海 獭、斑海豹、白头海雕等动物死亡【3 4 】。英国b p 公司每日用于溢油清理等的开支高 达3 2 0 0 万美元。根据遥感图像显示，油污很可能进入墨西哥湾环流并漂移到佛罗 里达州，使溢油造成污染面积和清理难度进一步加大。 可见光近红外遥感数据虽然受到天气条件的限制，但其重复周期短、空间分 辨率较高、数据获取成本低、图像视觉效果好等特点，又使可见光近红外遥感数 据在溢油监测领域内得到广泛的应用。 目前的研究多集中于利用某一种数据对溢油进行监测，对常用可见光近红外 传感器数据在溢油监测方面的优势与劣势较少进行研究。由于大型溢油事故具有 持续时间长、污染面积大的特点，大型溢油事故的卫星遥感数据丰富，中、低分 辨率卫星数据可以对其进行监测，有利于利用多传感器数据对溢油事件进行监测， 比较各种数据在溢油识别与监测领域的优劣势，因此本论文选择两起大型溢油事 故作为研究对象。研究将结合2 0 0 6 年黎巴嫩溢油事故和2 0 1 0 年墨西哥湾原油泄 绪论 漏事故，利用目前常用于溢油监测的n o a a a v h r r 数据、t e r r a a q u a - m o d i s 数 据和e n v i s a t m e r i s 数据进行油污的识别，讨论三种卫星遥感数据在溢油监测方面 的优缺点。并根据数据特点提出利用多种遥感数据对溢油进行监测的遥感综合监 测方案设计，利用同一天不同传感器数据组成多时相数据集对大型溢油事故进行 动态分析，为溢油清理工作提供参考信息。 1 3 论文结构 本文以2 0 0 6 年黎巴嫩电厂爆炸导致的溢油事故和2 0 1 0 年墨西哥湾石油平台 爆炸导致的原油污染事故作为研究对象，以m o d i s 、a v h r r 和m e r i s 数据作为 研究对象，分别进行溢油信息解译，根据各个数据自身特点，结合溢油事件发生 的特点，对m o d i s 、a v h r r 和m e r i s 数据监测溢油的可能性和优劣势进行评价。 主要内容如下： 第一章，主要介绍本论文的研究背景和遥感监测溢油研究的国内外现状，并 对本论文的选题意义进行说明； 第二章，对本论文所使用的数据进行介绍，并详细说明了各个数据的获取方 式方法和注意事项；分别阐述遥感影像数据的几何校正、大气校正、图像增强等 处理方法； 第三章，针对文章研究的两起溢油事故，分析溢油污染在各数据上的表现特 征，并进行初步的比较； 第四章，阐述m o d i s 、m e r i s 、a v h r r 数据的自身特性对溢油监测的影响， 对每种数据的溢油监测能力进行评估，并分析每种数据最适合的情况； 第五章，利用a v h r r 数据和m o d i s 数据组成多时相数据集，结合墨西哥湾 表面海流数据对墨西哥湾原油泄漏事故进行动态分析。 第六章，结论部分，对论文研究进行总结，指出研究的不足和需要改进之处。 海上大型溢油遥感监测研究 第2 章遥感数据与预处理 本文选取的光学遥感图像数据具有高时效性、高光谱和多光谱的特点，分别 是搭载在t e r r a a q u a 卫星上的m o d i s 数据、搭载于n o a a 卫星上的a v h r r 数 据和e n v i s a t 卫星的m e r i s 全分辨率数据。黎巴嫩溢油事件数据的获取日期均是 2 0 0 6 年8 月1 5 日，墨西哥湾溢油事件数据获取日期为4 月2 5 日5 月1 日，所有 数据的处理级别均为l 1 b 。 2 1 遥感数据及获取方式 2 1 1a 哪r r 数据 改进型甚高分辨率辐射仪( a d v a n c e dv e r yh i g hr e s o l u t i o nr a d i o m e t e r ： a = i 汛) 是搭载于美国n o a a 系列极轨气象卫星上的主要传感器之一。n o a a 卫 星是美国国家海洋大气局的第三代实用气象观测卫星，第一代称为t i r o s 系列 ( 1 9 6 0 1 9 6 5 年) ，第二代为i t o s n o a a 系列( 1 9 7 0 1 9 7 6 ) ，其后运行的第三代为 t i r o s n n o a a 系列，1 9 7 8 年1 0 月发射了第一颗t i r o s - n 。从1 9 7 0 年1 2 月至 今，连续发射了1 9 颗n o a a 系列卫星( 如果包括m e t o p a 则为2 0 颗) ，其中最 近一颗是2 0 0 9 年2 月发射升空的n o a a 1 9 。 表2 1n o a a 系列卫星3 5 蚓 t a b 2 1n o a as a t e l l i t e s 遥感数据与预处理 续表2 1n o a a 系列卫星 c o n t m l b 2 1n o a as a t e l l i t e s 随着n o a a 系列卫星的发展a v h r r 的发展也经历了三代，分别是首次搭载 于t i r o s n ( 1 9 7 8 年l o 月发射) 上的4 波段的a v h r r 1 ；从n o a a 7 ( 1 9 8 1 年 6 月发射) 开始搭载于n o a a 系列卫星上的5 波段的a 、，h r 刚2 和从1 9 9 8 年5 月 发射的n o a a 1 5 开始的6 波段a v h r r 3 。我们采用的是a v h r r 3 数据。 a v h r r 3 包括6 个波段，可见光红色波段、近红外波段、中红外波段和两个 热红外波段，如表2 2 所示，其中* 3 a 白天工作，3 b 夜间工作。a v h r r 的空间分 辨率是变化的，星下点处为1 1 k m ，远离星下点处约为4 k m 。每颗n o a a 卫星的 重复观测周期是一天2 次，在双星系统下，则每个地点每天过境4 次。 a v h r r 具有较高的辐射分辨率，其数据的量化等级为1 0 2 4 ( 1 0 b i t 数据结构) 。 可见光和近红外通道的灵敏度在反射率为o 5 ，信噪比大于3 。热红外通道的噪 声等效温度差小于0 1 2 k ，温度分辨率大l 。 a v h r r 数据除了可以用于天气分析、气象预报之外，还可用于海洋学、资源 与环境监测、灾害监测等领域。特别是由于它的重复观测周期短，很利于多时相 高密度的动态监测。 海上大型镒油遥感监铡研究 注1 ) 此处的表面可虬是陆地表面、云层上表面以及水体表面 m l f 蝴4 ， ”onm_“-m ! 譬器嚣品尝：= 篙一“之：= = 一 誊鎏醮秘嚣髂宅篙二= ：嚣嚣桀；省：譬岔= 馏喊”：盘岩等一 $ 5 t , i 警篇盘温黧= ：兰裂= 搿篙嚣：嚣盏嚣蔷；芸篙i 冀珊嚣；粼哿等嚣揣湍嚣慧嚣譬警：二 _ t r ，q _ 一i 一一 f h t r q m l t * l “黜臻j 怒鼍k 弋= 船絮= = ，“= o ， 阻2l 综合性太型阵列的数据管理系统 f i g2lc o m p r e h e t m i v el a r g e a r r a y m a t as t e w a r d s h i p s y s t e m a v h r r 数姑可以通过综合性大型阵列的数据管理系统网站订制数据，该网站 遥感数据与预处理 有从1 9 7 8 年1 1 月0 5 闩至今的覆盖全球范围的a v h r r 数据“，网址为 h t l p ：w w w n s o f e l a s s n o a ag o v s a a p r o d u c t s w e l e o m e ( 如图2 1 所示) ，在s p a t i a l 和 t e m p o r a l 框架下分别通过地图选择感兴趣区的范围，或在文本框中输入研究区 的经纬度范围，并选择所需要的数据的获取时间范围：在a d v a n c e ds e a r c h 框架下 选择数据类型、接收站点、卫星等信息：填写完毕后点击s e a r c h 即进入数据列表 ( 如图22 ) ，首先根据数据获取时间筛选符合的数据，放入购物车( 如图2 3 ) 。 在购物车中通过点击数据集名可以浏览数据快视图，从而确定是否下载该数据集。 根据提示填写e m a l l 地址，用于数据订制完成后接收f t p 地址和用户名、密码。凭 借收到的用户名和密码可以在f t p 上下载所订制的数据。 = ：一o = = = 一目= = - - - ( j - s 1 。口 - _ t - t 1 i - _ - _ _ r 1 4 t _ w ， u 。 “ 【1 口 vq 一。n j “口 o 抽 u 一 口 口一u _ “ u m j ： v 5 i 5 i j ：乃j j 5 j = ：工e j j j ：5 i = 。i 幽2 2 数据信息选择窗口 f i g2 2 d a t as e l e c t i o nw i n d o w 海上大型溢油遥感监测研究 n i c ) a a s c o m p r e h e n s i v e l a r g e c a r i ：“y ，d a t a 0 b i i e ds 帅j ”b ed 岫r m 自# s 出 1 o h 日c o r n e e m c o t 驰!叫“叫m e # 州 查垂查雪堕些塑 - - 一嗽掣| 强怒甚测。慧 。 n 引i 。 m 型l 图2 3 数据购物车窗口 f i g 2 3 w l e w o f s h o p p i n g 2 1 2m o d i s 数据 中等分辨率成像光谱辐射计( m o d e a a t er e s o l u t i o ni m a g i n g s p e e t r o r a d i o m e t e r ：m o d l s ) 是搭载于美国e o s 系列卫星t e r r a 和a q u a 之上的一个 重要的遥感传感器。在可见光红外具有3 6 个光谱波段( 表23 ) ，光谱范围从0 4 l i i r l 到1 4 4 p m ，第1 、2 波段空间分辨率为2 5 0 m ，第3 7 波段空间分辨率为5 0 0 m ，其 余各波段为1 0 0 0 m ，扫描宽度为2 3 3 0 k m 。m o d i s 数据每l 2 d 可覆盖全球一次o ” ( 包括白天的可见光图像和白天腋阃的红外图像) 。我国的观测时间一般为白天 1 0 ：3 0 - 1 2 ：0 0 ，夜间2 1 ：3 0 - 2 3 ：0 0 。 m o d i s 数据在生态学研究、环境监测、全球气候变化和农业资源调查等诸多 研究中具有广泛的应用前景【帅l 。其多波段数据可以同时提供反应陆地表面状况、 云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、气溶胶、地表温度、 云顶温度、大气温度、臭氧和云项高度等特征的信息j 。 遥感数据与预处理 6 2 0 6 7 0 r i m 8 4 1 8 7 6 n m 4 5 9 - 4 7 9 r i m 5 4 5 5 6 5 n m 1 2 3 0 1 2 5 0 r i m 1 6 2 8 1 6 5 2 n m 2 1 0 5 - 2 1 3 5 n m 4 0 5 - 4 2 0 r i m 4 3 8 _ 4 4 8 n m 4 8 3 - 4 9 3 n m 5 2 6 5 3 6 n m 5 4 6 5 5 6 n m 6 6 2 6 7 2 n m 6 7 3 - 6 8 3 r i m 7 4 3 7 5 3 n m 8 6 2 8 7 7 n m 8 9 0 9 2 0 r i m 9 3 1 - 9 4 1 r i m 9 1 5 9 6 5 n m 5 0 r i m 3 5 n m 2 0 r i m 2 0 r i m 2 0 r i m 2 0 n m 5 0 r i m 1 5 r i m 1 0 n m 1 0 r i m 1 0 m n 1 0 r i m 1 0 r i m 1 0 n m 1 0 n m 1 5 r i m 3 0 r i m 1 0 r i m 5 0 r i m 2 0 3 6 6 0 3 8 4 0 p r o 0 18 p m 2 l 2 2 3 9 2 9 3 9 8 9 9 m 0 0 5 9 i n 3 9 2 9 - 3 9 8 9 p m0 0 5 9 i n 2 3 4 0 2 0 - 4 0 8 0 9 m0 0 5 岬 2 4 4 4 3 3 - 4 4 9 8 t t m0 0 5 阻n 1 2 8 s n r 2 0 1 s n r 2 4 3 s n r 2 2 8 s n r 7 4 s n r 2 7 5 s n r 1 1 0 s n r 8 8 0 s n r 植物叶绿素吸收 云和植物、土地覆盖 土壤、植被差异 绿色植物 叶子冠层差异 雪云差异 土地和云特性 8 3 8 0 s n r海洋水色 8 0 2 s n r 7 5 4 s n r 7 5 0 s n r 9 1 0 s n r 1 0 8 7 s 盯 5 8 6 s n r 5 1 6 s n r 1 6 7 s n r 5 7 s n r 2 5 0 s n r 浮游生物 海洋水色、沉积物 沉积物、大气 叶绿素荧光 气溶胶特性 气溶胶人气特性 云大气特性 o 0 5 n e t海面温度 2 0 0 n e t林火火山 o 0 7 n e t云表面温度 0 0 7 n e a t云表面温度 0 2 5 n e a t人气温度云 1 0 瑚 瑚 湖 湖 湖 湖 湖 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 姗 舢 2 3 4 5 6 7 8 9 m u 屹 b m ：2 坫 协 侈 海上大型溢油遥感监测研究 2 5 4 4 8 2 _ 4 5 4 9 9 mo 0 5 p r o 2 7 6 5 3 5 - 6 8 9 5 9 m0 3 6 1 a m 2 87 17 5 - 7 4 7 5 1 a m 0 3 0 p r o 2 9 8 4 0 0 - 8 7 0 0 1 a n0 3 0 1 a m 3 0 9 5 8 0 - 9 8 8 0 i n n0 3 0 p r o 31 1 0 7 8 0 11 2 8 0 1 a n o 5 0 1 a m 3 211 7 7 0 1 2 2 7 0 1 a n 0 5 0 1 a m 3 3 1 3 1 8 5 - 1 3 4 8 5 1 m a 0 3 0 1 a m 3 4 1 3 4 8 5 1 3 7 8 5 1 a m0 3 0 p r o 3 5 1 3 7 8 5 - 1 4 0 8 5 1 m a0 3 0 p r o 3 6 1 4 0 8 5 - 1 4 3 8 5 1 a m0 3 0 l a i n 0 2 5 n e a t 大气温度云 1 5 0 4 n e a t卷云、气溶胶 0 2 5 n e t 0 2 5 n e t 0 0 5 n e t 0 2 5 n e t o 0 5 n e t 大气湿度 表面温度 臭氧 云表面温度 0 0 5 n e a t 云顶高度表面温度 0 2 5 n e t o 2 5 n e t 云项高度 0 2 5 n e t o 2 5 n e t m o d i sl 1 b 包含3 个地球观测( e v ，e a r t hv i e w ) 文件和一个星上定标器( o b c ， o n - b o a r dc a l i b r a t o r ) 文件【4 3 】【删( 表2 4 ) 。m o d 0 2 h k m 文件包含1 、2 波段的中采 样值和波段信息，m o d 0 2 q k m 文件包含1 、2 波段的信息。在以上两个文件中都 没有存储卫星和太阳的位置信息，只有l k m 分辨率的数据坐标信息。因此，通常 把记录有数据坐标信息、太阳和卫星位置信息的m o d 0 3 数据与1 b 数据一起使用。 因为不同分辨率的产品在轨道方向和扫描线方向的观测点数不同，如果把所 有波段的数据都放在同一个科学数据集中，从数据存储的角度来说其效率是很低 的( 表2 5 ) ，因此1 b 产品中只将分辨率相通、光谱性质相同的数据放在同一个科 学数据集对象中，成为波段组【4 5 1 。 咖 咖 咖 咖 咖 咖 咖 咖 咖 咖 咖 咖 ，lll，l 1 l 1l，i，l ti，l，l，l 遥感数据与预处理 表2 4m o d i sl 1 b 产品概要 t a b 2 4m o d i sl 1 bp r o d u c ts u m m a r y e c s 短名产品内容 m o d 0 2 q k m m o d 0 2 h k m 定标后2 5 0 m 分辨率地球观测数据。包含校正过的第l 和第2 波段 定标后5 0 0 m 分辨率地球观测数据，包含3 7 波段的校正过的地球观测数据， 1 、2 波段的2 5 0 m 数据被重采样为5 0 0 m 分辨率 定标后1 0 0 0 m 分辨率地球观测数据，包含8 , - - 3 6 波段校正过的对地观测数据， 也包含较真过的m o d i sl 7 波段，每个波段被重采样为l k m 分辨率 星载定标器数据和其他工程数据 表2 5m o d i sl 1 b 产品中的各波段组 t a b 2 5t h eb a n dg r o u po f l l bp r o d u c t 注1 ) “r e f s b ”指的是太阿j 光反射波段，“e m i s s i v e ”指的是热辐射波段。波段8 1 9 实 际上是1 4 个波段，包括1 3 1 0 ，1 3 h i ，1 4 1 0 ，1 4 h i ( 若加上波段2 6 则为1 5 个波段) 。 m o d i s 数据的获取主要有以下几种方式：通过建立地面接收站，直接接受 m o d i s 数据；通过n a s a m o d i s 网科4 6 1 或者国内m o d i s 网站获取数据；建立 通讯卫星数据广播接收站，从而获取数据。m o d i s 数据的获取在文献中有详细介 绍【4 7 1 ，本文不再赘述。 2 1 3m e r i s 数据 中等分辨率成像频谱仪( m e d i u mr e s o l u t i o ni m a g i n gs p e c t r o m e t e ri n s t r u m e n t ： m e r i s ) 是由法国和荷兰共同研制的，搭载于2 0 0 2 年3 月由欧洲空间局( e s a ) 海上大型溢油遥感监测研究 发射的迄今为止最大的综合性环境卫星e n v i s a t - 1 上的主要传感器，是目前水色 传感器中最有优势的传感器之一。 m e r i s 属于推扫被动式光谱仪，扫描过程由一排探测器元件完成，有5 架相 机排列在一起，通过卫星移动实现扫描。地面刈幅宽1 1 5 0 k m ，3 d 便能覆盖全球， 不仅满足全球生物过程的需要，还可以对突发的环境变化进行监测，如地震、火 山、洪水与火灾【4 8 1 。 表2 6m e r i s 波段设置嗍 t a b 2 6m e r i sb a n ds e t t i n g s m e r i s 在可见光近缈b ( 3 9 0 , - - 1 0 4 0 n r n ) 设置了1 5 个波段，带宽在3 7 5 2 0 n m 遥艚数据与预处理 之间，可见光波段平均带宽为1 0 r i m ( 表26 ) 。 m e r i s 传感器的优势不仅在于波段的设置与较精细的带宽，而且为了适应不 同观测尺度而选择不同空间分辨率的性能，使得m e r i s 传感器在其运行期间有更 高的利用价值。m e r i s 传感器对不同观测区域有不同的空间分辨率，对海岸带和 陆地测量的分辨率为3 0 0 m ，称为f u l lr e s o l u t i o n ，这部分数据实时传输到地面接 收站，对宽阔海域观测的分辨率为1 2 0 0 m ，称为r e d u c e dr e s o l u t i o n ，这部分数据 记录在星上记载器上。 m e r l s 产品包括以下几个部分：m a i n p r o d u c t h e a d e r ( m p h ) 主产品头记录、 s p e c i f i cp r o d u c th e a d e r ( s p h ) 产品细节信息头记录、d a t as e t 数据集i 删：l i b 数 据是由原始数据经过地理定标和辐射定标后的数据，包括所有1 5 个波段的t o a ( t o po f a t m o s ；p h e r e ) 辐射量、经度信息、纬度信息、太阳高度角、太阳方位角、 大气压强等参数信息，图2 4 是m e r i s 数据产品示意图。 m e r sp 8 0 d u ( ：1 s 幽2 4m e r i s 产品示意圈” f i g24 m e r i sp r o d u c t d i a g r a m 海上丈型溢油遥感监测研究 圈25m 删s l i b 数据r g b 图像( b a n d l 0 ，5 ，2 ) f i g25 m e r i s r g b i m a g e ( b 柚d 1 0 t5 t 2 ) 图25 是2 0 0 6 年8 月1 5 日上午黎巴嫩地区m e r i sl 1 b 数据的第1 0 ，5 ，2 波段合成的r g b 图像。 根据欧空局( e s a ) 的数据政策，数据( e n v i s a t ，e r s ) 用途分为两类：第一 类：用于支持该卫星的任务日标的研究应用，包括地球系统科学的长期研究，未 来应用的研究或应用等；第二类：除第类以外的其他用户； 对于第一类用户，可以通过网站申请以成本价或免费获得e s a 的数据，刚址 为： h t t p ：e o p io s ai n t e s a e s a t t o p s d e c t c d n a v i g a t i o n n o d e l d = h o m e & s i d e n a v i g a t i o n t y p e - h o m e a o i d = 1 0 4 t s = 1 2 3 7 9 4 8 1 6 4 8 2 4 & e m d = a o d c t a i l 。 获取m e r l s 数据的方式有以下两种： 1 ) 通过r e g i s t r a t i o n 注册用户。该类用户的权限足可以下载e s a 的网上的免 费数据【5 ”，经过注册后，填写一份关于所申请数据和所进行研究的一个概要的申 请，之后会在注册所用的电子邮箱中收到欧空局发送的用户名和密码，凭借用户 名和密码登陆数掘申请系统，提交所申请数挢的详细信息。提交后等待欧空局专 家审批。 2 ) 通过提交f u l lp r o p o s a l 。如果所需蟹的数据不是免费的，那就需要提交完 遥感数据与预处理 整的p r o p o s a l 来申请数据【5 ”。这种申请方式除了填写第一种方式所需的 还需要填写主要研究者( p r i n c i p a li n v e s t o r ：p i ) 和合作研究者的详细事 项目经费来源、所做研究的创新点和贡献以及项目的详细设计与预期纠 提交所申请数据的范倒、格式等信息。 在上述两种获耿方式中，都需要提交所申请数据的详细信息，例扭 时问、数据轨道编号等信息，这些信息都需要通过由欧空局提供的数捶 购下载软件e o l i s a 获得( 图26 ) 软件下载地址为：h t t p ：e o l i e s m 佃t 细 软件可以查询和浏览的有e r s 、e n v i s a t 、a l o s 和s p o t 卫星的数据信l 得的用户名和密码可以进入该系统浏览、订购和下载数据，若没有用户 则以匿名