2025年大学《地球信息科学与技术》专业题库- 海洋遥感技术在海洋环境监测中的应用

2025年大学《地球信息科学与技术》专业题库——海洋遥感技术在海洋环境监测中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填在题后括号内）1.以下哪种传感器属于主动式微波遥感器？（）A.红外辐射计B.光学多光谱扫描仪C.合成孔径雷达（SAR）D.被动微波辐射计2.海洋水色遥感主要利用哪个波段的信息来反演水体中的浮游植物浓度？（）A.红外波段B.可见光波段C.微波波段D.X射线波段3.用于监测海面温度的主要传感器类型是？（）A.散射计B.激光雷达C.红外辐射计D.雷达高度计4.下列哪项不是海洋遥感数据的主要来源平台？（）A.遥感卫星B.飞机C.船舶D.人造地球卫星5.海洋遥感中，利用雷达信号后向散射强度变化监测海面风场的原理是基于？（）A.水体热辐射特性B.海面波浪与风的相互作用C.水体光学散射特性D.水体电导率变化6.下列哪种参数是影响光学海洋遥感数据质量的关键大气因素？（）A.海拔高度B.海水密度C.大气水汽含量D.海底地形7.赤潮监测中，遥感技术主要利用赤潮藻华水体与周围清水的何种差异？（）A.温度差异B.电导率差异C.光学特性差异D.密度差异8.卫星遥感获取的海洋数据产品，通常需要进行几何校正，其主要目的是消除什么误差？（）A.大气吸收误差B.传感器噪声误差C.地面目标几何形状变形D.海水温度变化误差9.合成孔径雷达（SAR）能够全天候、全天时工作，其主要优势在于克服了什么限制？（）A.云雨干扰B.光照条件限制C.海水浑浊度限制D.海面温度限制10.在海洋环境要素遥感反演中，利用多个波段信息构建的“指数”方法，通常指的是？（）A.植被指数B.海表温度算法C.水体质量指数（如叶绿素指数）D.海流速度算法二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题后横线上）1.海洋遥感技术根据是否发射电磁波，可分为__________遥感和__________遥感。2.传感器的主要技术指标包括空间分辨率、辐射分辨率、__________分辨率和时间分辨率。3.反演海表温度（SST）的主要物理基础是海面红外辐射的__________特性。4.利用卫星雷达高度计测量海面高度，可以间接推算__________和__________等参数。5.为了提高光学遥感监测海洋水色要素的精度，通常需要进行__________校正。6.__________是目前应用最广泛的被动式微波传感器，可用于测风、测温和海冰监测。7.海洋遥感数据在应用于环境监测时，必须考虑其__________和__________的问题。8.赤潮发生后，水体颜色通常会呈现红色、棕色或绿色，这是其__________发生变化的结果。9.海岸带遥感监测的主要对象包括海岸线变化、__________、红树林等。10.__________技术是海洋遥感发展的一个重要趋势，能够提供更精细的空间信息。三、名词解释（每题3分，共15分）1.海洋遥感2.大气校正3.合成孔径雷达（SAR）4.叶绿素浓度（Chl-a）遥感反演5.海面风场遥感四、简答题（每题5分，共20分）1.简述被动式海洋遥感与主动式海洋遥感的区别。2.简述光学遥感监测海表温度的主要原理和面临的主要挑战。3.简述合成孔径雷达（SAR）在海洋环境监测中至少三种不同的应用。4.简述进行海洋遥感数据大气校正的必要性和主要方法类型。五、论述题（每题10分，共20分）1.论述海洋水色遥感反演叶绿素浓度主要涉及的物理基础、常用算法及其局限性。2.结合实例，论述海洋遥感技术在近海环境监测（如赤潮预警、海岸带管理）中的重要作用及应用前景。试卷答案一、选择题1.C解析：主动式遥感是指传感器主动发射电磁波并接收目标反射回的信号，合成孔径雷达（SAR）符合此定义。红外辐射计、光学扫描仪是被动式，被动微波辐射计也是被动式。2.B解析：水体中的浮游植物含有叶绿素等色素，会吸收红光和蓝绿光，而在绿光波段反射最强，因此光学水色遥感主要利用可见光波段，特别是蓝绿光波段信息。3.C解析：红外辐射计通过探测海面发射的红外辐射能量来确定海面温度，是监测海表温度最主要的技术手段。4.D解析：遥感卫星是轨道平台，飞机和船舶是航空和航天平台，人造地球卫星通常指运行在地球轨道上的卫星，在此语境下与前两者并列，属于航天平台。题干问的是“主要来源平台”，D选项不够明确，通常指特定任务的航天平台，而飞机和船舶也是重要平台。5.B解析：海面风会引起波浪，波浪的运动与风之间存在密切的物理关系，雷达发射电磁波掠过海面，海面波浪的形态会改变雷达波的回波强度和相位，通过分析后向散射信号的变化可以反演风场信息。6.C解析：大气中的水汽、气溶胶等会吸收和散射电磁波，影响到达传感器的信号强度和质量，尤其对可见光和红外波段影响显著，是光学海洋遥感数据质量的主要限制因素。7.C解析：赤潮藻华含有特殊的色素（如藻红素、叶绿素等），其光谱反射/吸收特性与周围清洁海水不同，导致水体颜色发生改变，这是遥感识别赤潮的主要物理依据。8.C解析：几何校正是指将传感器获取的原始图像上的像素点坐标，转换到地球表面实际地理坐标的过程，目的是消除由于传感器成像几何关系、地球曲率、大气折射等因素引起的图像几何变形。9.A解析：雷达是微波波段，具有较强的穿透云、雾、雨、雪的能力，因此SAR可以实现全天候、全天时的海洋观测，克服了光学遥感受天气条件限制的缺点。10.C解析：水体质量指数（如叶绿素指数、悬浮泥沙指数等）通常是通过构建包含红、绿、蓝等多个波段信息的线性或非线性组合公式（即指数），来估算水体中特定组分浓度的经验方法。二、填空题1.主动式，被动式解析：根据遥感系统是否主动发射电磁波进行分类。2.时间解析：传感器技术指标通常包括空间、辐射、光谱和时间分辨率。3.发射解析：红外辐射计测量的是海面自身发射的红外辐射能量，其强度与温度呈正相关，利用这一物理特性可以反演海温。4.海流，潮汐解析：卫星雷达高度计通过精确测量卫星到海面的距离，可以获取海面高度异常信息，结合模型可以反演海面地形，进而研究海流和潮汐现象。5.辐射解析：大气中的水汽、气溶胶等会吸收和散射太阳辐射，导致传感器接收到的信号与地物真实辐射能量不一致，因此需要进行辐射校正以消除大气影响。6.微波辐射计解析：微波辐射计是被动式微波传感器，通过测量海面发射的微波辐射来探测海面温度、海冰等。7.精度，可靠性解析：环境监测应用要求遥感数据不仅能准确反映真实情况（精度），还要稳定可靠，能够用于持续的监测和评估。8.光学特性解析：赤潮藻华因其细胞内含有的色素（如藻红素、叶绿素等）种类和含量发生变化，导致其整体光学性质（吸收、反射、散射）与周围水体不同，从而在遥感图像上呈现不同的颜色。9.湿地解析：海岸带遥感监测涉及陆海交接带的动态变化，主要对象包括海岸线侵蚀或淤积、海涂/湿地萎缩或扩张、红树林分布与变化等。10.高分辨率解析：高分辨率遥感技术能够提供更精细的空间细节，对于监测小范围、高分辨率的海洋环境现象（如微��、近岸污染、小型赤潮等）至关重要，是当前发展的重要方向。三、名词解释1.海洋遥感：利用人造或天然的传感器，以电磁波作为信息载体，远距离探测、感知、记录、处理和描绘海洋环境及其现象的物理、化学、生物特性与状态的综合性技术。2.大气校正：指消除或减弱大气对电磁波传播的影响，恢复地物（此处指海洋表面）真实辐射亮度的数据处理过程。3.合成孔径雷达（SAR）：一种主动式微波遥感器，通过发射微波脉冲并接收目标回波，利用信号处理技术将短小的实际天线孔径在空间上“合成”成一个长天线孔径的效果，从而获得高分辨率图像。4.叶绿素浓度（Chl-a）遥感反演：指利用光学遥感器获取的海水光谱信息，通过建立遥感反演模型，估算海洋表层或一定水层内浮游植物叶绿素a浓度的过程。5.海面风场遥感：指利用遥感技术（主要是微波遥感，如散射计、雷达高度计）获取海面风场信息（风速、风向）的过程。四、简答题1.被动式海洋遥感利用传感器接收自然辐射源（如太阳辐射反射到海面或海面自身发射的红外辐射）的信息来探测海洋。其优点是无需自备能源，可获取连续长时间序列数据；缺点是受太阳光照条件限制（白天可见光/热红外，夜晚热红外），且易受大气影响。主动式海洋遥感则利用传感器自身发射电磁波，并接收目标（如海面、海冰、海底）反射或散射的信号来探测海洋。其优点是可以全天候、全天时工作，穿透性较好（如微波）；缺点是需要自备能源，数据获取通常是间歇性的，且可能对目标产生干扰。2.光学遥感监测海表温度（SST）的主要原理是利用红外辐射计测量海面自身发射的红外辐射能量。根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射的能量与其绝对温度的四次方成正比，海面可以近似看作黑体或灰体。通过测量海面红外辐射的强度，结合大气订正等，可以反演得到海表温度。主要挑战包括：①大气衰减和散射会削弱到达传感器的红外辐射，需要进行精确的大气校正；②云层覆盖会完全阻挡红外辐射，导致数据缺失；③海面状况（如波纹、油膜、悬浮物）会影响红外辐射出射特性，引入误差。3.合成孔径雷达（SAR）在海洋环境监测中的主要应用包括：①测风：利用海面波浪对雷达波的调制效应，反演海面风速和风向，是SAR最成熟的应用之一。②海冰监测：识别海冰类型（多年冰、一年冰、海冰边缘）、估算海冰密集度、监测海冰漂移和碰撞。③海岸线变化监测：精确测绘海岸线、潮滩、湿地等陆海边界线的动态变化。④洋流监测：通过分析海面表面流致重力波或利用雷达后向散射信号的时空变化特征，辅助监测洋流。⑤水下地形反演：利用海面回波特征，在一定条件下反演近岸或浅海地形。4.进行海洋遥感数据大气校正的必要性在于：大气中的水汽、气溶胶、云层等会吸收和散射来自海洋的电磁波，导致传感器接收到的信号与海面真实辐射能量之间存在偏差，从而影响遥感反演结果的精度。如果不进行大气校正，反演出的海洋环境要素（如海温、叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度等）会存在系统性误差。主要方法类型包括：①半分析算法：基于大气辐射传输模型和实测或模拟大气参数，同时反演大气参数和海面参数。②准分析算法：利用经验模型或半经验半物理模型，结合大气参数信息，对海面辐射进行修正。③经验算法：利用经验系数或比值关系（如暗目标法、相对亮度法）来近似消除大气影响，简单快速但精度相对较低。五、论述题1.海洋水色遥感反演叶绿素浓度主要涉及的物理基础是浮游植物对光的选择性吸收和散射特性。叶绿素等色素主要吸收蓝光（约430-470nm）和红光（约660-680nm），而在绿光波段（约500-560nm）反射最强。不同种类、密度和生理状态的浮游植物，其色素含量和组成不同，导致水体在蓝绿光和红光波段的吸收和散射特性各异。遥感器通过测量水体的光谱反射率或辐亮度，获取这些波段的信息。常用的算法方法主要有：①经验算法：基于特定水体或区域的实测数据，建立叶绿素浓度与光谱特征（如Rrs412,Rrs670等）的经验关系或指数（如Lambert-Beer定律的简化形式、经验系数法）。②半经验半物理算法：结合水体光学模型（如MODTRAN等）模拟大气影响和水中物质对光的相互作用，但模型参数需要经验确定。③物理模型算法：基于详细的水体光学理论模型，输入水体组分浓度（包括叶绿素）等信息，反演出光谱反射率，然后反求叶绿素浓度。其局限性主要表现在：①水体光学特性受多种因素（叶绿素、悬浮泥沙、黄色物质、浮游动物等）共同影响，且它们之间存在相互作用，分离难度大，易产生误差。②经验算法的普适性有限，在不同水体、不同条件下精度可能下降。③模型算法计算复杂，且模型参数的准确性直接影响反演结果。④遥感反演通常是表层浓度，对水层积分浓度需要进行假设或结合其他数据源。2.海洋遥感技术在近海环境监测中发挥着至关重要的作用，并展现出广阔的应用前景。其重要作用体现在：①赤潮预警与监测：通过光学遥感器监测海水颜色变化，可及时发现、定位和追踪赤潮的发生发展，为预警预报提供关键数据，有助于保护渔业资源和生态环境。②水质监测：利用遥感技术反演叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度等水质参数，可以大范围、动态地监测近海水质变化，识别污染源和扩散范围，为水环境管理提供依据。③海岸带动态监测：利用SAR或高分辨率光学影像，可以精确监测海岸线侵蚀/淤积、海涂湿地变化、红树林分布与破坏等情况，为海岸带资源保护和可持续发展提供决策支持。④渔业资源调查：通过