卫星海洋学

卫星海洋学 海洋遥感技术 1、选择填空(20分) 2、名词解释(8个*2=16分) 3、简答题(5道，40分) 4、 计算题 一年级下册数学竖式计算题下载二年级余数竖式计算题 下载乘法计算题下载化工原理计算题下载三年级竖式计算题下载 、综合题。计算题好像说是一道题，分值老师讲的不是很清楚，我也听不清楚。 一、 填空题 分式填空题10以内加减法填空题无人机航拍概论填空题系动词填空题练习10以内填空题库免费下载 1、传感器的扫描方式:交叉轨道扫描，推扫式扫描，混合式扫描，圆锥式扫描等。 2、(第四章)1997年美国发射的装载着宽视场海洋观测传感器SeaWiFS的SeaStar卫星，SeaStar卫星的循环周期(recurrent period)是 ? ，传感器SeaWiFS完成全球覆盖的重复周期为 ? ，每个重复周期(repeat period)包含29个轨道周期，每个轨道周期(orbit period)为1.648小时。在低纬度地区，SeaWiFS的再访问时间(revisit period)是 ? ;在高纬度地区，SeaWiFS的再访问时间(revisit period)是 ? 。(选择:?1天;?2天;?16天;?35天) 3、(第八章)MODIS热红外通道辐亮度L通过 __?___ 与该通道的黑体温度i 通过 __?___ 与海表面温度相联T相联系;MODIS热红外通道的黑体温度Tii 系。(选择:?基尔霍夫定律，?经验公式，?普朗克定律，?瑞利-金斯定律) 4、(第九章)平静海面的微波亮温T通过 _?+?__ 与海面发射率e相联系， __?__ 与菲涅耳反射率ρ相联系，菲涅耳反射率ρ通过 __海面发射率e通过 ?__ 与相对电容率ε相联系，相对电容率ε通过 __?__ 与海表面温度和盐度rr 相联系。(选择:?基尔霍夫定律，?菲涅耳公式，?德拜方程，?瑞利-金斯定律，?发射率定义) 5、(第九章)天线的半功率波束宽度与 _?_ 成正比，与 _?_ 成反比。(选择:?天线的孔径D，?电磁波的波长λ，?观测的天顶角) 6、(第九章)微波辐射计SSM/I反演风速的两种算法(包括SSM/I-GSW算法和SSM/I-GSWP算法)在风速小于15m/s条件下反演精度达到 _?_。(选择:?2m/s，?1m/s) 二、名词解释 1、卫星轨道周期:相邻两个升交点之间的时间区间被称为节点周期(nodal period)或者轨道周期(orbit period)。 2、一个“PASS”:最南端与最北端之间的星下点轨迹被称为一个“PASS”。 3、一个“CYCLE”:卫星环绕地球多圈后回到原来位置对应的星下轨迹被称为一个“CYCLE”。 4、传感器再访问时间(revisit time)指地球上某一地点被卫星装载的传感器先后两次观测的时间区间。 5、辐亮度(radiance)L表示沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量，它的定义是 2L(,,,),d,/(dAd,cos,) -2-1式中dAcosθ是与波束方向垂直的面积元。辐亮度L的单位是W)m)sr。 6、光谱辐亮度是指在单位波段或频率内沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量， 1 ,2,1,1L(,,,,,),dL(,,,)/d,[W,m,sr,,m] ,2,1,1,2,1L(f,,,,),dL(,,,)/df[W,m,sr,Hz,W,m,sr,sec] 表示辐亮度相对于频率或波长的能量分布。 7、辐照度E表示通过单位面积的辐射通量，它的定义是 ,2。 E,d,/dA[W,m] 8、朗伯表面:如果一个物体表面自发辐射或者反射的电磁波的辐亮度L不是φ和 θ的函数，这样的表面被称为朗伯表面(Lamber surface)。 9、穿透深度是指辐照度衰减为原来初始值的1/e时，电磁波经过的距离。 10、光学厚度是指衰减系数沿传播路径的积分，其定义 z 。 τ(,,z),k(,)dz,aaz0 11、光学质量是描述太阳光在大气层内沿θ方向的传播路径与垂直传播路径之 1m,sec,,比。具体表达式是cos,。 12、大气窗是指大气透过率较大的频段或波段，探测海面的传感器的波段必须 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 在大气窗口内。 13、水色三要素是指浮游植物的叶绿素(chlorophyll)、无机的悬浮物(inorganic suspended matter)和有机的黄色物质(yellow substance或gelbstoff);水色三要素的种类和浓度决定了水体的颜色。 14、如果浮游植物及其“伴生”腐殖质对水体的光学特性起主要作用，则该水体被称为第一类水体(Case I waters)。 15如果无机悬浮物(如浅水区海底沉积物的再次悬浮物和河流带来的泥沙)或黄色物质(又称溶解的有色有机物)对水体的光学特性有不可忽视的明显作用， 则该水体被称为第二类水体(Case II waters)。 16、水准面起伏是指大地水准面相对于参考椭球面之间的距离。 17、海面地形或海洋地形是指海表面(sea surface)相对于大地水准面(geoid)的距离。 18、海表面高度是指自由海表面相对参考椭球面之间的距离。 19、海表面异常是指海表面高度与平均海表面高度的偏差。 20、有效波高是指所有观测波浪中1/3最大波浪的波峰到波谷的平均长度， 对于遥感， H1/3用来描述卫星高度计观测的海洋涌浪特性。 三、简答题 1、写出普朗克定律的表达式，解释公式中出现的每一个物理量和常数，并由此推导瑞利—金斯定律。这两个定律分别适用于红外、可见光、微波波段三个波段中哪些波段的辐亮度计算, 基于量子理论，1900年普朗克提出了辐射定律。该定律定量地描述了黑体自发辐射的辐亮度(radiance)L(λ)，普朗克辐射定律是 22hc1L(,),5exp[hc/(kT,)],1,b (1) 式中在真空中的光速c=2.998×108 m)s-1，普朗克常数(Planck’s constant)h = 6.626×10-34 J)s，玻尔兹曼常数kb =1.381×10-23J)K-1，黑 2 体温度T的单位是K。 将f λ = c 、df =–(c,λ2)dλ 以及L(λ)|dλ| = L(f)|df| 代入(4-38)，可获得普朗克辐射定律(Planck Radiation Law)的另一表达形式，即 32hf1L(f),2exp[hf/(kT)],1cb 一般地，地表物体以地表温度T(大约300K)辐射。如果频率f低于600GHz，那么不等式hf/(kbT)<<1成立。可获得泰勒公式的一阶展开式 exp[hf/(kT)],1，hf/(kT)bb (2) 把 (1) 代入 (2)，可获得瑞利-金斯定律(Rayleigh-Jeans Law) 22L(f),(2fk/c)Tb 红外、可见光适用于普朗克定律;微波适用于瑞利-金斯定律。 2、简要阐述米氏散射和瑞利散射的适用条件。大气层空气分子的散射属于哪一种,气溶胶散射对可见光、红外和微波(例如5.3GHz)波段各属于哪一种, 米氏散射适用于电磁波波长与粒子周长之比接近于于1的情况，而瑞利散射适用于电磁波波长与粒子周长之比远远小于1的情况。 大气层中空气分子的散射属于瑞利散射;气溶胶对于可见光和红外属于米氏散射，而对于微波属于瑞利散射。 3 、在微波波段的辐射传输方程(radiative transfer equation) 2 T(,,h),etT，T(,,h)，,tT，,t(T，T，T)sudgalcossun 各项和每个字母代表什么意义, 大气介质内部的基尔霍夫定律体现在何处, 第一项:海表面向上自发辐射;第二项:大气向上辐射;第三项:大气向下辐射经海面后向上辐射;最后一项:银河系噪音、宇宙背景辐射和太阳辐射等。 式中T (θ,h)是微波辐射计观测的亮温(brightness temperature);T是大u气向上辐射的亮温;ρ是海面的菲涅耳反射率(Fresnel reflectance);T和gal T分别是银河系噪音(galactic noise)等效温度和宇宙黑体辐射(cosmic cos blackbody radiation)等效温度;T是太阳表面温度，t是大气透过率。 sun 基尔霍夫定律体现在大气向上辐射上，。 T,eT,T(1,t)uAAA 4、微波辐射计为什么能遥感测量海表面温度和盐度, 要点:a) 微波辐射计属于被动微波遥感传感器，被动微波遥感的关键在于正确理解海面发射率。 b)根据瑞利-金斯定律，辐亮度在微波波段与海面亮温(brightness temperature)呈线性关系。在不考虑大气校正时，辐射计探测到的海面亮温Tb与(Sea Surface Temperature)T有下列关系 S T,eT bs 式中e(θ, f, ξ, T, S, U,φ)代表粗糙海面发射率(rough sea surface ss10 emissivity)，它是卫星观测角θ、微波频率f、辐射计极化状态ξ、海表面温度T、海表面盐度S、海面10米高处的风速U和风向φ的函数。在微波的高频ss10 波段(C波段、X波段、Ku波段和Ka波段)，海面发射率对海表面盐度S很S不敏感;如果已知其它量，可由上述公式反演海表面温度T。在1.4GHz 的LS 3 波段，海面发射率对海表面盐度S非常敏感，如果已知其它量，可由上述公式S 反演海表面盐度。因此微波辐射计能够反演海表面温度T、海表面盐度S和风SS速U。 10 5、高度计测量海面地形原理是什么, 要点:1)高度计轨道到地心的距离是已知的，设为H;同时其大地水准面也是已知的E; 2)高度计到海面距离可以通过高度计发射脉冲到接受后向散射时间间隔t进行计算h=c*t/2; 3)海面地形d是海面到大地水准面之间的距离，因此，d=H-h-E。 6、微波辐射计和散射计为什么能遥感测量海表面风速和风向,有何不同, 要点:a)微波辐射计接受来自海洋表面自发辐射，其发射率是海表面风速和风向的函数，我们可以建模求解得到其风速和风向。 b)散射计发射电磁波向下传播，遇到海面发射后向散射的电磁波携带着海面信息，称为雷达后向散射截面;后向散射截面是风速和风向的函数。一般的散射计利用前、中、后三个天线对同一面元进行连续三次观测，求解后向散射截面关于风速、风向的方程组。 c)微波辐射计是被动遥感，接受的是海面自发辐射 而散射计是主动遥感，接受的是其发射的后向散射。 四、计算题 1、(第四章)汽车两盏灯相距R=1.5m，人眼瞳孔直径D=4mm，问多少米时， ,人眼恰好能分辨出这两盏灯,(黄绿光=550nm) 解:设最远为H米 H2.44,R,D由夫琅禾费圆孔衍射: RD3H,,4.47*10(m),2.44解得: 2、(第六章)已知400 nm 的紫光在纯净海水里的穿透深度大约是75米，700 nm 的红 光在纯净海水里的穿透深度大约是3米，请计算海水对于可见光和红外光的复折射率的虚部。将其与10 GHz微波的复折射率的虚部n″= 2.43比较，并阐述二者差别的物理意义。在某些2类水体海域，400 nm紫光的穿透深度仅达10米，700 nm 红光的穿透深度仅达1米，它们各自的复折射率的虚部是多少, ,'',,nz,904,z,,904,n解:由得，，所以海水对于可见光的复折射率的虚部 400''n,,0.42,4，75 700''n,,18.6,4，3海水对于红外光的复折射率的虚部 4 二者差别的物理意义是海水对这两种电磁波的衰减不同 400''n,,3.18,4，10在某些2类水体海域, 海水对于紫光的复折射率的虚部海水对 700''n,,55.7,4，1于可见光的复折射率的虚部 第一章 2、名词解释:El Niño、La Niña、ENSO、TOGA、TAO、NOAA/TIROS、TOPEX/Poseidon。 El Niño :厄尔尼诺(El Niño)在西班牙语中的意思是“圣婴”。厄尔尼诺是指赤道太平洋东部和中部海表面温度持续异常偏高的现象，该现象首先发生在南美洲的厄瓜多尔和秘鲁太平洋沿岸附近，多发生在圣诞节前后，因此得名。 La Niña :拉尼娜(La Niña)的意思是“小女孩”。拉尼娜现象表现为赤道太平洋东部和中部海表面温度持续异常偏低。 赤道太平洋海面水温的变化与全球大气环流尤其是热带大气环流紧密ENSO: 相关。其中最直接的联系就是日界线以东的东南太平洋与日界线以西的西太平洋—印度洋之间海平面气压的反相关关系，即南方涛动现象(SO)。在拉尼娜期间，东南太平洋气压明显升高，印度尼西亚和澳大利亚的气压减弱。厄尔尼诺期间的情况正好相反。鉴于厄尔尼诺与南方涛动之间的密切关系，气象上把两者合称为ENSO。 TOGA:热带海洋和全球大气计划。为了研究热带海洋和全球大气的月际到年际变化，从而推动气候变化及异常气象问题的研究，提高和改善海洋环境和气候预报能力，政府间海洋学委员会和世界气象组织共同发起了热带海洋和全球大气研究计划(toga)。该计划分准备阶段、外业调查阶段和室内资料分析整理三个阶段，从1985年到1995年，共进行10年。其中，第一个5年为普查阶段，第二个5年为详查阶段，即所谓加强监视期。在第二个5年中，又设计了一个连续四个月的加密调查阶段，即所谓强化观测期。 NOAA/TIROS是太阳同步极轨气象卫星，也被称为极轨业务环境卫星，该卫星可为全球各国提供免费的当地数据接收服务。 TOPEX/Poseidon是在1992年8月，由美国宇航局(NASA)和法国国家空间研究中心(CNES)联合发射的高度计专用卫星。 第二章 1、什么波长范围的电磁波称为紫外、可见光、红外和微波等波段,请分别用纳米(nm)和微米(um)作为单位叙述。在热红外范围的哪两个波段可应用于海 5 表面温度遥感,微波遥感在哪个方面比可见光和红外遥感具有优势,可见光和红外遥感在哪个方面比微波遥感具有优势,并使用英文写出以上使用的专门名词。 0.4um，即200,400nm。可见光波段(visible 紫外波段(ultraviolet)的波长为0.2, light)的波长为0.4,0.7μm，即400,700nm。红外波段(Infrared)的波长为 360.7,1000μm，即700,1000000nm。微波(microwave)的波长为10,10μm， 69即10,10nm。 在热红外范围的3,5μm和10,14μm两个波段可应用于海表面温度遥感。 微波遥感在哪个方面比可见光和红外遥感具有优势:微波能穿透云雾，可以全天候工作。 可见光和红外遥感在哪个方面比微波遥感具有优势:可见光波段是进行自然资源与环境调查的主要波段;摄影红外传感器对探测植被和水体有特殊效果。热红外传感器可以探测物体的热辐射，然而，不能采用摄影方式探测地面的热红外辐射信息，需要采用光学机械通过扫描方式获取;热红外辐射计可以夜间成像，除用于军事侦察外，还可以用于调查海表面温度、浅层地下水、城市热岛、水污染、森林探火和区分岩石类型等，有广泛的应用价值。 紫外波段——ultraviolet 可见光波段——visible light 红外波段——Infrared 微波——microwave 微波遥感——Microwave Remote Sensing 可见光和红外遥感——Visible and infrared remote sensing 海表面温度——Sea surface temperature 10、名词解释:Argos、GPS、TOGA、TAO、NOAA/POES、Aqua、ADEOS、MOS-1。给出下列传感器AMSR、SeaWinds、AMSR-E、AMSU、MODIS的英文全名和装载它们的卫星名称。 Argo:为实时地转海洋学研究布放的漂流浮标阵列(Array for Real-time Geostrophic Oceanography) GPS:(美国)全球定位系统(Global Positioning System) TOGA:热带海洋和全球大气计划(Tropical Ocean & Global Atmosphere program) TAO:热带大气海洋计划(Tropical Atmosphere Ocean project) NOAA/POES:美国国家海洋大气局管理的诺阿/极轨环境卫星(NOAA / Polar-orbiting Operational Environmental Satellites，亦即NOAA/TIROS卫星) 6 Aqua :美国2002年发射的地球观测系统卫星EOS- PM，别名AQUA ADEOS:(日本)高级地球观测卫星(ADvanced Earth Observing Satellite)[在非学术性报刊上的俗名是“绿色”，例如，ADEOS-1是绿色一号，ADEOS-2是绿色二号] arine Observation Satellite) MOS-1:(日本)海洋观测卫星(M AMSR:(日本)高级微波扫描辐射计(Advanced Microwave Scanning Radiometer) 装载卫星:日本的ADEOS-II卫星 SeaWinds:(美国)“海风”散射计 装载卫星:QuikSCAT和ADEOS-II AMSR-E:(美国)EOS卫星携带的[日本]高级微波扫描辐射计(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS) 装载卫星:美国EOS-PM (Aqua)卫星 AMSU:(测大气层垂直空气柱的)高级微波探测装置(Advanced Microwave Sounding Unit) 装载卫星:美国的NOAA/TIROS系列卫星 MODIS:(美国)中等分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectro-Radiometer) 装载卫星:美国宇航局发射的EOS-TERRA和EOS- AQUA卫星 第三章 2、哪一个卫星携带的什么传感器采用的C波段,如果一个雷达的频率是5.3GHz, 它的波长应是多少厘米,哪一个卫星和什么传感器采用的Ku波段,如果一个雷达的频率是13.4GHz, 它的波长应是多少厘米,(提示:电磁波的相速度等于光速)。 ENVISAT卫星携带的高级合成孔径雷达ASAR(Advanced Synthetic Aperture Radar)采用C波段;ERS-1和ERS-2卫星携带的AMI (Active Microwave Instrument) 和雷达高度计RA (Radar Altimeter)也采用C波段。 8c3，10,,,m,5.66cm9f5.3，10 QuikSCAT卫星上搭载的SeaWinds (“海风”散射计)采用13.4GHz/Ku波段，ADEOS-1卫星上搭载的NSCAT (NASA’s Scatterometer)采用13.995GHz/Ku波段，TOPEX/POSEIDON卫星上搭载的SSALT(Solid State Altimeter) 采用13.65 GHz/Ku波段，ENVISAT卫星装载有13.5 GHz/Ku波段的雷达高度计。 8c3，10,,,m,2.24cm9f13.4，10 7 3、举例介绍可见光和近红外辐射计、热红外辐射计、微波辐射计、合成孔径雷达、高度计、散射计的一至两项主要用途。指出属于被动(不辐射电磁波而只接受被检测体的辐射)还是主动(既辐射电磁波又接受其在被检测体的回波信号)遥感方式，并指出属于可见光、红外、微波三种波段类型中何种。如果一个雷达的频率是1.5GHz, 它的波长应是多少厘米, 可见光和近红外辐射计在水色卫星上用来遥感海水叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度以 及海水漫衰减系数等，属于被动遥感方式。 热红外辐射计在气象卫星和海洋卫星上用来遥感海面上空水汽含量、大气剖面温度和湿度以及海表面温度等。 微波辐射计是一个被动微波雷达，它可以测量海面反射、散射和自发辐射的辐亮度和微波亮温，并由此可估计风速、水蒸汽、可降水量、海表面温度、海表面盐度和冰覆盖量等。 合成孔径雷达是一个具有较高空间分辨率的主动雷达，它利用多普勒效应获得较高的空间分辨率，可测量涌浪、内波、降雨、海流边界、海冰位置及性质、大块浮冰的速度等。合成孔径雷达图像多用于国土调查、农林渔业、环境保护和灾害监测，还可应用于水灾监测、作物估产、油污调查、海冰监测和海洋内波研究等方面。 高度计是一个垂直探测的主动雷达，它可监测卫星与地球之间距离、海表面地形和粗糙度，并由此估计风速、表面海流和有效波高。2007年10月我国发射了首颗绕月探测卫星“嫦娥一号”，通过激光高度计获得了高分辨率的月球表面立体图像。 散射计是一个宽刈幅主动雷达，通过测量海表面粗糙度可以计算海表面风速和风向，属于微波波段。 8c3，10,,,m,20cm9f1.5，10 第四章 4、填空:1997年美国发射的装载着宽视场海洋观测传感器SeaWiFS的SeaStar卫星，SeaStar卫星的循环周期(recurrent period)是 ? ，传感器SeaWiFS完成全球覆盖的重复周期为 ? ，每个重复周期(repeat period)包含29个轨道周期，每个轨道周期(orbit period)为1.648小时。在低纬度地区，SeaWiFS的再访问时间(revisit period)是 ? ;在高纬度地区，SeaWiFS的再访问时间(revisit period)是 ? 。(选择:?1天;?2天;?16天;?35天) 6、汽车两盏灯相距R=1.5m，人眼瞳孔直径D=4mm，问多少米时，人眼恰好能 8 ,分辨出这两盏灯,(黄绿光=550nm) 解:设最远为H米 H2.44,R,D由夫琅禾费圆孔衍射: RD3H,,4.47*10(m),2.44解得: 第五章 1、请将下列电磁波按波长由小到大顺序排列:近红外，远红外，中红外，C波段，Ku波段，X波段，红光，蓝光，绿光，紫外线，黄光，黄绿光，黄红光，热红外线。 紫外线、蓝光、绿光、黄绿光、黄光、黄红光、红光、近红外、中红外、热红外、 X波段、C波段 远红外、Ku波段、 6、给出反射率、吸收率、发射率、透射率的定义和英文表述，它们的基本关系是什么,基尔霍夫(Kirchoff)定律条件是什么,在条件满足的情况下该定律表达什么思想, Eaa(,),Ei吸收率(absorptance)a(λ)定义如下 使用辐照度之比定义的吸收率也称为半球吸收率(hemispherical absorptance)。 Err(,),Ei反射率(reflectance)r(λ)定义如下 使用辐照度之比定义的反射率也称为半球反射率(hemispherical reflectance)。 Ett(,),Ei透射率(transmittance)t(λ)定义如下 使用辐照度之比定义的透射率也称为半球透射率(hemispherical transmittance)。 在介质内部，吸收率a(λ)、反射率r(λ)和透射率t(λ)之间存在一个守恒关系式 a(,)，r(,)，t(,),1 用发射率取代上式中的吸收率，获得了一个派生关系 e(,)，r(,)，t(,),1 基尔霍夫(Kirchoff)定律条件是处于当地热动态平衡(local thermodynamic equilibrium)条件下。 9 M()E(),,e(),,,M()E(),,BLACKBLACK发射率e(λ) (Emissivity)的定义是 式中M(λ)是与立体角无关的发射度，E(λ)是辐射源发射的辐照度，MBLACK (λ)是与辐射源具有相同温度的黑体的发射度，E(λ)是与辐射源具有相BLACK 同温度的黑体发射的辐照度。 在条件满足的情况下，它表明吸收能量的速率和辐射能量的速率相等。 7、简要阐述普朗克定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律、瑞利-金斯定律、维恩位移定 律的联系，并从普朗克定律推导其余三个定律。 基于量子理论，1900年普朗克提出了辐射定律。该定律定量地描述了黑体自发 辐射的辐亮度L(λ)，普朗克辐射定律(Planck Radiation Law)是 22hc1L(,),5exp[hc/(kT,)],1,b 8 -1式中λ是电磁波的波长。这里，在真空中的光速c=2.998×10m)s，普朗克常 -34-23-1数h = 6.626×10 J)s，玻尔兹曼常数k=1.381×10J)K，黑体温度b (blackbody temperature)T的单位采用开氏温标(Kelvin degree)。将f λ = c 、 2df =–(c,λ)dλ 以及L(λ)|dλ| = L(f)|df| 代入(5-38)，可获得普朗克辐 射定律的另一表达形式，即 32hf1L(f),2exp[hf/(kT)],1cb (5-39) 式中光速c的单位是m/s，频率f的单位是Hz(赫兹)。 ,利用普朗克定律(5-39)，将辐照度E(f)= L(f)对频率积分，获得斯忒藩 -玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann Law)，即 54,2k,44bE,E(f)df,T,,T,2315ch0 -8-2-4式中σ = 5.67×10 W)m)K是常数。 普朗克辐射定律确定了黑体表面自发辐射的能量分布曲线，维恩位移定律指出了 对应自发辐射最大值的波长位置。 一般地，地表物体以地表温度T(大约300K)辐射。如果频率f低于600GHz， 那么不等式hf/(kT)<<1成立。可获得泰勒公式的一阶展开式 b exp[hf/(kT)],1，hf/(kT)bb 把 上式代入 (5-39)，可获得瑞利-金斯定律(Rayleigh-Jeans Law) 22L(f),(2fk/c)Tb 在普朗克定律(5-38)中，令dL(λ)/dλ=0，可获得对应着辐亮度L(λ)极大 值的波长 ,,b/Tm 10 -3这个公式也称为维恩位移定律(Wiens Displacement Law)，式中b = 2.8978×10 m)K 。 8、什么是海面亮温,在不考虑大气效应的情况下，微波辐射计探测到的海面亮温与海表面真实温度之间有什么关系,相对电容率的变化通过哪些公式导致微波辐射计探测到的海面亮温也随之变化,某处海水的真实温度为297.67K，然而一个5GHz微波辐射计探测的海表面亮温却是T=107.16K，为什么相处如此之大, 海面亮温:如果已知海面发射的辐亮度(radiance)，那么利用普朗克辐射定律或者瑞利-金斯定律可以计算海表面温度(SST)。 这样获得的温度不是海水的真实温度，它被称为海表面的亮温(brightness temperature)。 海面亮温和海面真实温度的关系: T(,,,T)e(,,)T,,,,,,,SSTSST T(λ,θ,φ,T)为海面亮温，T为海面真实温度，e(λ,θ,φ)代表海面的灰度亦SSTSST 即发射率。 相对电容率的变化通过菲涅尔公式影响菲涅尔反射率，通过基尔霍夫定律影响海面发射率，通过海面亮温和海面真实温度的关系公式影响海面亮温。 海水的真实温度为297.67K，然而一个5GHz微波辐射计探测的“海面亮温”却是T=107.16K，这主要是因为对于微波，海水是弱发射体，海水发射率e较小，通过公式 T(,,,T)e(,,)T,,,,,,,SSTSST 可知此时e约为0.36。 第六章 1、写出复折射率的虚部n″与穿透深度z90的关系式。 ,z,90,,4,n 2、朗伯-比尔透射定律的微分形式和积分形式是什么, dLz1(,),L,,(),k()dz,a朗伯-比尔定律(Lambert-Beer Law)的微分形式: L(,z)L(,z)exp[(,z)],,,,,,0a朗伯-比尔定律(Lambert-Beer Law)的积分形式: 3、写出衰减系数ka(λ)和光学厚度的定义。 衰减系数k(λ)包括吸收系数k(λ)和散射系数k(λ)，它们分别描述电磁aabsc 波在传播中由于介质吸收和散射产生的衰减轻重程度。衰减系数描述介质的固有光学性质(IOP:inherent optical properties);它的值是由介质内部各个组份的物 11 理吸收特性、几何散射特性以及各个组份的浓度决定的，与外部光源(或电磁波源)本身的强度无关。 ,光学厚度(optical thickness)被定义为衰减系数沿传播路径上的积分 a z τ(,z)k()dz,,,,aa z0 ,式中(λ, z)代表从位置z =0到 z之间介质在λ波长的光学厚度。 a0 4、用公式表示粒子的尺度分布函数、单粒子衰减截面与衰减系数的关系，并叙述粒子的尺度分布函数、衰减系数和单粒子衰减截面的量纲。海雾粒子尺度分布函数的一般形式是什么, , k,D(r),(r)draa, 0 式子中σa (r)表示单粒子衰减截面，D(r)表示粒子的尺度分布函数 3-12-1 尺度分布函数量纲是L，单粒子衰减截面量纲是L，衰减系数的量纲是L海雾粒子尺度分布函数为: , D(r),,rexp(,,,r) 5、简要阐述米氏散射和瑞利散射的使用条件。大气层空气分子的散射属于哪一种,气溶胶散射对可见光和微波各属于哪一种,为什么, 米氏散射(Mie Scatter)理论适用于描述q(即粒子的周长与电磁波波长之比)小于1的球形粒子对电磁波的散射现象。瑞利散射(Rayleigh scatter)理论适用于描述q远小于1的球形粒子对电磁波的散射现象。 大气层空气分子的散射属于瑞利散射;气溶胶散射对可见光属于米氏散射，对微波的散射属于瑞利散射。 -3这是因为气溶胶粒子的尺度范围一般在10,10 μm之间.对于微波(0.1,100 cm)，q<<1，满足瑞利散射条件;对于可见光(400,700nm)，某些气溶胶粒子满足q<1，这时属于米氏散射，某些气溶胶粒子满足q>1，这时米氏散射和瑞利散射的理论都不适用。 6、请阐述大气的透射率t与大气的光学厚度的关系，并给出大气的透射率t、大气的光学质量、太阳天顶角、大气的光学厚度之间的关系式，并给出光学厚度和光学质量的物理意义和单位。 大气透射率与大气的光学厚度的关系: t,L/L,exp(,,)1s 大气透射率、大气的光学质量、太阳天顶角、大气的光学厚度之间的关系式: 12 光学厚度描述太阳光垂直传播时在大气层内的衰减程度; 光学质量描述太阳光在大气层内沿θ方向的传播路径与垂直传播路径之比，是太阳光倾斜入射时在大气层内传播路径的校正因子。 光学厚度和光学质量都是无量纲的物理量。 7、在有边界存在时的辐射传输下哪几项对传感器接收的信号做出贡献,请阐述 T,T(1,t)，t[eT，(1,e)(1,t)T]AsssA下列方程右边三项的物理意义:。 方程右边三项的物理意义:第一部分是达到卫星辐射计的海表面发射的辐亮度，第二部分是卫星辐射计探测到的大气自发辐射的辐亮度;第三部分是卫星辐射计探测到的大气向下发射的、达到海表面后又经海表面反射的辐亮度。 8、欲探测海表面温度，还是大气窗外,为什么, 传感器应选在大气窗内。在可见光和红外波段，气溶胶散射是辐射衰减的第一因素，空气分子散射是衰减的第二因素，而臭氧吸收是次要因素。在微波波段，气溶胶散射引起的辐射衰减可忽略，水蒸汽吸收是辐射衰减的第一因素，而氧气吸收是第二因素。 大气窗指大气透射率比较大的波段，探测海面的传感器的波段必须设计在大气窗内。 9、已知400 nm 的紫光在纯净海水里的穿透深度大约是75米，700 nm 的红 光在纯净海水里的穿透深度大约是3米，请计算海水对于可见光和红外光的复折射率的虚部。将其与10 GHz微波的复折射率的虚部n″= 2.43比较，并阐述二者差别的物理意义。在某些2类水体海域，400 nm紫光的穿透深度仅达10米，700 nm 红光的穿透深度仅达1米，它们各自的复折射率的虚部是多少, ,'',,nz,904,z,,904,n由得，，所以海水对于可见光的复折射率的虚部 400''n,,0.42,4，75 700''n,,18.6,4，3海水对于红外光的复折射率的虚部 二者差别的物理意义是海水对这两种电磁波的衰减不同 400''n,,3.18,4，10在某些2类水体海域, 海水对于紫光的复折射率的虚部海水对 700''n,,55.7,4，1于可见光的复折射率的虚部 13 ,,kna,12、光学厚度、衰减系数以及复折射率的虚部之间的关系是什么, h ,(0,h),k(z)dz ,0ab 上式中第一项表示光学厚度，,(,)表示衰减系数，它等于 ,, ,(,)= 4πfn〞,;(n〞表示复折射率的虚部) ,, 第七章 3、写出水色遥感的大气校正方程，分别介绍各项的物理意义，并写出大气透射率与光学厚度的关系。 水色卫星遥感的大气校正方程(Atmospheric Correction Equation)可表达为 L(,),L(,)，L(,)，T(,,,)L(,)，t(,,,)L(,)iRArw(Gordon和Voss 1999) 式中L(λ) 代表卫星探测的辐亮度(radiance)，下角标i 代表传感器第i 个通道。i L(λ) 代表大气中分子散射的辐亮度，下角标R是Rayleigh的英文首字母，大气R 层空气分子对所有波段电磁波的散射均属于瑞利散射(Rayleigh scatter)。L(λ) A代表气溶胶散射的辐亮度，下角标A是气溶胶(aerosol)的英文首字母;L(λ) 代r 表海面的镜面反射(specular reflectance)，也称为太阳耀斑(sun glitter)，选择合适的观测角可以避免太阳耀斑。t(λ,θ) 是大气的漫透射率(diffuse transmittance)，T(λ,θ) 是大气的直接透射率(direct transmittance)，λ是传感器第i 个通道对应的波长(wavelength);θ是卫星天顶角(satellite zenith angle)，L(λ) 是离水辐w亮度(water-leaving radiance), t(λ,θ)是大气漫透射率(diffuse transmittance) 根据Gordon 和Morel(1983)，大气漫透射率(diffuse transmittance)t(λ,θ) 可由 (1f)()(1f)()(),,,,，,,,,，,,RRRAAAozt(,)exp[],,,,cos,下面公式表示 ,式中(λ)是大气层内空气分子的光学厚度(Rayleigh optical thickness of air R ,molecules in the atmospheric)，(λ)是气溶胶的光学厚度(aerosol optical A ,thickness)，(λ)是臭氧的光学厚度(ozone optical thickness)，ω是气溶胶对太ozA阳辐射的单次散射反照率(single scattering albedo)，ω是大气层空气分子对太R 阳辐射的单次散射反照率，f代表气溶胶前向散射的概率(forward scattering A probability)，f代表大气层内空气分子前向散射的概率。单次散射反照率代表散R 射系数与衰减系数之比。 4、写出在离水辐射小节中离水辐射Lw(λ,θ)的光学算法表达式，说明各项特别是菲涅耳反射率、反照率、反射率和漫反射率的物理意义。 (1)(1)R,,,,L()L(,0)F()cost(,),,,,,,,,wwsss2,(n)Q(1rR), 14 菲涅耳反射率是反射的辐亮度与入射的辐亮度之比，它描述了光束在界面的反射特性。反照率定义为地面反射的和空气中各种粒子后向散射的辐照度之和与入射的太阳辐照度之比，反照率原来是一个在天文学里描述星体光学性质的术语。某些遥感科学家用它描述太阳光在海-气界面的反射和在海面与某高度路径之间的气溶胶等粒子引起的太阳光散射之和在入射的太阳光占的份额。反射率既可以通过辐照度之比描述电磁波在界面上的反射特性，又可以通过辐亮度之比描述与立体角有关的光束在界面上的反射特性。漫反射率描述了介质内部的漫反射(“漫反射”代表多个粒子反射而不是面反射)特性。 10、什么是遥感反射率Rrs (λ)(remote sensing reflectance),什么是归一化离水辐亮度Lwn (λ)(normalized water-leaving radiance),为什么遥感反射率Rrs (λ)表示太阳光离水辐亮度的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化形式。 人们使用遥感反射率R(λ)表示太阳光离水辐亮度的标准化形式，归一化离水辐rs ,,,,(1)(1)R,,,,L()F()[]wn02,(n')(1rR)Q亮度可以表示如下 式中L(λ)是归一化离水辐wn 亮度(normalized water-leaving radiance)， 在水色遥感中，大气校正模式和水色反演模式是必须建立的两个基本模式。水色反演模式的作用是，通过对太阳光离水辐亮度的测量和标准化的换算，达到对海水内部主要粒子浓度的估计。人们使用遥感反射率R(λ)表示太阳光离水辐亮度rs 的标准化形式。 第八章 2、为什么选择MODIS的31通道(10.780,11.280 µm)和32通道(11.770,12.270 µm)，以及20通道(3.660,3.840 µm)、22通道(3.929,3.989 µm)和23通道(4.020,4.080 µm)探测海表面温度(sea surface temperature),选择MODIS的24通道(4.433,4.498 µm)和25通道(4.482,4.549 µm)探测大气温度剖面(Atmospheric Temperature Profile),选择MODIS的17通道(890,920 nm)、18通道(931,941 nm)和19通道(915,965 nm)探测大气中的水汽(Atmospheric Water Vapor), 波段3.7,4.1μm和10,12μm是两个可用于星载辐射计探测海面物理要素的热红外窗，一般用于表面温度探测的星载辐射计通道都设计在这两个窗内。由于其波长比可见光波长要长，具有较大的绕射能力和穿透能力，不易受到雾、烟尘和气溶胶的影响，即使穿过大气层，热红外遥感也能够测到比较清晰的图像。 MODIS使用其它热红外通道监测大气垂直剖面的温度、湿度和臭氧含量，这些通道包括大气中气体成分(例如氮气、水蒸气、臭氧等)的吸收带，即非大气窗波段。所以，对应于海洋遥感大气窗是有利的波段，对应于大气遥感非大气窗可能是有利的波段。 17通道(890,920 nm)、18通道(931,941 nm)和19通道(915,965 nm)是 15 近红外波段，6000K的太阳在此频率范围的辐亮度最大，地球表面对此频率范围的太阳光反射和后向散射比较显着。窄带可见光和近红外辐射计一般用于水色和气象遥感，宽带可见光和近红外辐射计一般用于陆地和气象遥感。 4、填空:MODIS热红外通道辐亮度L通过 __?___ 与该通道的黑体温度Tii相联系;MODIS热红外通道的黑体温度T通过 __?___ 与海表面温度相联系。i (选择:?基尔霍夫定律，?经验公式，?普朗克定律，?瑞利-金斯定律) 第九章 1、 请回答在微波波段的辐射传输方程 2T(,h)etTT(,h)tTt(TTT),,，,，,，,，，sudgalcossun 各项和每个字母代表什么意义, 大气介质内部的基尔霍夫定律体现在何处, T(θ,h)是微波辐射计观测到的视在温度(apparent temperature)或称亮温(brightness temperature)，T(θ,h)是大气向上辐射的亮温，h是辐射计所在的u 高度，θ是观测角或卫星天顶角，e是海表面的发射率，t代表从海面0到高空h之间大气层的透射率，T是海表面的温度，ρ是海面的菲涅耳反射率，ρtT是大s d气向下辐射产生的亮温，T和T分别是银河系噪音(galactic noise)等效温gal cos 度(对于f>3GHz，T<1K)和宇宙黑体辐射(cosmic blackbody radiation)等效gal22温度(T?3K);T是太阳表面温度，ρ tT代表银河系噪音，ρ tT代表宇cossungalcos2宙黑体辐射，ρ tT代表反射的太阳辐射。 sun T,eT,T(1,t)uAAA大气向上辐射的亮温T还可以进一步被简化为 u 式中T是某种加权平均大气温度，在估计AMSR通道上水蒸汽引起的衰减系数A 时，某些文献采用了这种近似(Xia 2001)。在上面的公式中，e是大气的发射A率。根据基尔霍夫定律，在大气内部大气的发射率e等于大气的吸收率a，大AA气的吸收率a与大气的透射率t之和等于1。A 2、填空:平静海面的微波亮温T通过 _?+?__ 与海面发射率e相联系，海面发射率e通过 __?__ 与菲涅耳反射率ρ相联系，菲涅耳反射率ρ通过 __?__ 与相对电容率ε相联系，相对电容率ε通过 __?__ 与海表面温度和盐度相联rr 系。(选择:?基尔霍夫定律，?菲涅耳公式，?德拜方程，?瑞利-金斯定律，?发射率定义) 3、填空:在1-40GHz频率范围内，菲涅耳反射率ρ在 __?_ 随海表面盐度变化最大，在 __?_ 随海表面温度变化最大，在 __?_ 随海表面温度和盐度变化最小，(选择:?X波段，?C波段，?L波段，?Ka波段，?Ku波段) 5、微波辐射计SSM/I反演风速的两种算法(包括SSM/I-GSW算法和SSM/I-GSWP算法)在风速小于15m/s条件下反演精度达到 _?_。(选择:?2m/s，?1m/s) 16 6、填空:天线的半功率波束宽度与 _?_ 成正比，与 _?_ 成反比。(选择:?天线的孔径D，?电磁波的波长λ，?观测的天顶角 第十章 1、已知σ[dB]=10 log(σ)，说明标准化后向散射截面σ[dB]和σ的单位。如果0000σ增加到原来的100倍，σ[dB]增加多少, 00 34P(4)R,R,,02PGGA,TTR所以，σ 是无量纲的，故一般地被称为标准化雷达后向散射截面NRCS0 (Normalized Radar -backscatter Cross Section)，通俗地也被称为散射系数(scattering coefficient)。 由于σ变化范围太大，我们经常用σ[dB]表示标准化雷达后向散射截面NRCS，即 00 ,,,[dB]10log()0100，式中左侧的σ [dB]代表用分贝(dB)表达的NRCS，右侧的σ代00表原始定义的NRCS。 所以，标准化后向散射截面σ[dB]的单位是分贝dB。 0 σ[dB]增加了20分贝。 0 2、给出布喇格共振条件和入射角θ定义。如果使用5.3GHz的C波段散射计，i 45:当入射角是 时，水面上波长多少的水波与入射的电磁波共振, 布喇格共振(Bragg resonance)或布喇格共振散射(Bragg resonant scattering)条件是 ,,,,,2sink,2k,sin,waterradarradarwater 或 式中k是波数(wavenumber)，λ是波长(wavelength)，θ是入射角(incidence angle)，即雷达波束与垂直方向的夹角。 i c,,,0.04m,f2sin45 第十一章 1、解释概念:Range，Geoid，Topography，Dynamic Height，Geoid Undulation，Reference Ellipsoid。 Range:高度计测量的距离(Range)指卫星与海面之间的距离。 Geoid:大地水准面(geoid)指与平均海表面最接近的地球等势面(geop)，它反映了地球内部质量和密度分布的不均匀特性。 Topography:海表面地形(sea surface topography)或海洋地形(ocean topography)被定义为海表面(sea surface)相对于大地水准面(geoid)的距离。 17 Dynamic Height:因为海表面地形(sea surface topography)是海洋动力过程引起的，所以在许多文献中也称之为海表面动力高度(sea surface dynamic height)或者海表面动力地形(sea surface dynamic topography)。 Geoid Undulation:大地水准面起伏(geoid undulation)指大地水准面(geoid)相对于参考椭球面(reference ellipsoid)的距离。 Reference Ellipsoid:参考椭球面(reference ellipsoid)是由一个双轴椭圆的旋转产生的，它是最接近地球表面形状的一个椭球面，它的赤道半径是6378.1363km，偏心率(扁率)是1/298.257。 2、高度计能够观测哪几个物理量,TOPEX/Poseidon高度计的水平分辨率(horizontal resolution)是多少, 使用高度计(altimeter)可以实现对海表面高度SSH(Sea Surface Height)、有效波高SWH(Significant Wave Height)、海表面地形(sea surface topography)等动力参数的测量，同时可以获取海流(ocean currents)、海浪(sea waves)、潮汐(tides)、海表面风(sea surface winds)等动力参数信息。此外，卫星高度计资料还可应用于地球结构和海洋重力场的研究。 TOPEX/Poseidon高度计的水平分辨率(horizontal resolution)是2.2km。 3、大地水准面起伏由什么原因引起,它的变化范围, 大地水准面起伏是由地球质量分布不匀引起的。我们用h表示大地水准面高，h的变化范gg围在,106m和，83m之间。 4、根据什么方程可以利用海表面动力高度(sea surface dynamic height)hd来计算海流速度, 根据方程 ,hgdv(x,y),sf,x ,hgdu(x,y),,sf,y可以利用海表面动力高度(sea surface dynamic height)h来计算海流速d度。 第十二章 1、什么是真实孔径雷达，真实孔径雷达与合成孔径雷达有什么区别和联系, 一般地，不依赖于多普勒效应原理工作的雷达称之为真实孔径雷达。 合成孔径雷达与真实孔径雷达不同的是，这种雷达不但以多普勒频率为载波携带着地球表面 18 粗糙度的信息，而且携带的信息具有更高的空间分辨率。所以，这种能够利用多普勒效应携带高分辨率地球表面信息的雷达被称为合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar) 2、写出合成孔径雷达的距离分辨率、方位分辨率的表达式。哪一个分辨率与采样时间的卫星通过的距离有关,与真实孔径雷达的分辨率相比，哪一个量相当与“合成孔径”,合成孔径雷达在海洋遥感中有哪些具体应用, 合成孔径雷达的方位分辨率(azimuth resolution)，即 ，式中 X = Dwt 表示在整个采样时间t 卫星移动的距离。 SS ,c ,y,距离分辨率δy可以表示为 ，，中 θ 是入射角，c 是光速。 2sin, 方位分辨率与采样时间的卫星通过的距离有关。 与真实孔径的雷达相比，2Xsinψ相当于“合成孔径”。 D 采样距离X与卫星速度w，采样时间长度ts的关系是:X = wtDDS 5、为什么合成孔径雷达能够监测海表面风速、海洋内波、海面油膜、海流、海浪方向谱、有效波高, 根据布喇格共振散射(Bragg Resonant Scattering)理论，合成孔径雷达(SAR)接收到的海面后向散射信号与海表面上满足布喇格共振散射条件的毛细重力波的谱成正比，所以它能够观测海表面有毛细重力波代表的海面粗糙度，并可反演产生毛细重力波的海表面风速。因为海面油膜改变了海表面张力，而海表面张力是毛细重力波的主要恢复力，所以在海面油膜出现的海域毛细重力波难以生成，表面粗糙度减少，合成孔径雷达接收到的信号将减弱，SAR图像将显示暗区域。在海流出现的海域，海流对毛细重力波的调制会使风生毛细重力波减弱，这样SAR图像也显示暗区域。当内波出现的时候，在辐聚带海面生物膜的聚集使海表面张力减弱，在辐散带深层干净海水的上升使海表面张力加强，这些都在SAR图像产生或明或暗的条纹，从而显示出内波。海浪引起的海水流动(海水质点的长波轨道速度)对毛细重力波有调制作用，在SAR图像留下长波海浪的踪迹，所以合成孔径雷达还能够观测海浪方向谱。 ?1.1 卫星海洋遥感的应用 p1 卫星海洋学涉及的详细内容有: ?海洋遥感的远离和方法:包括遥感信息形成的机理、各种波段的电磁波(可见光、红外光、微波)在大气和海洋介质中传输的规律以及海洋的波谱特征; ?海洋信息的提取:包括与海洋参数相关的物理模型、从遥感数据到海洋参数的反演算法、遥感图像处理和海洋学解释、卫星遥感数据与常规海洋数据在各类海洋模式中的同化和融合。 ?满足海洋学研究和应用的传感器的最佳设计和工作模式:包括光谱波段和微波频率的选择、光谱分辨率和空间分辨率的要求、观测周期和扫描方式的研究以及传感器噪声水平的要求。 ?反演的海洋参数在海洋学各领域中的应用。 卫星遥感所获得的海洋数据特点: 19 1.观测区域大 2.时空同步 3.连续 *卫星遥感资料和卫星海洋学的研究成果在海洋天气和海况预报、海洋环境监测和保护、海洋资源的开发和利用、海岸带绘测、海洋工程建设、全牛气候变化以及厄尔尼诺现象检测等科学问题上有着广泛的应用。(有问答题时加上) ?1.2中国气象卫星的发展p6 我国气象卫星包括两个主要系统: 1.极轨卫星系统;2.地球静止卫星系统。 【了解】第一代极轨气象卫星“风云一号”，第一代静止气象卫星“风云二号”，第二代太阳同步轨道气象卫星“风云三号”，第二代静止气象卫星“风云四号”。(风云单号极轨，双号静止) ?1.3中国海洋遥感的进步p8 2002年5月15日，我国第一颗海洋探测卫星“海洋一号A”与“风云一号”D气象卫星作为一箭双星同时发射升空; 2007年4月11日，“海洋一号”B卫星发射。 发射海洋一号卫星的主要目的是:观测海水光学特征、叶绿素浓度、海表面温度、悬浮泥沙含量、可溶有机物和海洋污染物质，并兼顾观测浅海地形、海流特征、海面上空气溶胶等要素，掌握海洋初级生产力分布、海洋渔业及养殖业资源状况和环境质量，了解重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律，为海洋生物资源合理开发利用、沿岸海洋工程、河口港湾治理、海洋环境监测、环境保护和执法管理等提供科学依据和基础数据。 我国计划发展3个系列的海洋卫星: 1.以可见光、红外波段遥感探测海洋水色和水温为主的“海洋一号”系列卫星; 2.以微波遥感探测可全天候获取海面风场、海面高度和海表面温度场为主的“海洋二号”系列卫星; 3.同时配备光学传感器和微波传感器的可对海洋环境进行综合监测的“海洋三号”系列卫星。 ?2 气象卫星与水色卫星 ?2.1 遥感和遥感技术p30 波段 波长(μm) 紫外波段 0.2~0.4 可见光波段 0.4~0.7 红外波段 0.7~1000 红外波段按波长细分 波长(μm) 近红外 0.7~1.3 中红外 1.3~3 热红外 3~15 远红外 15~1000 *近红外光和中红外光来自地球反射的太阳辐射，所以该波段也称“反射红外” 20 遥感形式分类p31 1.按照电磁波的光谱分为:可见光与红外反射遥感、热红外遥感、微波遥感; 2.按照目标能量来源分为:主动式遥感、被动式遥感; 3.按照空间尺度分为: 全球遥感、区域遥感、城市遥感; 4.按照应用领域分为: 资源遥感、环境遥感; 5.按照研究对象分为: 气象遥感、海洋遥感、陆地遥感; 6.按照应用目的分为: 陆地水资源遥感、土地资源遥感、植被资源遥感、海洋环境遥感、海洋资源遥感、地质调查遥感、城市规划和管理遥感、绘测制图遥感、考古调查遥感、综合环境监测遥感、规划管理遥感等。 7.按照遥感器使用的平台分为:航天或卫星遥感、航空遥感、地面遥感 ?2.2 气象文星和主要传感器 NOAA/TIROS系列卫星载有改进型甚高分辨率辐射计(AVHRR)，还载有用于探测大气层垂直空气柱的剖面温度和湿度等物理量的泰罗斯垂直探测装置(TOVS)。P33 ?2.4水色卫星和主要传感器p43 第一代水色扫描仪:海岸带水色扫描仪(CZCS); 第二代水色扫描仪:宽视场海洋观测传感器(SeaWiFS)和中国海洋水色和温度扫描仪(COCTS); 第三代水色扫描仪:中等分辨率成像光谱仪(MODIS)。 水色传感器与陆地资源或气象传感器的主要不同点:p43-44 ?.信噪比(SNR) 极高，在一般传感器作为暗像元的水体目标上，要求SNR>500以上，因此，如果不做自动增益调整，其在陆地目标上的信号将趋于饱和; ?.波段带宽较窄，水色传感器的可见光通道带宽大雨10nm，近红外通道带宽大约20nm，光谱范围一般在400~900nm; ?.时间窗一般要求在当地时间10:30—14:30之间过境，最好是中午12:00左右; ?.要求卫星平台具有倾斜功能，以避免太阳直射光在海面的反射进入视场; ?.再访问时间1~3天，空间集合分辨率500~1100m; ?.有绝对的精度指标要求。 辐射计波段:p44 装载于Nimbus-7上的延岸带水色扫描仪(CZCS)是 6 波段辐射计; 装载于SeaStar上的SeaWiFS是 8 波段辐射计; 装载于EOS上的中等分辨率成像光谱仪(MODIS)是 36 波段辐射计。 中等分辨率成像光谱仪MODIS获取的数据的三个特点:p47-48 1.NASA对MODIS数据实行全世界免费接收的政策，这样的政策对于目前我国大多数科学家来说是不可多得的数据资源; 2.MODIS数据设计波段范围广(36个)，数据分辨率高(250m、500m、1000m)，对陆地、大气和海洋的研究有较高的实用价值; 3.TERRA和AQUA卫星都是太阳同步极轨卫星，TERRA在地方时上午过境，AQUA将在地方时 21 下午过境。TERRA和AQUA上的MODIS数据在监测时间上相配合，可以得到每天最少2次白天和2次黑夜监测数据。 ?3 海洋卫星与陆地卫星 ?3.2 欧洲卫星ERS-1/2和ENVISAT 图见书P57 欧洲环境卫星ENVISAT装载的传感器。 *高级合成孔径雷达ASAR *中等分辨率成像光谱辐射计MERIS ?3.3高度计卫星p59 1992年8月发射的TOPEX/Poseidon 和 2001年12月发射的Jason-1 是特别为高度计轨道设计的专用卫星。 ?3.4装载合成孔径雷达的卫星p59 加拿大的RADARSAT是1995年11加拿大空间局发射的合成孔径雷达专用卫星。 ?3.6陆地和海岸带观测卫星p63 HYPERION具有220个波段，地面分辨率可达30m，用于地物波谱测量和成像、海洋水色要素测量以及大气水汽/气溶胶/云参数测量等。*第四代 ?3.7高分辨率商业和军事卫星p66 1.美国地球观测公司在 2001年 发射了 QuickBird-2卫星;(美国快鸟) 2.美国太空成像公司在 1999年 发射了 高分辨商业卫星 IKONOS-2(伊科诺斯-2); 3.美国轨道成像公司在 2003年 发射了 OrbView-3(轨道观测-3); 4.美国地球之眼公司在 2008年 发射了 最先进、分辨率最高商业卫星 GeoEye-1(地球之眼-1)。 ?4 卫星轨道与分辨率 ?4.1 卫星轨道p73 卫星在地球表面的投影被称为星下点或者卫星的天底点，卫星星下点轨迹与赤道的焦点被称为节点。 升轨:当卫星由南向北运动时; 降轨:当卫星由北向南运动时; 升轨点:卫星由南向北运动穿过赤道时，卫星星下点轨迹与赤道的交点; 降轨点:卫星由北向南运动穿过赤道时，卫星星下点轨迹与赤道的交点; *升轨点和降轨点统称节点。 太阳同步轨道p73 用于地球观测的四个主要轨道类型包括:1.*太阳同步轨道(对海洋遥感—水色遥感来说用的最多);2.地球同步轨道;3.高度计轨道;4.近赤道低轨角轨道。 重复周期p76 卫星的重复周期指,卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后回到原地上空时 22 所需要的天数。卫星的重复周期也被成为卫星地面轨迹的重复周期。对于采用循环轨道的卫星，重复周期等于循环周期。如:高度计卫星的重复周期和循环周期经常被等价使用。 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。 再访问时间指,地球上某一局部地点被传感器先后两次观测的时间区间。再访问时间与观测地点的纬度有关。对赤道地区的再访问时间 长于 高纬度地区的再访问时间。 ?4.2 分辨率 电磁波的相干条件是:p77 ?.频率相同的两光波在相遇点有相同的振动方向和固定的相位差; ?.两光波在相遇点锁产生的振动的振幅相差不大; ?.两光波在相遇点的光程差不能太大。 ??【计算】**p78-79 电磁辐射 ?5 ?5.1 电磁波的波段p83 C波段、X波段和Ku波段常常被用于卫星遥感，主要原因是:厘米量级波长的微波能与海面上风生毛细重力波发生布拉格共振，并通过共振带回海面信息。 ?5.3 辐射术语p86 极化状态是根据电场方向与参考平面的关系来定义的。 水平极化和垂直极化 设一个参考平面由两条直线确定，一条是入射或离开海面的电磁波束所在的直线，另一条是海表面的垂线。对于线性极化的辐射，水平极化的电场与参考平面垂直，垂直极化的电场与参考平面平行。 辐亮度L:(有方向的辐照度) 辐亮度有方向概念 表示沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量。它的定义是: 2d,,,L(,),dAd,cos,. 光谱辐亮度: “光谱的”或者“单色的”辐亮度表示辐亮度相对于波长或频率的能量分布，它的定义是: ,,dL(,),,,L(,,),d, 光谱辐亮度代表在单位波段内(单位波长或单位频率)沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量。 辐照度E 辐照度E表示通过单位面积的辐射通量，它的定义是: 23 d,E,dA : 发射度M 在介质内部，吸收率a(λ) + r(λ) + t(λ)=1 根据基尔霍夫定律，在当地热动态平衡条件下，介质洗手的能量全部被发射，发射率等于吸收率，因此，用发射率取代上式吸收率，得到: ，，，，，，e,，r,，t,,1 【理解】 对于透明玻璃板，入射光被全部透射过去，故: t=1，r=0，e=0; 对于镜子，入射光被全部反射回去，故: r=1，t=0，e=0; 对于黑体，入射光被全部洗手，然后又全部被发射，故: a=1，e=1，t=0，r=0. ,菲涅尔反射率 ，，,,,,,,两介质界面出的菲涅尔反射率被定义为反射的辐亮度与入射的辐亮度之比: ,,,L,，，,r,,,,，，,,,，，L,,,,,i 反照率:定义为地面反射的和空气中各种梨子后向散射的辐照度之和与入射的辐照度之比。 单次散射反照率:描述大气层中的分子和气溶胶粒子的光学效果。粒子对太阳辐射的单次散射反照率被定义为粒子的散射系数与衰减系数之比。 朗伯表面 ,,使用L代表一个物体表面自发辐射或者反射的电磁波的辐亮度。如果L不是和的函数，这样的表面被称为朗伯表面。朗伯定律表达的事实是:朗伯表面从不同方向看是一样亮的。 ?5.5黑体辐射 黑体 科学家将发射率e等于1的理想辐射体称为黑体，黑体发射的辐亮度只与温度有关。如果一个物体的发射率e小于1，那么该物体就是灰体，它的发射率e俗称灰度。 当微波频率f固定以后，物体发射的辐亮度L(f)与该物体的温度呈现一个线性关系。 亮温 24 如果已知海面发射的辐亮度，那么直接代入普朗克辐射定律经过计算可以获得一个黑体等效辐射温度。这样获得的温度不是真实的海表面温度(SST)，它被称为海面亮温或称为黑体温TB度。 ?6 散射和吸收 ?6.1 描述衰减的术语p117 ，，，，E,,dE,,0XX如果在z=d处的电场强度衰减为初始值的1/e，那么我们定义从z=0到dskinz=的距离为皮层深度。 1ccd,,,skin,,,,k,n2,fnk,,nee 其中:电场强度的衰减系数，复折射率的虚部。 因为只有接近海面非常薄的水层的水分子发射的电磁波辐射能够溢出水面，所以表面薄层水分子的平均温度决定了海表面的辐射强度，代表了热红外辐射计或者微波辐射计探测的海表面温度。该表面薄层的实际厚度是随辐射波长而变化的，一般的，人们称这一表面薄层为皮层。 在微波范围内，在海水中微波随波长减小而衰减加剧，微波的皮层深度随波长减小而减小。 ，，E,,Zz，，E,,09090如果在z=处的辐照度衰减为初始值的1/e，那么我们定义从z=0到z,z90的距离为穿透深度。 z，，L,90在穿透深度以上海水层粒子的后向散射对离水辐亮度的贡献占有90%的份额，所以 z90人们使用90作为穿透深度 的下角标。 一般的，490nm蓝绿光的穿透深度最大，波长超过490nm的可见光在海水中的穿透深度随可见光波长的增加而减小。 将电磁波在纯水中的穿透深度称为吸收深度或者衰减深度。 穿透深度一般用于描述可见光和近红外光在海水中的衰减，吸收深度多用于描述电磁波在纯水中的穿透深度。皮层深度描述电场强度的衰减，它比穿透深度和吸收深度大一倍。 衰减系数和光学厚度p121 ，，，，k,k,，，k,aabsc衰减系数是 吸收系数 和 散射系数 的总和。 ,a光学厚度被定义为衰减系数沿传播路径上的积分。 25 ,a*光学厚度没有量纲 ，，，，,,,z,,,z，，a,abab当光学厚度等于0时，吸收率等于0;当光学厚度等于无穷大时， ，，a,吸收率等于1。 体积散射函数 海水的散射主要集中在前向散射。前向散射一般占总散射的90%以上，后向散射只占小部分，通常小于10%。 米氏散射和瑞利散射p130-131 米氏散射理论用于描述:q(粒子的周长与电磁波波长之比)小于1的球形粒子对电磁波的散射现象。 瑞利散射理论是用于描述q远小于1的球形粒子对电磁波的散射现象。 【论述】实际发生的大气对太阳关的散射主要是两种: 丁达尔散射和瑞利散射。 丁达尔散射属于米氏散射，它描述尺度小于100nm的粒子对太阳光的散射现象。【详见p130】 ?6.2 辐射传输方程p135 在可见光波段，气溶胶的散射经常是构成最主要衰减的因素。在热红外特别是微波波段，由于电磁波波长远大于大气所含粒子的粒径，大气所含粒子的散射已经不起明显作用，大气所含粒子的吸收变成了最主要的衰减因素。在红外波段，水汽、二氧化碳和臭氧是主要的吸收气体;在微波波段，水汽、氧气和云中液态水是最主要的吸收物质。 ?6.3 大气层和大气窗 臭氧(D.U.意义)p137 【理解】如果在零摄氏的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3mm左右。这种用从地面到高空垂直柱中臭氧的总厚度来反映大气中臭氧含量的方法叫做 柱浓度法，采用多布森单位(D.U.)来表示，正常大气中臭氧的柱浓度约为300D.U.。1.0 D.U.相当于在一个标准大气压和0?的温度下0.01mm的臭氧层厚度。 气溶胶p138 气溶胶对辐射的影响有 2 种方式: 一、直接影响，指气溶胶直接散射和吸收电磁辐射; 二、间接影响，指气溶胶作为凝结核，在大气中改变云滴的浓度和云滴在大气中存在时间，通过云滴影响电磁辐射。 气溶胶对电磁辐射的影响是双向的。它可以把太阳辐射向太空中散射，造成衰减;也可以吸收由地面而来的长波辐射，其作用与温室气体在作用相似，形成增益。 气溶胶是气体和在重力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混合系统。一般地，气溶胶是指悬浮在空气中的、由固体和液体颗粒与气体载体共同组成的多相体系。 26 大气层空气分子、臭氧和气溶胶的光学厚度p140 在可见光和近红外波段，空气分子衰减作用对应的光学厚度主要是由空气分子散射造，，,,a 成的，而与吸收关系不大。 在可见光和近红外波段，气溶胶的光学厚度主要是由气溶胶对电磁波的散射引起的。 ，，,,oz臭氧的光学厚度是由臭氧吸收引起的。 水蒸气和氧气的吸收:在微波波段，因为大气吸收系数起主要作用，大气散射的贡献可以忽 ,,,aabab略，所以大气衰减系数近似地等于大气吸收系数。在微波波段，大气吸收系数饱 ,,,，,，,,,abliqoxyvapliqoxy含三个主要组成部分: ，是云中液态水和降雨吸收系数， ,vap是氧气的吸收系数，是水汽的吸收系数。 大气窗P145-146 COHO22有 7 种大气成分对电磁波吸收起大小不等的作用，他们是:二氧化碳、水蒸气、 ON0OCHCO3242臭氧、一氧化二氮、一氧化碳、甲烷、氧气。比较而言，二氧化碳和水蒸气对红外波段的大气透射率影响最大。 【选择】大气透射率依次按下列顺序递减:冬天亚北极区、冬天中纬度地区、夏天亚北极区、夏天中纬度地区、热带地区。一般地说，大气对于太阳入射辐射是比较透明的，对于地球发出的红外辐射不太透明。 ?7 可见光和近红外辐射计与水色遥感 ?7.1 辐射计p152 可见光和近红外辐射计在水色卫星上用来遥感海水叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度以及海水漫衰减系数等， 红外辐射计在气象卫星和陆地卫星上用来遥感雪、冰、气溶胶和薄卷云等 热红外辐射计在气象卫星和海洋卫星上用来遥感海面上空水汽含量、大气剖面温度和湿度以及海表面温度等 微波辐射计在海洋卫星上用于遥感海表面温度、海面风速和风向、海面上空水汽含量、可降水量等，在飞机上用于遥感海表面温度和海表面盐度等 辐射计是一种根据被动遥感理论研制的传感器。【详见p152】 ?7.2 水色遥感简介 卫星和传感器p153 所谓水色或海色是太阳光经水体或海水散射后，可见光和近红外辐射计监测到的散射光的颜色。 水色三要素指:1.浮游植物的叶绿素;2.无机的悬浮物;3.有机的黄色物质。 水体类型p157 27 一类水体:浮游植物及其“伴生”腐殖质对水体的光学特性起主要作用的水体 二类水体:无机悬浮物或黄色物质(又称溶解的有色有机物)对水体的光学特性有不可忽视的明显作用的水体 大多数开阔海域的海水接近一类水体，二类水体位于与人类关系最密切、受人类活动影响最强烈的近岸、河口等海域，其中悬浮泥沙(无机悬浮物)、叶绿素和黄色物质是影响海洋水色的三要素。 黄色物质 海水中的溶解有机物(DOM)包括:POC-颗粒状有机碳;DOC溶解的有机碳。 不能通过定量滤膜(网膜0.4~1.0μm之间)的颗粒状有机碳称为POC;能通过的称为DOC。 有色溶解有机物(CDOM)是DOM中的主要成分，它能吸收蓝色的光而散射黄色的光，从而使水呈浅黄色，故被人们通俗地称为黄色物质。 -1人们通常使用只含有黄色物质海水的吸收系数广义的代表它的浓度，其单位是μm。 ?7.3 大气校正和离水辐射 大气透射率p161 水色卫星遥感的大气校正方程可表达为: ，，，，，，，，，，，，，， L,,L,，L,，T,,,L,，t,,,L,iRrWA ***含义: 表达式 含义 下标含义 ，，L,i 卫星探测的辐亮度 i:传感器第i个通道 R:是Rayleigh的英文首字 母，大气层空气分子对所有波，，L,R 大气中分子瑞利散射的辐亮度 段电磁波的散射均属于瑞利 散射。 ，，L,A 气溶胶散射的辐亮度 A:气溶胶的英文首字母 海面的镜面反射，也称为太阳耀斑，选择合，，L,r 适的观测角可以避免太阳耀斑 ，，t,,, 大气漫透射率 ,:传感器第i个通道对应的 波长; ，，T,,,, 大气的直接透射率 :卫星天顶角，代表卫星观 测方向与被观测海面的法线 之间的夹角 离水辐亮度，描述:被表层海水散射的太阳 ，，L,W 辐射，不是海水自发辐射，与海水发射率无 关。 28 ?7.4 水色遥感的科学术语p175 ******【作图题】p175 图7-6 注意:反射峰的位置、高度、坐标轴大小、曲线形状 ?8 热红外辐射计 ?8.2 热红外辐射计 消除云的方法一般可采用:p194 ?(最大温度法:海表面温度与云表面温度相比要高，海表面温度变化的时间梯度(或空间梯度)与云表面温度变化的时间梯度(或空间梯度)相比要低。若条件满足，则可认为是海表面温度值，否则可认为是云。这种方法对稳定薄云和不清晰云的情况不适用; ?(多波段方法:这种方法依赖于两种不同的红外波长(一般为3.7μm和10.5μm)上的亮度和温度之间的非线性关系。如果在温暖的海面上覆盖分散的不清晰的云，则其图像在两个波段上将给出两种不同的亮温;若是均匀的云块或海面，则其图像上将有相同的亮温; ?(图像目测判断法:雨云在可见光下的图像是明显的。 ?9 微波辐射计 ?9.1微波辐射计p202 微波辐射计可以全天候探测海表面温度、盐度、风速、大气垂直温度和湿度剖面、大气中水汽含量和可降水量。 ?10 散射计 ?10.1 卫星和散射计 散射计:一种专门监测全球海面风场的主动微波雷达。(辐射计是被动) ?10.3 电磁波在粗糙海面的散射 布拉格共振散射 雷达发射的电磁波与海表面毛细重力波之间产生布拉格共振条件是: 2,sin,2ABsin,,2BC当 等于 雷达波长时，从海面上后向散射的电磁波,waterradar 有相同的相位，具有相同相位的电磁波相遇产生布拉格共振。 P235 入射角θ 解释 可使用镜面反射机制解释海面的雷达后向散= 0 射 布拉格共振散射被用来解释海面的雷达后向30?< θ < 60? 散射 需要使用镜面反射和布拉格共振散射相结合0?< θ < 30? 的联合机制解释海面的雷达后向散射 ?11 高度计 ?11.1 高度计和海表面地形几何学p253 卫星和高度计 高度计:测量地球表面相对高度的仪器。使用高度计可以实现对海表面高度SSH、有效波高 29 SWH、海表面地形等动力参数的测量，同时可以获取海流、海浪、潮汐、海表面风等动力参数信息。此外，卫星高度计探测数据还可应用于地球结构和海洋重力场的研究。 目前有两种卫星高度计应用到遥感监测中: 一是，雷达高度计，发射微波并接收地球表面返回的微波; 二是，激光高度计，发射激光并接收地球表面返回的激光。 海表面地形p256 海表面地形或海洋地形 :定义为海表面相对于大地水准面的距离。 海表面高度、海表面异常p257 海表面高度表示:海表面相对于参考椭球面的距离。 高度计的应用p258 高度计测量的应用领域包括以下各个方面:p258-260 9个方面 目前利用卫星高度计资料推算大洋环流最简单的方法是将平均1.大洋环流 海平面与大地水准面相减，得出动力高度，再利用地转方程， 算出大洋环流。 卫星高度计测量海平面高度本身需要进行潮汐修正，同时，高2.海洋潮汐 度计能够测量全球大洋的潮高空间分布。 中尺度海洋现象包括涡旋、上升流和锋面等，中尺度现象活动3.中尺度海洋现象 频繁的区域一般对应较显著的海平面变化 4.大地水准面与重力异常 大地测量的基本任务是确定大地水准面与重力异常 5.有效波高 卫星高度计测量的有效波高数据主要应用于两个方面 6.海面风速 海面斜率分布是由海面风速引起的 7.海冰 高度计对冰冠和极地研究具有很大价值 根据卫星高度计数据，可以绘出相对于基准椭球面的平均海平8.水深 面等高线图。 利用星载高度计测量出热带太平洋海域海表面高度异常的时间9.厄尔尼诺现象 序列，可以分析出其大尺度波动传播和变化的特征，对厄尔尼 诺现象的出现和发展进行预报 ?11.4 风速的观测 高度计虽然只能测量海面风速标量，但在应用中具有特殊意义: ?(高度计可以提供同步的风、浪数据; 高度计星下点测量风速的空间分辨率高于散射计; ?. ?.在小于10m/s的风速范围内，高度计测量的风速误差小于1m/s，优于散射计; ?(可以将高度计、散射计、微波辐射计测量的风速进行数据融合和数据同化。 ?12 合成孔径雷达 ?12.3 合成孔径雷达的应用p295-296 合成孔径雷达SAR是一种主动式微波成像雷达，通过测量海面后向散射信号，并通过适当的处理后能产生标准化后向散射截面(NRCS)的图像。标准化后向散射截面携带着海面信息，它反映了雷达观测到的海面粗糙度 合成孔径雷达工作在微波阶段，它可以测量出海浪的方向谱、海面风场、内波，还可以监测海冰移动和海面油膜。根据布拉格共振散射理论，合成孔径雷达接收到的海面后向散射信号与海表面上满足布拉格共振散射条件的毛细重力波的谱成正比，所以能够观测海面由毛细重 30 力波代表的海面粗糙度，并可反演产生毛细重力波的海面风速。 31