海洋遥感-作业

说明：本版所有答案都是自行查找的，可能不一定准确（红色字体标出），仅供大家参考，如有知道详细答案的欢迎共享！最后向提供答案的放放、战友表示感谢！ 海洋遥感作业、习题集1 名词解释：El Nio、La Nia 、ENSO。El Nio是赤道太平洋中东部热带海洋的海水温度异常变暖，由信风减弱造成.La Nia又称反圣婴现象，是一种和厄尔尼诺现象相反的现象,表现为东太平洋海温降低;ENSO是厄尔尼诺-南方涛动现象，发生在横跨赤道附近太平洋的一种准周期气候类型，大约每5年发生一次，东太平洋的暖洋阶段伴随着西太平洋的高海面气压，东太平洋的变冷阶段，伴随着西太平的低海面气压。2 名词解释：Argo, AVHRR, COCTS, TOGA/TAO、Global Earth Observation System of Systems (GEOSS)、TOPEX/Poseidon(1) Argo是一个以剖面浮标为手段的海洋观测业务系统，它所取得的数据供全世界各国使用。该计划设想用35年的时间（20002004年），在全球大洋中每隔300千米布放一个卫星跟踪浮标，总计为3 000个，组成一个庞大的ARGO全球海洋观测网。一种称为自律式的拉格朗日环流剖面观测浮标（简称“ARGO浮标”）将担当此重任。它的设计寿命为35a，最大测量深度为2000m，会每隔1014天自动发送一组剖面实时观测数据，每年可提供多达10万个剖面（02 000m水深内）的海水温度和盐度资料。由于其与杰森卫星高度计(ARGOS系统）之间的密切联系，故将其以“ARGO计划”相称。 (2)AVHRR（Advanced Very High Resolution Radiometer）改进型甚高分辨率辐射仪。 (3) COCTS 十波段水色水温扫描仪. (4)Global Earth Observation System of Systems (GEOSS)，分布式全球对地观测系统，人类将会对地球系统进行更完全、更综合的观测和认识，扩展在全球范围的观测、监测与预警能力(5)Tropical Ocean-Global Atmosphere (TOGA) /TAO（Tropical Atmosphere Ocean project）(6)TOPEX/Poseidon：发起于1992年8月10日，美国航天局和国家空间研究中心，TOPEX/Poseidon是安装于卫星上的雷达高度计，能够提供覆盖全球的海洋表面全部情况。轨道高1330公里，它提供95%的无冰的海洋表面高度的测量值。3 名词解释：卫星遥感概念，内容，分类，与相关系统关系。卫星遥感(satellite remote sensing)为航天遥感的组成部分，以人造地球卫星作为遥感平台，主要利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测。主要内容有：1.研究大气目标物、云和地表等的辐射光谱特征及电磁辐射在大气中的传输规律。2寻找从卫星探测和获取大气中主要气象要素和大气现象的理论和方法。3气象资料的接收、处理和分发、数据管理和存储、质量控制。4气象卫星资料直接在天气预报、大气科学研究中的应用。书本第2页（分类）主动遥感、被动遥感4 名词解释：卫星遥感所使用的波段按设计时选用的频率或波段来划分，常用的遥感器有紫外遥感器、可见光遥感器、和等。紫外遥感器：使用近紫外波段，波长选在0.30.4微米范围内。常用的紫外遥感器有紫外摄影机和紫外扫描仪两种。近紫外波段的多光谱照相机也属于这一类。可见光遥感器:接收地物反射的可见光,波长选在0.380.76微米范围内。这类遥感器包括各种常规照相机，以及可见光波段的多光谱照相机、多光谱扫描仪和电荷耦合器件(CCD)扫描仪等;此外，还包括以及可见光波段的激光高度计和激光扫描仪等。红外遥感器：接收地物和环境辐射的或反射的红外波段的电磁波已使用的波段约在0.714微米范围内。其中0.72.5微米波长称为反射红外波段，如红外摄影机采用的波段（0.70.9微米），多光谱照相机中的近红外波段,“陆地卫星”上多光谱扫描仪(MSS)中的第6波段（0.70.8微米）和第7波段（0.81.1微米），专题制图仪(TM)中的第 4波段（0.760.9微米）、第5波段（1.551.75微米）和第 7波段(2.082.35微米)等314微米波长称为热红外波段。机载红外辐射计和红外行扫描仪，“陆地卫星”4号和5号上多光谱扫描仪中第8波段（10.212.6微米）和专题制图仪的第6波段（10.412.5微米）等部分，都属热红外波段。微波遥感器：通常有微波辐射计、散射计、高度计、真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达等。5 了解我国气象和海洋卫星的发展现状。纵观遥感近30年来的发展，总的看来，当前遥感仍处于从实验阶段向生产型和商业化过渡的阶段，在其实时监测处理能力、观测精度及定量化水平，以及遥感信息机理、应用模型建立等方面仍不能或不能完全满足实际应用要求。因此，今后遥感的发展将进入一个更为艰巨的发展历程，为此需要各个学科领域的科技人员协同努力，深入研究和实践，共同促进遥感的更大发展。我国在2002年才发射了第一海洋卫星，而发达国家早在几十年前就完成了这项任务；二是我国海洋遥感整体技术与先进国家有差距。原因是我国海洋遥感技术研究的基础非常薄弱，技术队伍不成熟；三是针对海洋遥感问题研究的深度和广度，以及对其机理研究还没有形成系统。现状：海表温度遥感、海洋水色遥感、海洋动力遥感观测、海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量、海洋污染监测、海冰监测、海洋盐度测量、船舶和尾迹探测。6 了解我国已经发射海洋卫星的目的和任务，主要携带的仪器。海洋一号A星，首开我国海洋卫星事业的先河2002年5月15日，中国第一颗海洋卫星海洋一号A星发射成功。海洋一号A星的发射成功，结束了我国没有海洋卫星的历史，为我国海洋观测提供了全新的手段，实现了中国实时获取海洋水色遥感资料零的突破，为海洋卫星系列化发展奠定了技术基础，表明了中国海洋卫星遥感应用技术取得了重要突破，标志着中国海洋卫星遥感与应用技术迈入一个崭新阶段。由中国空间技术研究院航天东方红卫星有限公司负责抓总研制的海洋一号水色遥感系列卫星，是我国自主研发的第一代海洋卫星，主要用于海洋水色、水温环境要素探测，为我国海洋生物资源开发利用、河口港湾的建设和治理、海洋污染监测和防治、海岸带资源调查和开发以及全球环境变化研究等领域服务海洋一号B”卫星总指挥兼总设计师白照广11日说，与2002年发射升空的我国首颗海洋卫星“海洋一号A”相比，“海洋一号B”由于寿命延长、性能提高，整星提供的信息量增加了3倍以上，使用价值成倍增长。一是卫星重量增加了75公斤，其中燃料由13公斤增加到21公斤，设计寿命由原来的2年延长到3年。二是两台观测仪器的性能都大幅提高。仪器视场由原来的1300多公里提升到3000公里；卫星重复观测周期由原来的3天缩短为1天，成像由每天23轨增加到每天78轨，对海洋的每天预测成为可能；成像仪谱段的分辨率更窄，特定水体发出的颜色分辨得更清楚，从而对海洋泥沙和叶绿素的观测更精确。三是结构更加可靠。卫星能够承受更大的外界震动和冲击；专利的太阳帆板带式压紧机构，使太阳帆板故障率大大降低。根据海洋专家建议，总体发展目标是：2015年建立起海洋水色卫星、海洋动力环境卫星、海洋环境综合卫星3个业务化运行的卫星系列；2015年使我国的海洋卫星及其应用水平达到国际2005年的水平，在国际社会中占有一席之地。其中，“十五”期间要发射我国第一颗试验业务型海洋水色卫星，此后每23年发射一颗业务型海洋水色卫星，使海洋水色形成系列化卫星。“十五”期间还要开展海洋动力环境卫星关键技术攻关，卫星研制立项。20052015年，将继续发射海洋水色卫星系列卫星，发射三颗海洋动力环境卫星，两颗海洋环境综合卫星；建立三种类型系列卫星组成的我国地球海洋观测系统框架，开始全面为国发经济服务7 请简单列出主要的海洋遥感数据产品，如SST，SSH, SSW, Chla等。sea surface temperature (SST)海表面温度，高度计，SAR溢油监测，海表层水色数据、SAR风场数据、SAR浪场数据、SAR洋流数据、海流和三维温盐深数据，8 写出下列卫星计划的主要遥感对象和产品：SEASAT，WOCE，QuikSCAT，SSM/I，SeaWiFS。(1)QuickSCAT SeaWinds 是搭载于 NASA 的 QuikSCAT 卫星（1999 年 6 月 19 日发射升空，太阳同步，轨道高度 803 km，倾角 98.6）上一个 Ku 波段（13.402 GHz）的单频双角度（46和 54）双极化（垂直和水平）散射辐射计（Wu 等，1994；Freilich等，1994），其星下点分辨率为 25 km，双扫描角（46和 54）锥形扫描，扫描宽度为 1800 km，每天可覆盖全球 93%的洋面（见图 2-2）。它可发射微波脉冲并接收后向散射能量，并由散射能量的强弱反演风速，由双角度散射能量的差异决定风向，实现全天候洋面风速和风向的监测。(2)SEASAT was the first Earth-orbiting satellite designed for remote sensing of the Earths oceans and had on board the first spaceborne synthetic aperture radar (SAR). The mission was designed to demonstrate the feasibility of global satellite monitoring of oceanographic phenomena and to help determine the requirements for an operational ocean remote sensing satellite system. Specific objectives were to collect data on sea-surface winds, sea-surface temperatures, wave heights, internal waves, atmospheric water, sea ice features and ocean topography. SEASAT was managed by NASAs Jet Propulsion Laboratory and was launched on 27 June 19781 into a nearly circular 800 km orbit with an inclination of 108. SEASAT operated for 105 days until 10 October 1978, when a massive short circuit in the satellites electrical system ended the mission.SEASAT carried five major instruments designed to return the maximum information from ocean surfaces:1. Radar altimeter to measure spacecraft height above the ocean surface2. Microwave scatterometer to measure wind speed and direction3. Scanning multichannel microwave radiometer to measure sea surface temperature4. Visible and infrared radiometer to identify cloud, land and water features5. Synthetic Aperture Radar (SAR) L-band, HH polarization, fixed look angle to monitor the global surface wave field and polar sea ice conditions the antenna is the light parallelogram in the pictureMany later remote sensing missions owe their legacy to SEASAT. These include imaging radars flown on NASAs Space Shuttle, altimeters on Earth-orbiting satellites such as TOPEX/Poseidon, and scatterometers on NASA Scatterometer (NSCAT), QuikSCAT, and Jason 1.(3) WOCE (World Ocean Circulation Experiment)The World Ocean Circulation Experiment (WOCE) was a component of the international World Climate Research Program, and aimed to establish the role of the World Ocean in the Earths climate system. WOCEs field phase ran between 1990 and 1998, and was followed by an analysis and modelling phase that ran until 2002.GoalsTwo major goals were set for the campaign:1 Develop ocean models that can be used in climate models and collect the data necessary for testing them. Find the representativeness of the dataset for long-term behaviour and find methods for determining long-term changes in ocean currents.EquipmentData was collected using several methods:1 Traversing ocean transects by boat, moored and drifting buoys, one kind being the Autonomous Lagrangian Circulation Explorer (ALACE), which floats with the currents at a depth of 1km and surfaces each week to send its position and data to a satellite, satellites: ERS1 and ERS2 (European), TOPEX/POSEIDON (US/French) (sea level and slope).(4)SeaWiFS 1978 年美国在 Nimbus-7 搭载了用于探测海水叶绿素的第一代海海岸带水色传 感 器 CZCS ， 并 取 得 了 很 好 的 探 测 水 色 实 验 基 础 。 SeaWiFS(Sea-ViewingWideField-Of-ViewSensor)是装载在美国 1997 年 8 月 1 日发射的SeaSTAR 卫星上的第二代宽视场海色遥感传感器。 SeaWiFS 在 CZCS 基础上进行了改进和提高：1)增加了光谱通道，即 412nm、490nm、865nm。其中 412nm 针对于类水域 DOM 的提取，490nm 与漫衰减系数相对应，865nm 用于精确的大气校正。2)提高了辐射灵敏度，SeaWiFS 灵敏度约为 CZCS 的两倍。在 CZCS 反演算法中被忽略因子的影响，如多次散射、粗糙海面、臭氧层浓度变化、海表面大气压变化、海面白帽等，都在 SeaWiFS 反演算法中作了考虑。SeaWiFS 共有 8 个通道见表 1：前 6 个通道位于可见光范围，7、8 通道位于近红外。SeaWiFS 的地面分辨率为 1.1km，刈幅宽度为 15022801km，观测角沿轨迹方向倾角为 20，0，-20， 10bit 的像元量化等级。(5) (SSM/I)SSM/I(Special Sensor Microwave/Image)是美国国防气象卫星计划（DMSP）卫星所携带的一台星载微波辐射计。从1987年到1997年，它是世界上最先进，空间分辨率最高的星载被动微波遥感探测仪器。SSM/I的作用是收集和测量地物发射来的微波辐射通量，以供各种科学研究。These Special Sensor Microwave/Imager and Special Sensor Microwave Imager Sounder (SSMIS) data products are produced as part of NASAs MEaSUREs Program. Remote Sensing Systems generates SSM/I and SSMIS data products using a unified, physically based algorithm to simultaneously retrieve ocean wind speed (at 10 meters), atmospheric water vapor, cloud liquid water, and rain rate. This algorithm is a product of 20 years of refinements, improvements, and verifications. While the algorithms have evolved over time, a substantial background to the radiative transfer function used to derive the geophysical parameters is described in the following papers:9 简述北斗卫星系统的优劣优点：北斗导航系统是覆盖我国本土的区域导航系统。北斗增加了密语通信功能，可以进行通信。缺点：北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，换句话说就是由地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。北斗卫星系统由于设备必须包含发射机，因此在体积、重量上、价格和功耗方面处于不利的地位。北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns，精度较低。北斗导航系统的用户设备容量是有限的。时间延迟较长。10 卫星轨道名词解释轨道倾角：轨道平面与地球赤道平面的夹角星下点/天底点：地球中心与天体的连线在地球表面上的交点，卫星在地球表面的投影升轨：卫星由南向北运行降轨：卫星由北向南运行升/降轨点：卫星由南/北向北/南运动穿过赤道时，卫星星下点轨迹与赤道的交点天赤经()：春分点与升交点的交角太阳同步轨道：卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳同步卫星轨道。地球同步轨道：卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期（23小时56分4秒），且方向亦与之一致，卫星在每天同一时间的星下点轨迹相同，当轨道与赤道平面重合时叫做地球静止轨道，即卫星与地面的位置相对保持不变。高度计轨道：近赤道低倾角轨道：轨道周期：相邻两个升轨点之间的时间区间，指一颗行星(或其他天体)环绕轨道一周需要的时间。重复周期： 卫星的重复周期指卫星从某地上空开始运行,经过若干时间后再次回到原地上空所需的天数； 传感器的重复周期是卫星装载的传感器对目标完成一次全部或全球覆盖的时间周期。大地水准面：指与平均海表面最接近的地球等势面，它反映了地球内部质量和密度分布的不均匀特性。 海表面地形：海表面相对于大地水准面的距离 (海表面：高度计探测区域的平均海表)海表面高度异常：海表面相对于平均海表面的偏差， 海表面高度平均海表面高度11 仪器性能解释观测地球表面角度：空间分辨率：指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。距离分辨率：在脉冲发射方向上，能分辨两个目标的最小距离。方位分辨率：在雷达飞行方向上，能分辨两个目标的最小距离。光谱波段：光谱带宽：指谱线的空间宽度(即线色散)所对应的光谱宽度刈幅: 卫星扫过的宽度重访时间：某一地点被传感器先后两次观测的时间间隔全球覆盖周期: 指地球观测卫星对地表重复覆盖一次所需的时间。12 名词解释Irradiance（辐照度E）：单位时间内，单位面积上接受的辐射能量Brightness（辐亮度B）/Radiance（辐射度L）：沿辐射方向的单位面积单位立体角上的辐射通量Radiance Intensity（辐射强度I）：点辐射源在某一给定方向上单位立体角内的辐射通量Albedo（反照率）：在界面反射的辐照度和内部散射的辐照度之和与入射的辐照度之比。Lamber Surface（朗伯表面）：如果一个物体表面的辐射度不是(，)的函数，这样的表面被称为朗伯表面Cosine Radiance（余弦辐射体）：具有朗伯表面的辐射物体也称为余弦辐射体Emittance/Exitance（发射度M）：辐射源的自发辐射Absorptance(吸收率a)：吸收辐照度与入射辐照度之比Reflectance(反射率r)：反射辐照度与入射辐照度之比Transmittance（透射率t）：透射辐照度与入射辐照度之比体积散射相函数：入射光方向的辐照度E与辐射度L之比Rayleigh散射：由大气分子引起的散射中，由于引起散射的粒子的尺度与波长相比较小，此时散射比较微弱，这种散射称为瑞利散射。Mie散射：由气溶胶引起的散射，它发生在引起散射的粒子尺度与电磁波波长大体一致的时候。其对波长的依赖性较小。Kirchhoff Law（基尔霍夫定律）：在任一给定温度下，辐射通量密度(E)与吸收率之比对任何材料都是一个常数，并等于该温度下黑体的辐射通量密度(E)。消光系数：海洋或者大气层的衰减系数，为散射系数和吸收系数之和光学厚度：在计算辐射传输时，衰减系数沿传播路径上的积分，单位截面积上吸收和散射物质产生的总衰弱，是无量纲量。透射率：通过一段大气路径前后的辐射通量密度之比。海面粗糙度:表示海洋表面粗糙程度并具有长度量纲的特征参数。真光层: 指水层中有光线透过的部分，在真光层深度，辐照度（光能）是其表层值的1%。穿透深度: 指某种频率的电磁波向地下的穿透深度，辐照度衰减为初始值的1/e时的深度。13 写出水色遥感的大气校正方程及其各项的意义，水色遥感的现场浓度和权函数。（1）水色卫星遥感的大气校正方程可表达为 式中，代表卫探测的辐亮度，下角标代表传感器第个通道； 代表大气中分子瑞利散射的辐亮度，下标R是Rayleigh的英文首字母，大气层空气分子对所有波段电磁波的散射均属于瑞利散射； 代表气溶胶散射的辐亮度，下角标A是气溶胶的英文首字母； 代表海面的镜面反射，也称为太阳耀斑，选择合适的观测角可以避免太阳耀斑； 大气的漫透射率，是大气的直接透射率，是传感器第个通道对应的波长，是卫星天顶角，它代表卫星观测方向与被观测海面的法线之间的夹角； 是离水辐亮度，它描述被表层海水散射的太阳辐射，不是海水自发辐射，与海水发射率无关，在可见光和近红外波段，海水的自发辐射可以忽略。（2）水色遥感的现场浓度和权函数 进入海洋深处的太阳辐射仍可能通过后向散射返回海面之上，故遥感反射率的强弱依赖于在垂直剖面各层悬浮粒子的总散射效果，现场浓度需根据漫衰减系数进行加权和积分运算（Gordon和Clark,1980），对于浮游植物，现场浓度的表达式是 式中，代表在深度z处的色素浓度，代表穿透深度，权函数可近似地表达为 式中，代表漫衰减系数。 14 雷达、合成孔径雷达的空间分辨率公式。（1）雷达（微波雷达）的空间分辨率公式: 其中，是天线距离地面的高度； 是雷达发射的电磁波的波长； 是接收天线的长度（孔径）。（2）合成孔径雷达的距离分辨率公式： 其中，是观测角； 是电磁波传播速度； 是雷达脉冲持续时间，代表雷达的脉冲宽度。合成孔径雷达的方位分辨率公式： 其中，代表卫星在整个采样时间内移动的距离； 雷达发射的电磁波的波长； 是从卫星到探测点的距离； 是方位角，它代表雷达波束与卫星飞行方向之间的夹角。15 请上网查阅，进而阐述海表面温度（SST: Sea Surface Temperature）的AVHRR反演算法，或者其它任何一种物理量的任何一个传感器算法。美国国家环境卫星资料和信息服务局(NESDIS)的McClain等（1985）利用AVHRR窗区通道资料开发了SST线性算法MCSST。线性算法假设：一个窗区通道测值与实际SST值的衰减量，与两窗区通道测值的温度差呈线性关系。首先从辐射传输方程入手推导出算法，然后用船舶资料来进行比对，检验其精度。用AVHRR窗区通道观测SST，是因为按照辐射传输方程，在一均匀视场，卫星在波数观测到的辐射量，由一表面贡献项和一大气贡献项组成。对红外窗区，辐射传输方程为: （1）对红外窗区，由于地球和云反射来自天空和太阳辐射的反射辐射，与其自身的红外辐射比较可忽略；而且地球海表非常近似一黑体，因此简化形式在波段区域很有用。上述方程表明,在波数所观测到来自大气层顶的净辐射，是由部分被大气吸收的表面放射Plank辐射加上每层大气中的净放射辐射(去除其自身的吸收辐射),从而得到总的大气净辐射组成。后一项不仅是每一气压层温度的函数, 也是大气吸收气体含量浓度的函数。利用积分中值定理,辐射传输方程进一步简化为 (2)上述两个方程中,代表表面温度:可以是海表面,或是探测不到其下垫面不透明云顶;是从表面到大气层顶的透射率; 是由式(1)计算出的平均大气Plank辐射。因为在AVHRR窗区通道大气透射率接近1, 所以可用Taylor级数展开以表面温度为自变量的Plank函数B, 辐射传输方程 (2) 便由辐射量转变为温度量 (3)式中是在大气层顶测得的亮温, 是对应式(2)中的加权平均气温。在AVHRR通道4和5所用的1112波段, 大气主要吸收成分是水汽, 因此式 (3)可以按照每个通道的水汽吸收系数项和, 以及总的水汽路径长度表示, (4)其中。 把式 (4) 应用于AVHRR两个通道观测的卫星测值，一般情况下，参数将随每个观测值而变化。MCSST是这样假设情况下的一种线性方程：和为常数(或是有固定比率)，如果两个分裂窗通道对应的大气温度相等，即，或换句话说，,从而得到下面解法: （5）其中。此解法首先由美国的Prabhakara等(1974)和McMillin(1975)提出。方程（5）为MCSST算法的标准表达式，为获得最好精度，而且由于观测的是地球表面，需要考虑加入一卫星观测角订正项，因此把方程归纳为 （6）式中的系数A、B、C、D，由地面真实值作线性回归来确定。可以说式 (6) 是对分裂窗区算法标准表达式的经验修正和概括。卫星天顶角这一项，是对非星下点观测角的经验订正。另外从经验发现，式中的可给分裂窗方程带来最好的精度。这一项说明，当时，不需要天顶角订正。即在这种情况下，通道4和5的辐射几乎不存在大气净吸收；如果存在大气净吸收，它应该随大气路径长度的增加而增加。16 简要介绍下列卫星：EOS、AQUA、TERRA、ENVISAT、TOPEX/Poseidon，写出发射时间、资助国家或机构、携