水體和海洋遙感

水體和海洋遙感第一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十三章水體和海洋遙感§13.1概況§13.2水體遙感原理§13.3海洋衛(wèi)星及遙感器第二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/12§13.1概況第三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/13§13.1概況地球表面面積100地表開(kāi)放水體74全球海洋面積71第四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/14§13.1概況海洋是人類(lèi)最大的資源寶庫(kù)。它蘊(yùn)藏極為豐富的礦物資源、生物、化學(xué)資源和能源，尤其在人口增長(zhǎng),陸上資源大量消耗的情況下,海洋將日益成為人類(lèi)獲得食品、能源、原材料的基地。第五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/15§13.1概況研究全球環(huán)境,不能脫離了占全球面積71%的海洋。遙感能提供大尺度、動(dòng)態(tài)的觀測(cè)，且不受地理位置、天氣和認(rèn)為條件限制，恰好適用于對(duì)茫茫大海的觀測(cè)。遙感是研究海洋最重要的探測(cè)手段之一，所以美國(guó)、前蘇聯(lián)、歐洲空間局、日本、加拿大等均先后發(fā)射了海洋衛(wèi)星，我國(guó)也發(fā)射了自己的海洋衛(wèi)星。第六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/16§13.2水體遙感原理13.2.1水體光譜特征1.水體界限的確定2.水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系3.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系4.水體光譜特征與水深的關(guān)系5.水體光譜特征與水溫的關(guān)系6.水體光譜特征與水體污染物的關(guān)系13.2.2水體的微波輻射特征第七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1713.2.1水體光譜特征對(duì)水體來(lái)說(shuō)，水的光譜特征主要是由水本身的物質(zhì)組成決定，同時(shí)又受到各種水狀態(tài)的影響。0.76可見(jiàn)光波段近紅外、短波紅外可見(jiàn)光波段可見(jiàn)光波段3%～10%5%藍(lán)青綠黃橙紅對(duì)于清水，在藍(lán)—綠波段反射率4%～5%,0.6μm以下的紅光部分反射率降到2%～3%水的吸收少反射率較低大量透射可見(jiàn)光反射包含：水表面反射、水體底部物質(zhì)反射、水中懸浮物質(zhì)反射3個(gè)方面。幾乎吸收全部入射能量水體在近紅外、短波紅外這兩個(gè)波段的反射能量很小。這一特征與植被和土壤光譜有十分明顯的差異，因而在紅外波段識(shí)別水體是較容易的。0.8?第八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1813.2.1水體光譜特征圖13.2反映了水的光譜遞減規(guī)律，由于水在紅外波段的強(qiáng)吸收，水體的光學(xué)特征集中表現(xiàn)在可見(jiàn)光在水體中的輻射傳輸過(guò)程。它包括界面的反射、折射、吸收、水中懸浮物質(zhì)的多次散射（體散射特征）等。這些過(guò)程及水體“最終”表現(xiàn)出的光譜特征又是由以下因素決定的：水面的入射輻射、水的光學(xué)性質(zhì)、表面粗糙度、日照角度與觀測(cè)角度、氣-水界面的相對(duì)折射率以及在某些情況下還涉及水底反射等。第九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1913.2.1水體光譜特征到達(dá)水面的入射光（太陽(yáng)光和天空光）它的強(qiáng)度與水面性質(zhì)有關(guān)：表面粗糙度、水面浮游生物、水面冰層、泡沫帶等。3.5%水面散射光Ls少量水體本身信息其余的光經(jīng)折射、透射進(jìn)入水中，大部分被水分子吸收和散射，以及被水中懸浮物質(zhì)所散射、反射、衍射成水中散射光。它的強(qiáng)度與水的混濁度成正相關(guān)，與水的深度成正相關(guān)。部分衰減后的水中散射光到達(dá)水體底部形成底部反射光它的強(qiáng)度與水的混濁度成正相關(guān)，與水的深度成負(fù)相關(guān)水中散射光的向上部分及淺海條件下的底部反射光共同組成Lw水中光或稱(chēng)離水反射輻射。天空散射光Lp遙感器接收L=Lw+Ls+Lp第十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/11013.2.1水體光譜特征L(接收)=Lw(水中光)+Ls水面反射光)+Lp(天空散射光)它們是波長(zhǎng)、高度、入射角、觀測(cè)角的函數(shù)其中前兩部分包含有水的信息，因而可以通過(guò)高空遙感手段探測(cè)水中光和水面反射光，以獲取水色、水溫、水面形態(tài)等信息，并由此推測(cè)有關(guān)浮游生物、渾濁水、污水等的質(zhì)量和數(shù)量以及水面風(fēng)、浪等有關(guān)信息。第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/11113.2.1水體光譜特征說(shuō)明1：上述的水體的散射和反射主要出現(xiàn)在一定深度的水體中，稱(chēng)之為“體散射”。水體的光譜特性主要是通過(guò)透射率,而不僅是通過(guò)表面特征確定的，它包含了一定深度水體的信息，且這個(gè)深度及反映的光譜特性是隨時(shí)空而變化的。水色(水體的光譜特性)主要決定于水體中浮游生物含量(葉綠素濃度)、懸浮泥沙含量（混濁度）、營(yíng)養(yǎng)鹽含量（黃色物質(zhì)、溶解有機(jī)物質(zhì)、鹽度指標(biāo)）以及其他污染物、底部形態(tài)（水下地形）、水深等因素。第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/11213.2.1水體光譜特征大量研究表明,葉綠素、懸浮泥沙等主要水色要素的垂直分布并非均勻的(見(jiàn)圖13.4)。水體中的水分子和細(xì)小懸浮質(zhì)(粒徑<<波長(zhǎng))造成大部分短波光的瑞利散射(散射系數(shù)與波長(zhǎng)的4次方成反比,波長(zhǎng)越短,散射越強(qiáng))，因此較清的水或深水體呈藍(lán)或藍(lán)綠色(清水光的最大透射率出現(xiàn)在0.45～0.55μm，其峰值波長(zhǎng)約為0.48μm。第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/11313.2.1水體光譜特征說(shuō)明2：離開(kāi)水面的輻射部分(即水中光經(jīng)折射出水面的部分)，除了水中散射的向上部分外，還包含在日光激勵(lì)下水中葉綠素經(jīng)光合作用所發(fā)出的的熒光。第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/11413.2.1水體光譜特征說(shuō)明3：水面入射光譜中，僅有可見(jiàn)光（0.4～0.76μm才透射入水，其他波段的入射光或被大氣吸收或被水體表面吸收，如圖13.5所示。該圖中還顯示藍(lán)光(0.4～0.5μm)水的透射性最好，對(duì)于清潔水可達(dá)幾十米。第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/11513.2.1水體光譜特征13.2.1水體光譜特征1.水體界限的確定2.水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系3.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系4.水體光譜特征與水深的關(guān)系5.水體光譜特征與水溫的關(guān)系6.水體光譜特征與水體污染物的關(guān)系第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1161.水體界限的確定在可見(jiàn)光范圍內(nèi),水體的反射率總體上比較低,不超過(guò)10%，一般為4%～5%,并隨波長(zhǎng)的增大逐漸降低,到0.6μm處約2%～3%，過(guò)了0.75μm，水體幾乎成為全吸收體。因此，在近紅外的遙感影像上，清澈的水體呈黑色。為區(qū)分水陸界線(xiàn)，確定地面上有無(wú)水體覆蓋，應(yīng)選擇近紅外波段影像。第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1172.水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系水中葉綠素濃度是浮游生物分布的指標(biāo),是衡量水體初級(jí)生產(chǎn)力(水生植物的生物量)和富營(yíng)養(yǎng)化作用的最基本的指標(biāo)。它與水體光譜響應(yīng)間關(guān)系的研究是十分重要的。當(dāng)然，這種指示作用的有效性海域還與浮游植物光合作用的環(huán)境因素(如營(yíng)養(yǎng)鹽、溫度、透明度等)以及葉綠素含量變化的制約條件有關(guān)。第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1182.水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系一般說(shuō)來(lái)，隨著葉綠索含量的不同，在0.43～0.70μm光譜段會(huì)有選擇地出現(xiàn)較明顯差異。圖13.6顯示不同葉綠索含量水面光譜曲線(xiàn)。第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1192.水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系從圖中可見(jiàn)，在波長(zhǎng)0.44μm處有個(gè)吸收峰。0.4～0.48μm(藍(lán)光)反射輻射隨葉綠索濃度加大而降低；在波長(zhǎng)0.52μm處出現(xiàn)“節(jié)點(diǎn)”，即該處的輻射值不隨葉綠素含量而變化；在波長(zhǎng)0.55μm處出現(xiàn)反射輻射峰，并隨葉綠素含量增加，反射輻射上升；在波長(zhǎng)0.685μm附近有明顯的熒光峰(圖13.7)。第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1202.水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系圖13.8反映航空遙感所測(cè)的不同葉綠素濃度的海水的光譜響應(yīng)差異。從圖中可見(jiàn)，當(dāng)葉綠素濃度增加時(shí)，可見(jiàn)光的藍(lán)光部分的光譜反射率明顯下降，但綠光部分的反射率則上升。第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1212.水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系利用葉綠素濃度與光譜響應(yīng)間的這些明顯特征，人們采用不同波段比值法或比值回歸法等，以擴(kuò)大葉綠素吸收(0.44μm附近藍(lán)光波段)與葉綠素反射峰(0.55μm附近綠光波段)或熒光峰(0.685μm附近的紅光波段)間的差異，提取葉綠素濃度信息，以指示并遙感監(jiān)測(cè)水體(海洋)的初級(jí)生產(chǎn)力水平。以L(fǎng)andsat/TM為例(略)。P418第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1223.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系自然因素和人類(lèi)活動(dòng)造成水土流失、河流侵蝕，河流帶走了大量泥沙入湖入海，是水中懸浮泥沙物質(zhì)的主要來(lái)源。這些泥沙物質(zhì)進(jìn)入水體，引起水體的光譜特性發(fā)生變化。水體反射率與水體混濁度之間存在著密切的相關(guān)關(guān)系(正相關(guān))。隨著水中懸浮泥沙濃度增加，即水的混濁度增加，水體在整個(gè)可見(jiàn)光譜段的反射亮度增加，同時(shí)反射峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)（“紅移”），即從藍(lán)(B)→綠(G)→更長(zhǎng)波段(0.5μm以上)移動(dòng)，而且反射峰值本身形態(tài)變得更寬。第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1233.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系如圖13.2所示，自然環(huán)境下測(cè)量的清水(清澈湖水，懸浮泥沙含量10mg/L)和濁水(混濁泥水，懸浮泥沙含量達(dá)99mg/L)的反射光譜曲線(xiàn)有著明顯的差異，濁水的反射率比清水高得多，且與清水相比濁水的反射峰值都出現(xiàn)在更長(zhǎng)的波段。正因?yàn)樗c泥沙含量關(guān)系密切，水色成為泥沙含量的較精確的一種指標(biāo)。水色隨混濁度的增加，由藍(lán)→綠→黃，當(dāng)水中泥沙含量近于飽和時(shí)，水色也接近泥沙本身的光譜。第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1243.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系圖13.9為長(zhǎng)春遙感試驗(yàn)對(duì)7種不同懸浮泥沙濃度的水庫(kù)進(jìn)行反射率測(cè)定，所得的水體反射光譜曲線(xiàn)與泥沙濃度的關(guān)系。圖示，隨著水中懸浮泥沙濃度的增加及泥沙粒徑的增大，水體的反射率增大，反射峰值向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，但由于受到0.93μm、1.13μm紅外強(qiáng)吸收的影響，反射峰值移到0.8μm終止(可能有系統(tǒng)誤差)。第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1253.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系一般說(shuō)來(lái)，對(duì)可見(jiàn)光遙感而言，波長(zhǎng)0.43μm～0.65μm為測(cè)量水中葉綠素含量的最佳波段；0.58μm～0.68μm對(duì)不同泥沙濃度出現(xiàn)輻射峰值，即對(duì)水中泥沙反映最敏感，是遙感監(jiān)測(cè)水體混濁度的最佳波段，被NOAA，風(fēng)云氣象衛(wèi)星及海洋衛(wèi)星選擇。因此，調(diào)查水色多選用0.45μm～0.65μm譜段。第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1263.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系當(dāng)然，泥沙含量的多寡具有多譜段響應(yīng)的特性。因而水中泥沙含量信息的提取除用可見(jiàn)光紅波段數(shù)據(jù)外還多用近紅外波段數(shù)據(jù)(與紅波段數(shù)據(jù)正相反，其光譜反射率較低，且受水體懸浮泥沙含量的影響不大)，利用兩波段的明顯差異，選用不同組合可以更好地表現(xiàn)出海中懸浮泥沙分布的相對(duì)等級(jí)。第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1273.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系如何運(yùn)用遙感獲取的水體光譜數(shù)據(jù)提取出水中懸浮泥沙的專(zhuān)題信息，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)之進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，分別建立起不同的理論或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑏?lái)定量表達(dá)懸浮泥沙含量與遙感數(shù)據(jù)間的關(guān)系，反演懸浮泥沙含量，大致可分為：(1)基于統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?略)。P420(2)基于灰度系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的模型(略)。P420第二十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1284.水體光譜特征與水深的關(guān)系水深：指水的穿深能力，即水體的透光性能。它是由衰減長(zhǎng)度來(lái)衡量的。衰減長(zhǎng)度：是表示水中能見(jiàn)度的一個(gè)量度單位，一個(gè)衰減長(zhǎng)度被定義為向下輻照度等于表面輻照度的1/e(或37%)的長(zhǎng)度。水體本身的光譜特征是與水深相關(guān)的。第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1294.水體光譜特征與水深的關(guān)系圖13.10顯示，清澈水體隨水深的增加(0～0.2m～2m～20m)，其光譜特征的變化。陽(yáng)光透入清水的光譜特征，近水面的曲線(xiàn)形態(tài)近似于太陽(yáng)輻射，但隨著水深的增大，水體對(duì)光譜組成的影響增大。在水深20m處，近紅外波段的能量幾乎不存在，僅保留了藍(lán)、綠波段能量。所以藍(lán)綠波段對(duì)研究水深和水底特征是有效的。第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1304.水體光譜特征與水深的關(guān)系光對(duì)水的穿深能力，除了受波長(zhǎng)的影響外，還受到水體混濁度的影響。圖13.11顯示不同混濁度水體的不同光譜衰減特征。圖示，隨著懸浮物質(zhì)含量(混濁度)的增加，反射率明顯增強(qiáng)，透射率明顯下降，衰減系數(shù)增大，光對(duì)水的穿深能力減弱，最大透射波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1314.水體光譜特征與水深的關(guān)系對(duì)于清水，光的最大透射波長(zhǎng)為0.45～0.55μm，其峰值波長(zhǎng)約0.48μm，位于藍(lán)綠波段區(qū)。水體在此波段，散射最弱，衰減系數(shù)最小、穿深能力(即透明度)最強(qiáng)，記錄水體底部特征的可能性最大；在紅光區(qū)，由于水的強(qiáng)吸收作用，僅能反映水陸差異。正因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的光對(duì)水體的透射作用和穿深能力不同，所以水體不同波段的光譜信息中，實(shí)際上反映了不同厚度水體的信息特征，包涵了“水深”的概念。第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1324.水體光譜特征與水深的關(guān)系比如：一般藍(lán)綠波段穿透深度約10～20m，則水體對(duì)應(yīng)的像元可能反映約10～20m厚度水體的綜合光譜特性(清水則可能穿深30m)；而紅波段穿透深度約2m，則可能反映約2m厚度水體的綜合光譜信息。正如前述，水體的光譜特性主要是通過(guò)體散射，而不僅是表面反射測(cè)定的，這與陸地截然不同。第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1334.水體光譜特征與水深的關(guān)系實(shí)際上影響遙感入水深度的因素很多。除了波長(zhǎng)、水體混濁度外，還與水面太陽(yáng)輻照度E(λ)—是太陽(yáng)天頂角θ、太陽(yáng)方位角?的函數(shù)，水體的衰減系數(shù)α(λ)、水體底質(zhì)的反射率ρ(λ)、海況、大氣效應(yīng)等有關(guān)。P422第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1345.水體光譜特征與水溫的關(guān)系遙感器所探測(cè)的熱紅外輻射強(qiáng)度得到的水體溫度是水體的亮度溫度(輻射溫度)，本應(yīng)考慮水的比輻射率，方可得到水體的真實(shí)溫度(物理溫度)。但在實(shí)際觀測(cè)中由于水的比輻射率接近于1(近似黑體)，在波長(zhǎng)6～14μm段尤為如此(圖13.13)。因此往往用所測(cè)的亮度溫度表示水體溫度。第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1355.水體光譜特征與水溫的關(guān)系另外，由于水體熱容量大、熱慣量大、晝夜溫差小，且水體內(nèi)部以熱對(duì)流方式傳輸熱量，所以水體表面溫度較為均一，空間變化??；但是大氣效應(yīng)，特別是大氣中水汽含量，對(duì)水溫測(cè)算精度影響較大，因此，遙感估算水溫時(shí)，必須進(jìn)行大氣糾正。水面遙感測(cè)溫及水面大氣糾正均比陸地表面的簡(jiǎn)單和成熟(遙感溫度反演請(qǐng)參看第4章有關(guān)內(nèi)容)。第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1365.水體光譜特征與水溫的關(guān)系盡管，由于水體(這里主指海洋)中葉綠素、混濁度、表面形態(tài)、表面熱特征不一，使水體具有不同的光譜特征；盡管不同波譜段對(duì)水體由不同穿透能力，同一譜段對(duì)不同類(lèi)型水體有不同穿透能力等，造成水體光譜特征的差異。但是，水體整體反射率低(<10%)，相互之間的光譜差異小，與陸地上地物光譜特征間差異相比要小得多，因而所得的海洋遙感圖像反差很低，可以獲得的信息十分有限。第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1375.水體光譜特征與水溫的關(guān)系再加上，海洋信息的獲取還受到多變的海洋環(huán)境的干擾，如太陽(yáng)入射角、觀察高度、海-氣條件(云層、海冰、海浪、傳播方向等)、底質(zhì)條件、水深以及水體本身不同的生物、化學(xué)、物理因素等。因此，對(duì)水體遙感尤其是海洋遙感來(lái)說(shuō)，光學(xué)遙感(主要是可見(jiàn)光遙感)顯然是不夠的，除了采用可見(jiàn)光、紅外波段以外，還需更有效的電磁波譜段—微波等。第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/1386.水體光譜特征與水體污染物的關(guān)系當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，有可能采用遙感的方法探測(cè)到水體的污染：(1)水體污染物濃度較大且使水色顯著地變黑、變紅或變黃，并與背景水色有較大的差異時(shí)。如上海的蘇州河在污染最嚴(yán)重時(shí)，黑色的河水注入黃浦江，并與黃色的黃埔江水形成明顯的差異色調(diào)，可以在可見(jiàn)光波段的影像上被識(shí)別出來(lái)。(2)水體高度富營(yíng)養(yǎng)化，受到嚴(yán)重的有機(jī)污染，浮游生物濃度高時(shí)，與背景水體的差異也可以在近紅外波段影像上被識(shí)別。(3)水體受到熱污染，與周?chē)w由明顯溫差，可以在熱紅外波段影像上被識(shí)別。(4)其他情況，如水上油溢污染可使紫外波段和近紅外波段的反射率增高，有可能被探測(cè)出來(lái)。第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/13913.2.2水體的微波輻射特征這里的水體主要指海洋，海洋的微波輻射取決于2個(gè)主要因素：(1)海面及一定深度的復(fù)介電常數(shù)(ε)。它反映海水的電學(xué)性質(zhì)，由表層物質(zhì)組成及溫度所決定。海水是由各種鹽類(lèi)、有機(jī)質(zhì)、懸浮粒等組成的復(fù)雜水體。從微波輻射角度，海水可視為含NaCl等鹽類(lèi)的導(dǎo)電溶液。海水的介電常ε是海水溫度、鹽度的函數(shù)。因而海洋微波遙感可以測(cè)得海面及水面下一定深度的溫度和含鹽度等信息。第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/14013.2.2水體的微波輻射特征(2)海面粗糙度——海面至一定深度內(nèi)的幾何形狀結(jié)構(gòu)。從這一角度可將海面分為4類(lèi)：(1)平靜海面：海面無(wú)風(fēng)或風(fēng)速很小，可用物理光學(xué)理論處理，當(dāng)水面粗糙度較微波波長(zhǎng)小得多時(shí)，可視為平坦表面，以鏡面反射為主。(2)風(fēng)浪海面：海面有波浪而成為一個(gè)隨機(jī)起伏的粗糙面。此時(shí)電磁波在界面上產(chǎn)生復(fù)雜多變的多次反散和散射，散射回波增強(qiáng)。同時(shí)，大風(fēng)浪海面往往伴有泡沫帶(含大量氣泡和水滴)。它的特征除與輻射亮度溫度有關(guān)外，還與海浪譜、海面風(fēng)速等有關(guān)。(3)污染海面：一般指油污染等形成兩層介質(zhì)，引起亮度溫度的顯著差異。油膜使海平面趨于平滑，減弱回波強(qiáng)度，而呈黑色。(4)凍結(jié)海面：海面有海冰、冰山等，由于冰雪的介電常數(shù)較水體小，引起亮度溫度的明顯差異第四十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/141§13.3海洋衛(wèi)星及遙感器針對(duì)上述的水體波譜特征及海洋的特點(diǎn)，海洋遙感需要有自己的特的研究手段和遙感器，歸納起來(lái)海洋遙感有以下特點(diǎn)：(1)大尺度、同步覆蓋。由于海洋現(xiàn)象范圍大、幅度大、變速快，因而海洋遙感需航天高平臺(tái)的宏觀、同步觀察。(2)在海洋光學(xué)遙感中，海洋向上反射的能量?jī)H是陸地的0.1～0.05倍，且動(dòng)態(tài)范圍很小。海洋的光譜特征差異小，并受干擾因素大，因此要獲得海洋環(huán)境的光學(xué)信息，其光學(xué)遙感器必須具有較窄的光譜譜段(帶寬)，較大的瞬時(shí)視場(chǎng)角，因而其空間分辨率較低。第四十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/142§13.3海洋衛(wèi)星及遙感器(3)在衛(wèi)星遙感中，由于水體向上的反射輻射能太低，衛(wèi)星探測(cè)器所接收的輻射能量中85%來(lái)自大氣的干擾(大氣程輻射遠(yuǎn)大于離水反射輻射)，因此對(duì)水體(海洋)遙感而言，排除大氣的干擾尤為重要。(4)海洋微波遙感，一方面，海洋光譜特征差異小，且大氣干擾大，使海洋光學(xué)遙感受到很大限制，需要具有穿云破霧能力的微波，以獲取全天時(shí)、全天候的海洋信息；另一方面，海洋光學(xué)遙感對(duì)于海面形態(tài)等海況研究，已顯得無(wú)能為力，需要能提供大量海溫、海水含鹽度、海面形態(tài)結(jié)構(gòu)等信息的海洋微波遙感。第四十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/143§13.3海洋衛(wèi)星及遙感器(5)海洋有一定深度。微波與可見(jiàn)光一樣，在水中極速衰減，微波穿透海水的深度也僅有厘米的量級(jí)，這顯然是不夠的，必須開(kāi)拓新的探測(cè)途徑。激光可使遙測(cè)水深有了擴(kuò)大；而聲波在水中的傳播性能好(約1500m/s)，可以克服遙感在深度上的的局限。聲納用于探測(cè)海底。目前能測(cè)的最大范圍距船22km(側(cè)視)、分辨率為7m。我國(guó)自制的海底剖面儀、側(cè)向掃描聲納最大作用深度50m，均為回聲信號(hào)自記，可為研究水下地貌、沉積類(lèi)型、結(jié)構(gòu)等為水利施工提供可靠依據(jù)。(6)海洋遙感需要海洋調(diào)查船、海洋浮標(biāo)、海洋潛水器等海洋實(shí)測(cè)資料的支持，以作為海洋遙感探測(cè)器標(biāo)定的依據(jù)。第四十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日2023/6/14413.3.1海洋衛(wèi)星系列1978年6月22日美國(guó)發(fā)射了第一顆海洋衛(wèi)星Seasat-A，開(kāi)創(chuàng)了海洋衛(wèi)星遙感的新紀(jì)元。隨后，許多國(guó)家陸續(xù)研制和發(fā)射了專(zhuān)題目的明確的海洋水色衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋綜合探測(cè)衛(wèi)星。目前世界各國(guó)的海洋衛(wèi)星和以海洋觀測(cè)為主的在軌衛(wèi)星已有30多顆。第四十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日20