第三章 海洋遥感卫星与传感器 - 海洋遥感
海洋水色遥感 海洋遥感PPT课件
2021/6/17
第28页/共63页
5.4 海洋水色要素浓度反演
（1）叶绿素浓度反演
a.代数法（基于模型的解析算法）
浮游植物色素浓度C的反演：
利用吸收系数：
a( ) aw ( ) f1 ( ) exp( f 2 ( )) C
利用衰减系数：
b( 500 nm) 0.3C 0.62
4.海洋水色遥感的几个基本概念
a. 海洋水体分类
根据Morel等提出的双向分类法，可分为：
- Ⅰ类水体：光学特性主要由浮游植物及其分解物决定；
- Ⅱ类水体：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，
还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由水体的各成分以非
线性方式来影响。
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5.1 概述
综合以上诸式可得：
※遥感反射率：
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r
E d ( ,0 )
Eu ( ,0 ) Q Lu ( ,0 )
Lw
L
(
,
0
)
u
Eu ( ,0 )
R
ti REd ( ,0 ) ti (1 ) R
Lw ( , v )
E0 ( ) cos st ( , s )
常用的经验关系：蓝绿比值经验算法
C A(
Lw (i ) B
)
Lw ( j )
log C log A B log(
Lw (i )
)
Lw ( j )
利用水体随着叶绿素浓度的增大，离水辐射度光谱峰从
蓝波段向绿波段偏移的机理而提出蓝绿比值经验算法。
海洋环境遥感监测系统的开发与应用
海洋环境遥感监测系统的开发与应用章节一：引言随着人口的增加以及经济的发展，对海洋资源的需求不断增加。
然而，传统的海洋调查方法十分耗时耗力，而且无法覆盖全局范围。
因此，海洋环境遥感监测系统的开发与应用已成为当下很重要的课题。
海洋环境遥感监测系统是利用卫星、气象、海洋船只等自然资源和人工资源，通过遥感技术获取、处理和分析海洋环境信息的一种现代化技术手段。
本文将介绍海洋环境遥感监测系统的开发与应用。
章节二：海洋环境遥感技术的原理及方法海洋环境遥感技术旨在通过探测和观测一定的历史演变的过程中改变的水文和气象因素，从而反映海洋环境的性质和变化。
海洋环境遥感技术主要有以下几种方法：1. 基于卫星图像的遥感方法卫星是在地球轨道上运行的人造卫星，其具有高覆盖范围、时间频率高以及多波段信息收集的优势。
所以，基于卫星的遥感方法是海洋环境遥感监测系统最常用的方法之一。
2. 基于气象数据的遥感方法气象数据也是海洋环境遥感监测系统数据来源之一。
气象数据包括空气温度、气压、风向、风速等数据。
这些数据对海洋环境的观测和预测非常重要。
3. 基于海洋浮标的遥感方法海洋浮标是一种可以在海洋中自由漂浮并记录海洋环境信息的设备。
基于海洋浮标的遥感方法可以实时、精准地获取海洋环境数据。
章节三：海洋环境遥感监测系统的应用海洋环境遥感监测系统可以用于以下方面：1. 海洋资源评估海洋环境遥感监测系统可以用于评估海洋生态环境，研究海洋生态系统结构、功能及其演变规律，为海洋资源的保护和合理利用提供科学依据。
2. 海运安全海洋环境遥感监测系统能够实时收集和传输测量海面温度、潮汐、风向风速、风浪等观测数据，为海运安全提供科学的监控手段。
3. 污染监测和预警海洋环境遥感监测系统可以监测海洋环境变化，及时预警、处理和修复海洋环境中的污染，保障海洋环境的健康和安全。
4. 海洋灾害监测和预测海洋环境遥感监测系统可以实时获取、监测海洋环境信息，预报或预警部署海洋灾害，保障人民生命和财产安全。
第三章遥感传感器PPT课件
辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、
ETM、HRV）。
To be continued…
6
§1 传感器
五、摄影型传感器
航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器， 它通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射 光谱能量。记录的波长范围以可见光~近红外为 主。
To be continued…
7
§1 传感器
NOAA-AVHRR
分辨率/m 60 15 80 1 20 10 30 60 15 本节结束
应用 地面热性质调查
规划、管理 陆地资源调查
海洋调查 海洋调查
返回 下一节11
§3 航空遥感数据
本节主要内容： 一、航空摄影的分类 二、航空像片的感光片性能 三、航空像片的特性 四、航空像片的分辨率 五、彩色红外像片 六、黑白像片的色调 七、航空像片的比例尺 八、光机扫描航空图像
1
城市规划、土地管理
SPOT-HRV1-3
20
宏观规划、国土资源
SPOT-HRV Pan 10
立体量测
ETM1-5，7
30
陆地资源调查
10
To be continued…
遥感数据类型 ETM6
ETM Pan Landsat-MSS4-7
Radarsat-SAR Seasat-VIR Seasat-SAR JERS-VNR JERS-SWIR
To be continued…
8
§1 传感器
七、微波遥是指感通的过向传目感标地器物发射微波并
主动微接波受遥其感后(向…辐) 射信号来实现对地观测
❖
雷达
的遥感方式。主要传感器为雷达，此 外还有微波高度计和微波散射计。
海洋遥感的基本原理
海洋遥感的基本原理一、概述海洋遥感是利用卫星或飞机上的传感器通过测量海洋表面反射的电磁波来获取海洋信息的一种技术。
通过遥感技术，我们可以获取到海洋的温度、盐度、悬浮物浓度、水色等重要参数，从而了解海洋环境、生态系统变化以及海洋气候变化等。
二、海洋遥感的基本原理海洋遥感的基本原理是利用电磁波与海洋表面相互作用，通过测量反射和散射的电磁波来获取海洋信息。
下面将从电磁波的传播、海洋与电磁波的相互作用、传感器测量等三个方面介绍海洋遥感的基本原理。
1. 电磁波的传播海洋遥感使用的电磁波主要是可见光、红外线和微波，它们在海洋中的传播特性有所不同。
可见光波长短，能够透过海洋的表面，被海洋底部散射和吸收；红外线波长较长，能够穿透更浅的水体层，被海洋底部和悬浮物散射和吸收；微波则是能够穿透更深层次的海洋，被海洋中的物质散射。
了解电磁波的传播特性是进行海洋遥感的基础。
2. 海洋与电磁波的相互作用海洋与电磁波相互作用的主要方式包括反射、散射、吸收等。
当电磁波照射到海洋表面时，一部分电磁波会被反射回空间，形成镜面反射；一部分电磁波会被水的表面散射，形成散射；还有一部分电磁波会被海水吸收，而不再向空间传播。
海洋中的物质（如悬浮物、盐度、温度等）会对电磁波的散射和吸收产生影响，因此通过测量反射和散射的电磁波可以获取海洋的信息。
3. 传感器测量为了获取海洋信息，需要在卫星或飞机上搭载相应的传感器。
传感器测量时需要考虑到海洋遥感的特点，如大气和水汽的影响、遥感信号的熵增等。
目前常用的海洋遥感传感器包括多光谱成像仪、红外线成像仪、微波辐射计等。
这些传感器能够通过测量不同波段的电磁辐射来获取海洋的温度、盐度、悬浮物浓度、水色等参数。
三、海洋遥感的应用海洋遥感在海洋科学研究和海洋资源开发中有着广泛的应用。
以下分别介绍海洋遥感在海洋科学和海洋资源开发中的应用。
1. 海洋科学研究海洋遥感在海洋科学研究中发挥着重要作用。
通过海洋遥感技术，可以实时观测到海洋表面的温度、盐度、悬浮物浓度等参数，帮助科学家了解海洋环境的变化规律。
海洋遥感
1.它不受地表、海面、天气和人为件 的限制，可以探测地理位置偏远、环 境条件恶劣等不能直接进入的地区 2.其宏观特性使它能进行大范围海洋 资源普查、海洋制图以及海冰、海洋 污染监测 3.能周期性地监测大洋环流、海面温 度场的变化、鱼群的迁移、污染物的 运移 4.多波段、高光谱海洋遥感可以提供 海量海洋遥感信息 5.能达到同步观测风、流、污染、海 气相互作用，并获取能量收支信息
物理海洋学遥感，如对海面温度、
海浪谱、海风矢量、 全球海平面变化等的遥感
海洋 遥感
生物海洋学和化学海洋学遥感，
如对海洋水色、黄色物体、 叶绿素浓度等的遥感 海冰监测，如监测海冰类型、 分布和动态变化；
海洋污染监测，如油膜污染等。
海洋遥感发展
•海洋遥感始于第二次世界大战期间。发展最早的是在 河口海岸制图和近海水深测量中利用航空遥感技术。 •1950年美国使用飞机与多艘海洋调查船协同进行了 一次系统的大规模湾流考察，这是第一次在物理海洋 学研究中利用航空遥感技术。 •此后，航空遥感技术更多地应用于海洋环境监测、近 海海洋调查、海岸带制图与资源勘测方面 •从航天高度上探测海洋始于1960年。这一年美国成 功地发射了世界第一颗气象卫星"泰罗斯-1”号。卫星 在获取气象资料的同时，还获得了无云海区的海面温 度场资料，从而开始把卫星资料应用于海洋学研究。
NASA使用MODIS在2000年11月对全球 海洋叶绿素浓度（mg/m3）分布的观测 图中红色代表高浓度，绿色代表中等浓度， 蓝色代表低浓度。图中显示蓝色的热带海洋 只有很低的叶绿素浓度，故被称为海中沙漠
南海四季叶绿素分布
南海春季叶绿素a分布图（1998年4月）
南海夏季叶绿素a分布图（1998年7月）
NOAA国家海洋资料中心提供的卫星数据制作的2001年全球海洋的年平均海表 面温度（SST：Sea Surface Temperature）的等温线图像； 图中色标（colour bar）的单位是℃（摄氏度）。 该图清晰显示了西太平洋赤道暖水区的范围和温度大小。 西太平洋赤道暖水区向大气输运的热通量对于全球海洋大气热循环有举足轻重的 影响，它的范围和温度变化与厄尔尼诺（El Niñ o）事件有密切关联，因而是科 学家监测的重要目标。
第3章 海洋遥感平台和传感器
（3）典型的海洋卫星
国外的海洋地形卫星
b. Topex/Poseidon卫星（美、法） ：
1992年8月10日发射，高度计 轨 道卫星 ，高度 1336km， 轨 道 倾 角 为 66 度 ， 覆 盖 了 全 球 90%的海洋，重复周期10天。。 装有多个传感器，主要有效 载荷为雷达高度计，保证了 每 年 有 35 组 测 高 重 复 数 据 ， 是迄今测高精度以及定轨精 度最高的测高卫星之一。
（1）海洋遥感平台概念及分类
（ Xing et al，2019，RSE ）
（2）卫星遥感平台
卫星轨道概念
当火箭飞行速度超过了第一宇宙速度，把人造卫星送 入绕地球运行的轨道后，卫星就周期性地绕地球运动， 从而获得周期性的遥感资料，卫星的轨道要素决定了 卫星遥感方式
（2）卫星遥感平台
卫星轨道参数
2006年1月由于卫星操作故障结束了正常的运行
4.2 海洋遥感传感器
（1）海洋遥感传感器相关概念
海洋遥感传感器：是指收集、探测、记录地物反射
或者发射电磁波能量的装置，是遥感技术的核心部分
传感器的分类
✓ 按电磁波谱：可见光传感器、红外传感器、微波传感器 ✓ 按记录方式：成像式、非成像式 ✓ 按工作方式：主动方式、被动方式
与海洋遥感有关的传感器还包括多 波段微波辐射计（SMMR)，可用于 探测海面温度、海冰等
（3）典型的海洋卫星
R第3章1：卫星遥感平台及运行特点1
第二节 卫星轨道参数
1、升交点赤经Ω
卫星轨道的升交点向径与春分点向径之间的夹角。
升交点：卫星由南向 北运行时，与 地球赤道面的 交点 降交点 ：卫星由北向 南运行时，与 地球赤道面的 交点
1.升交点赤经Ω
卫星轨道的升交点向径与春分点向径之间的夹角。
2、近地点角距ω
指升交点向径与卫星轨道近地点向径之间的夹角 。
3、轨道倾角i
指卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角。即从升交 点一侧的轨道面至赤道面 。
3、轨道倾角i决定了轨道面与赤道面的关系。
赤轨卫星：i=00,轨道面与赤道面重合 顺轨卫星： 00 i 900，卫星运行方向与地球自 转方向一致
极轨卫星：i=900,轨道面与 地轴重合
逆轨卫星：900 i 1800 ， 卫星运行方向与地球自转方 向相反。 轨道倾角i也确定了卫星对 地球观测范围。
开普勒常数 运行周期T
T2 R H
3
C
地球半径
卫星高地面的 平均高度
3
T C (R H )
开普勒常数
卫星高地面的 平均高度 地球半径
地球同步卫星（静止卫星）：T=24时，与地球自转周期 相同的卫星，它位于地球上空35860km处。卫星公转的角 速度和地球的自转角速度相等，相对于地球似乎固定于 高空某一点。
卫星运行周期t卫星从升交点或降交点通过时刻到下一个升交点或降交点通过时刻间的平均时间开普勒常数地球半径卫星高地面的平均高度开普勒常数地球半径卫星高地面的平均高度运行周期t开普勒第三定律
第三章 卫星遥感平台及运行特点
本章主要内容
遥感平台的概述 卫星轨道参数 气象卫星系列 陆地卫星系列
海洋卫星系列
2.卫星速度 当轨道为园形时,平均速度：
海洋遥感技术与应用
海洋遥感技术与应用海洋遥感技术是一种通过卫星、飞机等远距离传感器获取海洋信息的技术手段，通过对海洋表面、海洋底部以及海洋大气等不同要素的监测和分析，可以为海洋科研、资源开发利用、环境监测等提供重要数据支持。
海洋遥感技术的应用领域涵盖广泛，涉及海洋资源调查、海洋环境监测、海洋灾害预警等多个方面，对于推动海洋事业的发展具有重要意义。
一、海洋遥感技术的原理和方法海洋遥感技术是利用卫星、飞机等平台搭载的传感器对海洋区域进行观测和监测，通过接收、记录和解译传感器所获取的电磁波信号，获取海洋表面、海洋底部以及海洋大气等不同要素的信息。
海洋遥感技术主要包括微波遥感、红外遥感、激光遥感等多种手段，其中微波遥感在海洋遥感中具有重要地位，可以实现对海洋表面风场、海温、海冰、海洋色彩等参数的监测。
二、海洋遥感技术在海洋资源调查中的应用海洋遥感技术在海洋资源调查中发挥着重要作用，可以实现对海洋渔业资源、海洋能源资源、海洋矿产资源等的监测和评估。
通过遥感技术，可以实现对海洋渔业资源的动态监测，及时掌握渔业资源的分布和数量，为渔业生产提供科学依据。
同时，海洋遥感技术还可以用于海洋油气资源的勘探和开发，通过对海洋地质构造和沉积物的遥感监测，为海洋油气资源的勘探提供数据支持。
三、海洋遥感技术在海洋环境监测中的应用海洋遥感技术在海洋环境监测中也具有重要意义，可以实现对海洋水质、海洋生态环境、海洋污染等方面的监测和评估。
通过遥感技术，可以实现对海洋水质参数如叶绿素浓度、浮游植物种类等的监测，及时发现海洋环境变化和异常情况。
此外，海洋遥感技术还可以用于监测海洋生态系统的变化，保护海洋生物多样性，维护海洋生态平衡。
四、海洋遥感技术在海洋灾害预警中的应用海洋遥感技术在海洋灾害预警中扮演着重要角色，可以实现对海洋台风、海啸、赤潮等灾害事件的监测和预警。
通过遥感技术，可以实现对海洋气象要素如风速、风向、海浪高度等的监测，及时预警海洋台风等极端天气事件。
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c. 高级对地观测卫星（ADEOS)（日） ★ ：ADEOS-1
于1996年8月发射，与海洋遥感有关的为海洋水色水温扫 描仪（OCTS）和Ku波段的主动式微波辐射计NSCAT 。 ADEOS-2于2002年12月14日发射， 重返周期为4天，与海洋有关的有效载荷为
高级微波扫描辐射计（AMSR）、全球成像
地 面 轨 道
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3.1 海洋遥感卫星
（2）国外的海洋地形卫星
c. JASON-1卫星（美、法） ★ ：2001年9月发射，卫 星轨道倾角为66度，重复周期10天，主要载荷为雷 达高度计（POSEIDON-2）。该星沿Topex/Poseidon 卫星轨道运行，在时间上大约领先1分钟。
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d. RadarSat卫星（加） ★ ：
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3.1 海洋遥感卫星
（3）国外的海洋动力环境卫星
e. QuikSCAT卫星（美）
★ ：直译为快速散射计，
于1999年6月发射，主要载 荷为SeaWinds，可全天时、
全天候测量海风。
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3.1 海洋遥感卫星
所发布的主要产品有浮游植物色素浓度、散射衰
减系数、归一化离水辐射率（440nm和520nm处）。
/SeaWiFS/
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3.2 海洋遥感传感器-SeaWIFS
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3.2 海洋遥感传感器-SeaWIFS
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孔径雷达、中等分辨率成像光谱仪、微波辐射计、
高级雷达高度计、先进的沿轨扫描辐射计。
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c. Envisat-1卫星（欧空局）
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3.1 海洋遥感卫星
（3）国外的海洋动力环境卫星
d. RadarSat卫星（加） ★ ：1995年11月发射，轨道倾角
98.6度，周期为100.7分，重复周期为24天，传感器工作波 段为C波段（5.6cm），HH极化，具有7种工作模式、25 种波束和不同入射角。主要有效载荷为SAR。
3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
c. GLI全球成像仪（美）：搭载在ADEOS-2卫星上， 是推帚式成像遥感器，具有36个波段，空间分辨率
为250m或1000m，量化等级10bit，扫描幅宽1600km。
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3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
d. MISR多角度成像光谱辐射计（美）：具有4个波段 （440，550，670，860nm），从8个角度方向获取信 息。空间分辨率为240m（局地模式）或1.92km（全 球模式，覆盖周期16天）。可获得双向反射率6/1/20
3.1 海洋遥感卫星
（1）国外的海洋水色遥感卫星-※主要特点
• 轨道方面：采用太阳同步的圆形轨道，降交点地方时为
正午，回访周期为2～3天；
• 平台方面：采用三轴稳定方式，指向精度≤0.3°，测量
精度≤0.3°，探测器沿轨前后倾斜（0～±20 °）扫描，
倾角根据太阳高度角变化进行调整；
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2016/1/20
第三章 海洋遥感卫星与传感器
海洋遥感卫星 海洋遥感传感器
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海洋遥感卫星与传感器的发展经历了4 个主要阶段：
起步阶段 探索阶段 海洋卫星与传感器的试验阶段 应用研究和业务使用阶段
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h. ATSR沿轨扫描辐射计（欧空局）：ATSR-2搭载在
ERS-2卫星上，AATSR搭载于ENVISAT上。
ATSR具有4个波段（1.6、3.7、11、12um），采用 双次扫描，通过两次观测所经过的大气路径长度不同，
可计算大气吸收的影响。
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3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
f. COCTS水色扫描仪（中）★：搭载在HY-1上，主要用
于海洋水色要素探测。
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3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
g. CCD成像仪（中）★：搭载在HY-1上，主要用于海陆
交互作用区域探测。
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3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
种类型的海洋遥感探测器：SAR、雷达高度计、微波散射 计、多通道扫描微波辐射计、可见光红外辐射计。
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a. Seasat卫星（美） ★
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3.1 海洋遥感卫星
（3）国外的海洋动力环境卫星
b. ERS卫星（欧空局）：1991年7月发射了ERS-1卫星， 轨道高度785km，倾角98.5度，运行一周约100分钟。 与海洋有关的主要有效载荷包括有源微波仪、SAR、 测风散射计、雷达测高计（Ku）、轨道跟踪扫描辐 射计和微波探测器。
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3.1 海洋遥感卫星
（1）国外的海洋水色遥感卫星
e. Terra和Aqua极轨卫星（美） ★ ：分别发射于1999年12
月和2002年5月，与海洋水色遥感有关的是MODIS（中分辨率
成像光谱仪），轨道倾角98度，运行周期100分钟左右。
/
于定量遥感研究非常重要。
MISR optical bench
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3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
e. SeaWIFS宽视场海洋探测器（美）★：搭载在
SeaSTAR上，专门用于海洋水色探测，402～885nm范
围内具有8个波段。可进行全球（分辨率4.5km）和局 部范围（分辨率1.13km）观测。
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FY2C传感器通道特性及用途
3.1 海洋遥感卫星
（4）中国的海洋遥感卫星
发展计划
发射HY-2卫星（海洋动力环境卫星）和HY-3卫星 （多种载荷的海洋环境综合卫星）；
发展风云三号极轨气象卫星系列，将增加微波系列 探测器，并且可实现三维观测；
风云四号系列将采用三轴稳定自控方案，缩短对地 球圆盘图的成像时间。
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c. JASON-1卫星（美、法）
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3.1 海洋遥感卫星
（2）国外的海洋地形卫星
※ JASON-2卫星 ：将在2008年6月发射，主要用于测量
海面高度，精度将达1cm。
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3.1 海洋遥感卫星
（2）国外的海洋地形卫星
d. GRACE卫星（美、德） ：2002年3月发射，是EOS
计划的第二颗卫星，轨道高度500km，用于测绘地球
重力场的变化。GRACE卫星由两颗同样的卫星组成， 两者相距约220km。
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3.1 海洋遥感卫星
（3）国外的海洋动力环境卫星
a. Seasat卫星（美） ★ ：遥感技术用于海洋研究的里程
碑。系列的第一颗于1978年6月28日发射成功。主要有5
1995年4月发射了ERS-2。
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3.1 海洋遥感卫星
（3）国外的海洋动力环境卫星
c. Envisat-1卫星（欧空局） ★ ：2002年3月发射的极
轨卫星，是ERS-1/2的延续和扩展，除用于海洋动力
学现象检测外，还具有探测海洋水色和海岸带的能 力。与海洋遥感有关的有效载荷主要有：先进合成
星下点分辨率1.1Km左右，FOV为±55.4°。目前在
轨运行的有NOAA-15、16、17、18 。星上载有许多 传感器，与水色遥感有关的为AVHRR，ACZCS。 相关网站：/poes/
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3.1 海洋遥感卫星
（1）国外的海洋水色遥感卫星
（3）国外的海洋动力环境卫星
f. SMOS卫星（欧空局）：土壤湿度和海洋盐浓度监测卫
星，是ESA的第二颗地球探测补充卫星，计划于2007年发
射，主要载荷为干涉式合成孔径辐射计（工作在L波段，
波长21cm）。
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3.1 海洋遥感卫星
（4）中国的海洋遥感卫星
a. 海洋一号卫星★ ：HY-1A于2002年5月15日发射成功， 卫星轨道798km，有效载荷为10波段海洋水色扫描仪
• 传感器方面：由波段设置、信噪比（≥600-800）、视场、
量化级、辐射精度（2％-5％）和偏振度（ ≤ 0.01）决定。
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3.1 海洋遥感卫星
（1）国外的海洋水色遥感卫星
a. NOAA系列气象卫星（美）★：平均轨道高度约为 833-870km，卫星倾角99度左右，运行周期102分钟，
b. Nimbus-7雨云气象卫星（美）：1978年10月25日发
射，轨道高度约为 955km，卫星倾角99.1度，运行周 期104.15分钟。与海洋遥感有关的为CZCS，多波段 微波辐射计（SMMR) 。可用于探测水色要素、水质、 海冰等。
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3.1 海洋遥感卫星
和1000m（8-36波段），可用于探测海表温度、海洋水色
和环流等。 MODIS仪器内还设置有多种定标器，可进行星上定
标。
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/
3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
扫描方式
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3.2 海洋遥感传感器
（1）光学传感器
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3.1 海洋遥感卫星
（4）中国的海洋遥感卫星
b. 风云一号极轨气象卫星：
FY1 C/D 传感 器通 道特 性及 用途
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3.1 海洋遥感卫星
（4）中国的海洋遥感卫星
c. 风云二号静止气象卫星★ ：1997年6月发射FY2A，