遙感浮標(biāo)內(nèi)波地質(zhì)及聲光調(diào)查PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)110.1 10.1 海洋遙感觀測概況海洋遙感觀測概況1010.2 .2 海洋遙感觀測的主要對象海洋遙感觀測的主要對象10.3浮標(biāo)與潛標(biāo)觀測10.4內(nèi)波調(diào)查10.5水下探測技術(shù)第1頁/共54頁五 說教學(xué)過程10.1 海洋遙感觀測概況海洋遙感觀測概況 遙感是收集物理信息的一種方法，這種方法使用遙感是收集物理信息的一種方法，這種方法使用的儀器放在被觀測目標(biāo)之外的某一位置，遠(yuǎn)距離接受的儀器放在被觀測目標(biāo)之外的某一位置，遠(yuǎn)距離接受研究對象的各種信息。這與傳統(tǒng)的現(xiàn)場測量與直感方研究對象的各種信息。這與傳統(tǒng)的現(xiàn)場測量與直感方法形成明顯的對照。法形成明顯的對照。 最熟悉的遙感方法是簡單的照相機(jī)，它把目

2、標(biāo)的最熟悉的遙感方法是簡單的照相機(jī)，它把目標(biāo)的可見光圖像記錄到一個像板或膠卷上，然后沖印出景可見光圖像記錄到一個像板或膠卷上，然后沖印出景觀的像片。觀的像片。 第2頁/共54頁五 說教學(xué)過程10.1 海洋遙感觀測概況海洋遙感觀測概況 遙感儀器必須依賴于遙感儀器必須依賴于輻射輻射(光、熱光、熱)或波或波(電磁波、聲波電磁波、聲波)把把研究區(qū)域的有用信息傳遞到觀測儀器。電磁波輻射實(shí)際上研究區(qū)域的有用信息傳遞到觀測儀器。電磁波輻射實(shí)際上不能穿透海洋，聲波能在海洋中傳播很遠(yuǎn)。不能穿透海洋，聲波能在海洋中傳播很遠(yuǎn)。 陽光入射到海面上，有一部分被反射，其余部分進(jìn)入海陽光入射到海面上，有一部分被反射，其余部

3、分進(jìn)入海水。從飛機(jī)或衛(wèi)星上看去，平靜的水面將產(chǎn)生一種很亮的水。從飛機(jī)或衛(wèi)星上看去，平靜的水面將產(chǎn)生一種很亮的太陽反射（稱為鏡面反射），波浪的出現(xiàn)將破壞這種鏡面太陽反射（稱為鏡面反射），波浪的出現(xiàn)將破壞這種鏡面反射，代之以舞動著的閃耀（稱為太陽閃耀）。這些信息反射，代之以舞動著的閃耀（稱為太陽閃耀）。這些信息都可傳遞海洋的信息。都可傳遞海洋的信息。第3頁/共54頁10.1 海洋遙感觀測概況海洋遙感觀測概況航空遙感和航天遙感航空遙感和航天遙感 航天遙感泛指利用各種航天遙感泛指利用各種空間飛行器空間飛行器為平臺的遙感技術(shù)為平臺的遙感技術(shù)系統(tǒng)。它以地球人造衛(wèi)星為主體，包括載人飛船、航天飛系統(tǒng)。它以地球

4、人造衛(wèi)星為主體，包括載人飛船、航天飛機(jī)和空間站，有時也把各種行星探測器包括在內(nèi)。機(jī)和空間站，有時也把各種行星探測器包括在內(nèi)。 在航天遙感平臺上采集信息的方式有四種：一是宇航在航天遙感平臺上采集信息的方式有四種：一是宇航員操作；二是衛(wèi)星艙體回收；三是通過掃描將圖像轉(zhuǎn)換成員操作；二是衛(wèi)星艙體回收；三是通過掃描將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼，傳輸?shù)降孛娼邮照荆凰氖切l(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收數(shù)字編碼，傳輸?shù)降孛娼邮照?；四是衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集地球或其它行星、衛(wèi)星上定位觀測站發(fā)送的探測信號，集地球或其它行星、衛(wèi)星上定位觀測站發(fā)送的探測信號，中繼傳輸?shù)降孛娼邮苷?。中繼傳輸?shù)降孛娼邮苷尽?第4頁/共54頁航空遙感和航天遙感航

5、空遙感和航天遙感航空遙感泛指從飛機(jī)、氣球、飛艇等空中平臺對地面感測的遙感技術(shù)系統(tǒng)。按飛行高度，分為低空（6003000米）、中空（300010000米）、高空（10000米以上）三級，此外還有超高空（U2偵察機(jī)）和超低空的航空遙感。第5頁/共54頁航天遙感和航空遙感的區(qū)別主要是：一是使用的遙感平臺不同，航天遙感使用的是空間飛行器，航空遙感使用的是空中飛行器，這是最主要的區(qū)別；二是遙感的高度不同，航天遙感使用的極地軌道衛(wèi)星的高度一般約1000公里，靜止氣象衛(wèi)星軌道的高度約3600公里，而航空遙感使用的飛行器的飛行高度只有幾百米、幾公里、幾十公里。第6頁/共54頁 就海洋遙感來說，飛機(jī)可以使用一些

6、遙測儀器，進(jìn)行直接就海洋遙感來說，飛機(jī)可以使用一些遙測儀器，進(jìn)行直接的海洋測量，例如用空投的海洋測量，例如用空投XBT測量海溫垂直剖面，進(jìn)行海水測量海溫垂直剖面，進(jìn)行海水取樣，用專門的浮標(biāo)裝置直接測量海流和海浪，投棄式聲學(xué)取樣，用專門的浮標(biāo)裝置直接測量海流和海浪，投棄式聲學(xué)浮標(biāo)探測海水聲學(xué)特性和進(jìn)行水下聲學(xué)監(jiān)測，機(jī)載氣象傳感浮標(biāo)探測海水聲學(xué)特性和進(jìn)行水下聲學(xué)監(jiān)測，機(jī)載氣象傳感器可直接測量大氣參數(shù)等，這些是衛(wèi)星遙感目前做不到的。器可直接測量大氣參數(shù)等，這些是衛(wèi)星遙感目前做不到的。 同時，飛機(jī)上的海洋遙感器受大氣和其他環(huán)境因素影響同時，飛機(jī)上的海洋遙感器受大氣和其他環(huán)境因素影響小，測量結(jié)果比航天遙

7、感器準(zhǔn)確可靠，是衛(wèi)星遙感器試驗(yàn)、小，測量結(jié)果比航天遙感器準(zhǔn)確可靠，是衛(wèi)星遙感器試驗(yàn)、發(fā)展和地面校準(zhǔn)所必不可少的。發(fā)展和地面校準(zhǔn)所必不可少的。 1 航空海洋遙感航空海洋遙感第7頁/共54頁遙感方式除傳統(tǒng)的航空攝影外，還有多波段攝影、彩色紅外和紅外攝影、多波段掃描和紅外掃描、側(cè)視雷達(dá)等成像遙感；也可進(jìn)行激光測高、微波探測、地物波譜測試等非成像遙感。航空遙感所用的傳感器多為航空攝影機(jī)、航空多譜段掃描儀和航空側(cè)視雷達(dá)等。由航空攝影機(jī)獲取的圖像資料為多種形式的航空像片（如黑白片、黑白紅外片、彩色片、彩紅外片等）。圖示是圖示是1982年年10月黃委會航空拍攝的幾幅紅外圖像拼接月黃委會航空拍攝的幾幅紅外圖像

8、拼接而成，反映了黃河口泥沙運(yùn)移特征。而成，反映了黃河口泥沙運(yùn)移特征。 第8頁/共54頁2 衛(wèi)星遙感衛(wèi)星遙感一般遙感飛機(jī)的飛行高度在一般遙感飛機(jī)的飛行高度在10km左右，一張航空照片左右，一張航空照片復(fù)蓋地面面積只有復(fù)蓋地面面積只有1030平方公里，探測一遍全球表面需平方公里，探測一遍全球表面需要十幾年時間；而地球資源衛(wèi)星所復(fù)蓋的面積可達(dá)要十幾年時間；而地球資源衛(wèi)星所復(fù)蓋的面積可達(dá)34 000平方公里，每平方公里，每18天就可以復(fù)蓋全球一遍，由于遙感范圍廣天就可以復(fù)蓋全球一遍，由于遙感范圍廣，同步性強(qiáng)，資料提供及時，可以大大改善海洋預(yù)報(bào)和海，同步性強(qiáng)，資料提供及時，可以大大改善海洋預(yù)報(bào)和海洋資源

9、勘察能力。圖洋資源勘察能力。圖 為海洋衛(wèi)星。為海洋衛(wèi)星。 第9頁/共54頁（1）衛(wèi)星的分類：）衛(wèi)星的分類： 一類是太陽同步極軌衛(wèi)星，它圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，飛行高度一般在一類是太陽同步極軌衛(wèi)星，它圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，飛行高度一般在1 000km左右，周期約左右，周期約115min，衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面夾角，衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面夾角為為98 左右，每天經(jīng)過同一地區(qū)上空兩次。左右，每天經(jīng)過同一地區(qū)上空兩次。 另一類為地球同步衛(wèi)星，它的飛行高度約另一類為地球同步衛(wèi)星，它的飛行高度約36 000km，軌道平面，軌道平面與地球赤道平面基本重合，運(yùn)行周期和地球自轉(zhuǎn)周期相等，因此，與地球赤道平面基本重合，運(yùn)行

10、周期和地球自轉(zhuǎn)周期相等，因此，從地面看來它好象總是停懸在赤道某一點(diǎn)的上空，成為靜止衛(wèi)星。從地面看來它好象總是停懸在赤道某一點(diǎn)的上空，成為靜止衛(wèi)星。這種衛(wèi)星通常每隔這種衛(wèi)星通常每隔20min左右觀測地球一次，視野為南、北左右觀測地球一次，視野為南、北50個緯個緯距，經(jīng)距距，經(jīng)距100度左右。度左右。第10頁/共54頁包括許多海洋信息，如海冰、海面溫度、海面粗糙度、海包括許多海洋信息，如海冰、海面溫度、海面粗糙度、海水顏色等。水顏色等。 （2）航天海洋遙感的范圍）航天海洋遙感的范圍 通常，衛(wèi)星上儀器是這樣工作的：掃描一小塊水域，通常，衛(wèi)星上儀器是這樣工作的：掃描一小塊水域，把信息數(shù)字化，并發(fā)回地面

11、，然后再數(shù)字化下一塊鄰接把信息數(shù)字化，并發(fā)回地面，然后再數(shù)字化下一塊鄰接水域的信息。一次掃描的地面面積，即儀器的足印，稱水域的信息。一次掃描的地面面積，即儀器的足印，稱為為像元像元，而掃描線就是由一系列相鄰像元構(gòu)成的。，而掃描線就是由一系列相鄰像元構(gòu)成的。（3）衛(wèi)星遙感工作過程：）衛(wèi)星遙感工作過程：第11頁/共54頁（4）衛(wèi)星傳感器的種類：）衛(wèi)星傳感器的種類：工作在可見光波長內(nèi)的衛(wèi)星傳感器只能在無云時播發(fā)有工作在可見光波長內(nèi)的衛(wèi)星傳感器只能在無云時播發(fā)有用的海洋信息。利用可見光傳感器的最著名系統(tǒng)是陸地衛(wèi)星用的海洋信息。利用可見光傳感器的最著名系統(tǒng)是陸地衛(wèi)星系列裝載的多光譜掃描儀。系列裝載的多光

12、譜掃描儀。 鑒別特殊的莊稼，繪制海岸線，發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視能看得見的鑒別特殊的莊稼，繪制海岸線，發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視能看得見的污染、沉積與侵蝕，以及估算水面懸浮沉積物濃度。陸地衛(wèi)污染、沉積與侵蝕，以及估算水面懸浮沉積物濃度。陸地衛(wèi)星圖像還被用于近岸水深制圖。星圖像還被用于近岸水深制圖。A可見光傳感器可見光傳感器 （0.40.75m的可見光的可見光 ）第12頁/共54頁B紅外傳感器紅外傳感器 （814m的紅外輻射的紅外輻射 ）典型的紅外傳感器專門接受波長典型的紅外傳感器專門接受波長11微米左右的輻射。該微米左右的輻射。該波長不被任何大氣成分所吸收；波長不被任何大氣成分所吸收；11微米的輻射強(qiáng)度與發(fā)射物微米的輻射強(qiáng)

13、度與發(fā)射物體絕對溫度的體絕對溫度的4次方成正比，用它可以精確地測出物體溫度次方成正比，用它可以精確地測出物體溫度。 海洋專家廣泛采用高分辨率紅外圖像用于監(jiān)測海面溫度海洋專家廣泛采用高分辨率紅外圖像用于監(jiān)測海面溫度和沿岸海流。和沿岸海流?？梢姽饪梢姽饧t外紅外第13頁/共54頁C微波傳感器微波傳感器 （10cm量級的微波輻射量級的微波輻射 ） 微波是一種波長極短的電磁波，波長在微波是一種波長極短的電磁波，波長在1mm到到1m之間，之間，其相應(yīng)頻率在其相應(yīng)頻率在300GHz至至300MHz之間。微波的傳播速度接近之間。微波的傳播速度接近光速，它在傳播過程中能夠發(fā)生反射和折射。光速，它在傳播過程中能夠

14、發(fā)生反射和折射。 它有三個與加熱相關(guān)的重要特性。微波遇到金屬物體，它有三個與加熱相關(guān)的重要特性。微波遇到金屬物體，如銀、銅、鋁等會像鏡子反射可見光一樣被反射。微波遇到如銀、銅、鋁等會像鏡子反射可見光一樣被反射。微波遇到絕緣材料，例如玻璃、塑料、陶瓷、云母等，會像光透過玻絕緣材料，例如玻璃、塑料、陶瓷、云母等，會像光透過玻璃一樣順利通過。微波遇到含水或含脂肪的食品，能夠被大璃一樣順利通過。微波遇到含水或含脂肪的食品，能夠被大量吸收，并轉(zhuǎn)化為熱能。量吸收，并轉(zhuǎn)化為熱能。 （微波爐）（微波爐）第14頁/共54頁C微波傳感器微波傳感器 （10cm量級的微波輻射量級的微波輻射 ） 微波的主要優(yōu)點(diǎn)是能透過

15、云微波的主要優(yōu)點(diǎn)是能透過云“看到看到”目標(biāo)。由于水本身目標(biāo)。由于水本身對微波有強(qiáng)烈影響，所以活動的降雨區(qū)將得到清晰顯示。依對微波有強(qiáng)烈影響，所以活動的降雨區(qū)將得到清晰顯示。依據(jù)微波資料可以獲得全球海洋降雨率，這在以前是做不到的據(jù)微波資料可以獲得全球海洋降雨率，這在以前是做不到的。微波也使我們能夠看到颶風(fēng)區(qū)和其他猛烈天氣過程引起的。微波也使我們能夠看到颶風(fēng)區(qū)和其他猛烈天氣過程引起的詳細(xì)降雨結(jié)構(gòu)。詳細(xì)降雨結(jié)構(gòu)。 可見光與紅外傳感器都能探測湖面或海面上的冰，但微波可見光與紅外傳感器都能探測湖面或海面上的冰，但微波還能鑒別出這些冰是當(dāng)年生成，還是已生成多年的老冰，這還能鑒別出這些冰是當(dāng)年生成，還是已生

16、成多年的老冰，這在南、北極地探測出特別有用。在南、北極地探測出特別有用。 第15頁/共54頁10.2 海洋遙感觀測的主要對象海洋遙感觀測的主要對象太空和空中遙感技術(shù)可以提供同時性太空和空中遙感技術(shù)可以提供同時性(或準(zhǔn)同時性或準(zhǔn)同時性)、空間連、空間連續(xù)性和實(shí)時性都很好的大面積海洋的數(shù)據(jù)，并且可以不受惡續(xù)性和實(shí)時性都很好的大面積海洋的數(shù)據(jù)，并且可以不受惡劣天氣條件的影響，有的項(xiàng)目甚至可全天候觀測。劣天氣條件的影響，有的項(xiàng)目甚至可全天候觀測。 盡管探測的精確度目前還不盡如人意，有些內(nèi)容還觀測不盡管探測的精確度目前還不盡如人意，有些內(nèi)容還觀測不到，但先進(jìn)的信息處理技術(shù)為我們展示了前所未見的新貌。到，

17、但先進(jìn)的信息處理技術(shù)為我們展示了前所未見的新貌。 第16頁/共54頁10.2 海洋遙感觀測的主要對象海洋遙感觀測的主要對象 目前，衛(wèi)星遙感海洋觀測所提供的海表溫度、海冰、目前，衛(wèi)星遙感海洋觀測所提供的海表溫度、海冰、葉綠素、海面風(fēng)、海浪、大洋環(huán)流、內(nèi)波等海洋數(shù)據(jù)涵葉綠素、海面風(fēng)、海浪、大洋環(huán)流、內(nèi)波等海洋數(shù)據(jù)涵蓋了蓋了70的海洋要素，在海洋產(chǎn)業(yè)、海洋科學(xué)研究和海的海洋要素，在海洋產(chǎn)業(yè)、海洋科學(xué)研究和海洋管理等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。衛(wèi)星遙感技術(shù)已列為全球洋管理等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。衛(wèi)星遙感技術(shù)已列為全球海洋觀測系統(tǒng)（海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）的重要技術(shù)構(gòu)成。）的重要技術(shù)構(gòu)成。 海表水溫海表水溫(SST)

18、、水位、波高、海冰及葉綠素等要素、水位、波高、海冰及葉綠素等要素屬于遙感器的直接探測元屬于遙感器的直接探測元 。第17頁/共54頁 海面溫度遙感是海洋中應(yīng)用最廣泛的一種。海面溫度遙感是海洋中應(yīng)用最廣泛的一種。 在無云海區(qū)，海面水溫遙感的絕對精度可以達(dá)到在無云海區(qū)，海面水溫遙感的絕對精度可以達(dá)到1，相，相對精度對精度0.5。目前所使用遙感儀器主要有：機(jī)載紅外輻射。目前所使用遙感儀器主要有：機(jī)載紅外輻射計(jì)，海水溫度掃描儀，海洋水色掃描儀，高分辯率輻射計(jì)，計(jì)，海水溫度掃描儀，海洋水色掃描儀，高分辯率輻射計(jì)，可見光、紅外線掃描儀可見光、紅外線掃描儀,GPS 遙感技術(shù)等。遙感技術(shù)等。海區(qū)天氣海區(qū)天氣傳感

19、器種類傳感器種類資料情況資料情況無云無云甚高分辯率輻射計(jì)；可見、甚高分辯率輻射計(jì)；可見、紅外自旋掃描輻射計(jì)；改進(jìn)紅外自旋掃描輻射計(jì)；改進(jìn)甚高分辨率輻射計(jì)。甚高分辨率輻射計(jì)。絕對溫度精度絕對溫度精度1，相對精度，相對精度0.5;沿沿岸水為岸水為4km和和1天的時空平均值；特天的時空平均值；特定區(qū)域?yàn)槎▍^(qū)域?yàn)?0km和太洋區(qū)為和太洋區(qū)為50km和若和若干天的時空平均值干天的時空平均值多云或輕雨多云或輕雨掃描多道微波輻射計(jì)掃描多道微波輻射計(jì)準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度1.52.0，為，為100km和數(shù)天和數(shù)天的的A 海面溫度遙感海面溫度遙感第18頁/共54頁NCEP 資料資料第19頁/共54頁測溫應(yīng)盡可能輔助船舶表

20、面觀測和垂直溫度廓線觀測。測溫應(yīng)盡可能輔助船舶表面觀測和垂直溫度廓線觀測。海面紅外圖像經(jīng)過一定處理可求得粗糙廓線海面紅外圖像經(jīng)過一定處理可求得粗糙廓線(等溫線分布等溫線分布)，而連續(xù)多幅同一區(qū)域的紅外圖像可以消除大部分云蓋的影而連續(xù)多幅同一區(qū)域的紅外圖像可以消除大部分云蓋的影響而給出海區(qū)水溫的詳盡情況。由于海洋中不少動力現(xiàn)象響而給出海區(qū)水溫的詳盡情況。由于海洋中不少動力現(xiàn)象與水溫密度相關(guān)，如中尺度渦多表現(xiàn)為冷核或熱核而區(qū)別與水溫密度相關(guān)，如中尺度渦多表現(xiàn)為冷核或熱核而區(qū)別于周圍海水，因此，海面溫度場是重要的感測對象。于周圍海水，因此，海面溫度場是重要的感測對象。第20頁/共54頁B 鹽度觀測鹽

21、度觀測 海水鹽度和水溫一樣是海洋動力學(xué)分析中主要考慮的特海水鹽度和水溫一樣是海洋動力學(xué)分析中主要考慮的特征量。由于鹽度能影響海水的介電常數(shù)，從而也影響到海征量。由于鹽度能影響海水的介電常數(shù)，從而也影響到海水的微波輻射發(fā)射率。水的微波輻射發(fā)射率。 遙感測鹽技術(shù)要求在遙感測鹽技術(shù)要求在21cm波段測定發(fā)射率。并要求有關(guān)波段測定發(fā)射率。并要求有關(guān)現(xiàn)場的水溫輔助觀測值作為參照，由于現(xiàn)場的水溫輔助觀測值作為參照，由于8cm波段的微波輻波段的微波輻射極少受介電數(shù)影響，可以反映現(xiàn)場的溫度，因此一個兩射極少受介電數(shù)影響，可以反映現(xiàn)場的溫度，因此一個兩通道的微波傳感器將能同時提供鹽度和所需的水溫觀測值通道的微波

22、傳感器將能同時提供鹽度和所需的水溫觀測值。第21頁/共54頁C 海面風(fēng)場觀測海面風(fēng)場觀測 遙感所獲得的海面風(fēng)數(shù)據(jù)，一般是距海面遙感所獲得的海面風(fēng)數(shù)據(jù)，一般是距海面20m處的觀測資處的觀測資料。這些資料取得，有助于臺風(fēng)、大風(fēng)預(yù)報(bào)和波浪預(yù)報(bào)。具料。這些資料取得，有助于臺風(fēng)、大風(fēng)預(yù)報(bào)和波浪預(yù)報(bào)。具體精度列于下表中。體精度列于下表中。 海區(qū)天氣海區(qū)天氣傳感器種類傳感器種類資料情況資料情況有云或輕度有云或輕度降水降水雷達(dá)散射計(jì)雷達(dá)散射計(jì)范圍范圍020m/s;風(fēng)速準(zhǔn)確度風(fēng)速準(zhǔn)確度2m/s,風(fēng)向精度風(fēng)向精度20;空間分空間分辨率辨率25km。有云或輕度有云或輕度降水降水掃描多通道微波輻掃描多通道微波輻計(jì)計(jì)S

23、MMR范圍范圍5-35m/s;風(fēng)向精度風(fēng)向精度25;第22頁/共54頁 圖示是利用圖示是利用ERS-1/ALT的散射的散射計(jì)獲取的南極極鋒帶計(jì)獲取的南極極鋒帶(50 S)以以南風(fēng)場資料。因?yàn)樾l(wèi)星每南風(fēng)場資料。因?yàn)樾l(wèi)星每6天才天才能覆蓋地球一周，衛(wèi)星圖片是南能覆蓋地球一周，衛(wèi)星圖片是南極冬季時間從極冬季時間從1992年年7月月27日至日至1992年年8月月2日。由于南大洋氣日。由于南大洋氣候險惡，距離北半球又太遠(yuǎn)，派候險惡，距離北半球又太遠(yuǎn)，派船調(diào)查至為困難。這樣一來，利船調(diào)查至為困難。這樣一來，利用衛(wèi)星遙感資料就極為重要了。用衛(wèi)星遙感資料就極為重要了。利用利用ERS-1/ALT的衛(wèi)星風(fēng)場資料的

24、衛(wèi)星風(fēng)場資料, 來研究南極極鋒帶來研究南極極鋒帶(50 S)以以南風(fēng)場特征南風(fēng)場特征, 為海洋水文動力學(xué)為海洋水文動力學(xué)研究研究, 特別是為風(fēng)海流研究提供特別是為風(fēng)海流研究提供驅(qū)動力的背景場。驅(qū)動力的背景場。 第23頁/共54頁D 海浪觀測海浪觀測 主要是解決表面波場的問題?？梢酝ㄟ^主要是解決表面波場的問題。可以通過SAR反演波浪方反演波浪方向譜向譜(主要表現(xiàn)為主波對微尺度波動的調(diào)制主要表現(xiàn)為主波對微尺度波動的調(diào)制)，另一類可以通，另一類可以通過動力模式過動力模式(海面風(fēng)、海浪模式海面風(fēng)、海浪模式)來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。 海面狀態(tài)的描述可以通過三種形式即：有效波高海面狀態(tài)的描述可以通過三種形式即：有

25、效波高H1/3、表面波動率譜、實(shí)際圖像。、表面波動率譜、實(shí)際圖像。 第24頁/共54頁D 海浪觀測海浪觀測(1)有效波高：使用短脈沖雷達(dá)高度計(jì)沿星下路徑全天候有效波高：使用短脈沖雷達(dá)高度計(jì)沿星下路徑全天候地觀測，能測地觀測，能測120m范圍的有效波高范圍的有效波高H1/3，準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度1m有效波高的有效波高的25 (2)表面波功率譜：使用合成孔徑雷達(dá)表面波功率譜：使用合成孔徑雷達(dá)SAR全天候觀測：波全天候觀測：波長長50m以上，在以以上，在以10 為間隔的所有傳播方向上的海浪平為間隔的所有傳播方向上的海浪平方振幅值方振幅值,精度同精度同H1/3。經(jīng)過二維付氏變換可以得到海浪的。經(jīng)過二維付氏變

26、換可以得到海浪的斜率斜率 (3)圖像：主要指海浪折射圖，從應(yīng)用角度看將比表面波圖像：主要指海浪折射圖，從應(yīng)用角度看將比表面波功率譜更有用。也是采用合成孔徑雷達(dá)功率譜更有用。也是采用合成孔徑雷達(dá)(SAR)對大于對大于50m的波長在的波長在100km的掃視寬度上成像，這種觀測也具有接的掃視寬度上成像，這種觀測也具有接近全天候的能力。近全天候的能力。第25頁/共54頁E 海流觀測海流觀測 海洋中的海流主要受風(fēng)力、引潮力和密度分布不均勻所驅(qū)動海洋中的海流主要受風(fēng)力、引潮力和密度分布不均勻所驅(qū)動。 測流主要使用雷達(dá)高度計(jì)。先測海面坡度再算出地轉(zhuǎn)流速，測流主要使用雷達(dá)高度計(jì)。先測海面坡度再算出地轉(zhuǎn)流速，準(zhǔn)

27、確度約為準(zhǔn)確度約為20cm/s;而海流的位置誤差約為幾而海流的位置誤差約為幾km。目前已聯(lián)。目前已聯(lián)合使用衛(wèi)星定位裝置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和海流浮標(biāo)，取得了有價合使用衛(wèi)星定位裝置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和海流浮標(biāo)，取得了有價值的資料。值的資料。圖示是測量海平面高度的圖示是測量海平面高度的TOPEX衛(wèi)星的工作示意圖衛(wèi)星的工作示意圖第26頁/共54頁目前正在興起的是利用高頻雷達(dá)測量表層海流，分為天目前正在興起的是利用高頻雷達(dá)測量表層海流，分為天波雷達(dá)和地波雷達(dá)。波雷達(dá)和地波雷達(dá)。高頻地波雷達(dá)高頻地波雷達(dá)：直接向海面發(fā)射電磁波并接收回波：直接向海面發(fā)射電磁波并接收回波(利用地球表利用地球表面繞射面繞射)，通常采用雙

28、站即同時設(shè)置兩臺雷達(dá)進(jìn)行工作；也可以，通常采用雙站即同時設(shè)置兩臺雷達(dá)進(jìn)行工作；也可以采用單站，但分辨率和精度將相對降低。采用單站，但分辨率和精度將相對降低。 天波雷達(dá)天波雷達(dá)：發(fā)射器發(fā)出的電磁波射向天空，經(jīng)電離層反：發(fā)射器發(fā)出的電磁波射向天空，經(jīng)電離層反射到達(dá)海面，與海洋表面發(fā)生作用并反射回電離層，再次射到達(dá)海面，與海洋表面發(fā)生作用并反射回電離層，再次經(jīng)電離層反射回來被接收，故得名天波雷達(dá)，顯然天波雷經(jīng)電離層反射回來被接收，故得名天波雷達(dá)，顯然天波雷達(dá)需要較大的發(fā)射功率，通常天線陣達(dá)幾百達(dá)需要較大的發(fā)射功率，通常天線陣達(dá)幾百m，其探測的，其探測的范圍也較大，而且雷達(dá)站可以建在離海面較遠(yuǎn)的地方。

29、范圍也較大，而且雷達(dá)站可以建在離海面較遠(yuǎn)的地方。第27頁/共54頁F 潮汐觀測潮汐觀測 海洋潮汐以準(zhǔn)確的規(guī)律產(chǎn)生，在大洋上的變化幅度在海洋潮汐以準(zhǔn)確的規(guī)律產(chǎn)生，在大洋上的變化幅度在01m之間。大洋和陸架潮汐的觀測極為困難，而其觀測結(jié)之間。大洋和陸架潮汐的觀測極為困難，而其觀測結(jié)果卻對研究沿岸潮汐和潮汐理論本身很有幫助。果卻對研究沿岸潮汐和潮汐理論本身很有幫助。 采用雷達(dá)高度計(jì)的精確測高法，可在采用雷達(dá)高度計(jì)的精確測高法，可在25cm和和25 相角的范圍內(nèi)測定全日和半日周期的潮高。觀測的間隔要求相角的范圍內(nèi)測定全日和半日周期的潮高。觀測的間隔要求在陸架上為在陸架上為25km,在大洋中在大洋中10

30、0km。通常要有近一年的資料。通常要有近一年的資料才能完成全球潮汐觀測。才能完成全球潮汐觀測。第28頁/共54頁 海洋水團(tuán)的分類識別是個復(fù)雜問題。作為水團(tuán)特征海洋水團(tuán)的分類識別是個復(fù)雜問題。作為水團(tuán)特征的不僅有海水的物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且要有動力學(xué)結(jié)構(gòu)的不僅有海水的物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且要有動力學(xué)結(jié)構(gòu)乃至生物學(xué)結(jié)構(gòu)。因此感測水團(tuán)的乃至生物學(xué)結(jié)構(gòu)。因此感測水團(tuán)的“窗口窗口”包括紅外、包括紅外、可見光和微波；而且必須采取多種傳感器以便進(jìn)行綜合可見光和微波；而且必須采取多種傳感器以便進(jìn)行綜合分析。分析。 紅外傳感器比較重要，因溫度是水團(tuán)研究中主要考紅外傳感器比較重要，因溫度是水團(tuán)研究中主要考慮的特征。多

31、光譜攝影的圖像分析有助于判斷水團(tuán)的初慮的特征。多光譜攝影的圖像分析有助于判斷水團(tuán)的初級生產(chǎn)力、污染甚至內(nèi)波的情況。級生產(chǎn)力、污染甚至內(nèi)波的情況。 G 水團(tuán)觀測水團(tuán)觀測第29頁/共54頁 經(jīng)過數(shù)據(jù)信息處理，可以得出各水團(tuán)的配置、確定水經(jīng)過數(shù)據(jù)信息處理，可以得出各水團(tuán)的配置、確定水團(tuán)的邊界團(tuán)的邊界(鋒鋒)以及分辯與中尺度渦相聯(lián)系的冷核和暖核。以及分辯與中尺度渦相聯(lián)系的冷核和暖核。G 水團(tuán)觀測水團(tuán)觀測Infrared Sea Surface Temperature Autonomous Radiometer (ISAR) To provide sea-surface skin temperature

32、 (SSST) 第30頁/共54頁G 水團(tuán)觀測水團(tuán)觀測Sea surface temperature (AVHRR) imagery for June 9, 1994, showing warm water mass off leeward coast and cold water mass off windward coast of Santa Catalina Island第31頁/共54頁H 海洋水準(zhǔn)面觀測海洋水準(zhǔn)面觀測 海洋水準(zhǔn)面是指僅受重力和地轉(zhuǎn)偏向力作用的無運(yùn)動海洋水準(zhǔn)面是指僅受重力和地轉(zhuǎn)偏向力作用的無運(yùn)動的均勻海洋表面。顯然由于地球水陸分布的不均勻，水準(zhǔn)的均勻海洋表面。顯然由于地

33、球水陸分布的不均勻，水準(zhǔn)面并不是理想橢球面。面并不是理想橢球面。 如果有了水準(zhǔn)面，則對海流、潮位、波高和風(fēng)暴潮等如果有了水準(zhǔn)面，則對海流、潮位、波高和風(fēng)暴潮等都可以從實(shí)測水面與水準(zhǔn)面的偏差算出。因此精確測出海都可以從實(shí)測水面與水準(zhǔn)面的偏差算出。因此精確測出海洋水準(zhǔn)面具有很重要的意義。洋水準(zhǔn)面具有很重要的意義。第32頁/共54頁H 海洋水準(zhǔn)面觀測海洋水準(zhǔn)面觀測 測量水準(zhǔn)面要使用衛(wèi)星高度計(jì)和精確定位方法，以測量水準(zhǔn)面要使用衛(wèi)星高度計(jì)和精確定位方法，以25km間隔的空間網(wǎng)格間隔的空間網(wǎng)格(指星下點(diǎn)路徑組成的網(wǎng)格指星下點(diǎn)路徑組成的網(wǎng)格)進(jìn)行。通進(jìn)行。通過高度計(jì)資料、衛(wèi)星軌跡的軌道分析聯(lián)合海面常規(guī)潮位計(jì)

34、過高度計(jì)資料、衛(wèi)星軌跡的軌道分析聯(lián)合海面常規(guī)潮位計(jì)觀測值，最后形成覆蓋大洋的精確水位面觀測值，最后形成覆蓋大洋的精確水位面(20cm)，水準(zhǔn)，水準(zhǔn)面的高度是相對于地球理想的參考橢球面而言的。面的高度是相對于地球理想的參考橢球面而言的。星下點(diǎn)星下點(diǎn)：地球中心與天體的連線在地球表面上的交點(diǎn)。地球中心與天體的連線在地球表面上的交點(diǎn)。 在遙感中星下點(diǎn)在遙感中星下點(diǎn)指的是人造地球衛(wèi)星在地面的投影點(diǎn)（或衛(wèi)星和地心連線與地面的指的是人造地球衛(wèi)星在地面的投影點(diǎn)（或衛(wèi)星和地心連線與地面的交點(diǎn)），用地理經(jīng)、緯度表示。當(dāng)衛(wèi)星在星下點(diǎn)進(jìn)行攝像時，影像交點(diǎn)），用地理經(jīng)、緯度表示。當(dāng)衛(wèi)星在星下點(diǎn)進(jìn)行攝像時，影像的幾何畸變

35、最小。的幾何畸變最小。第33頁/共54頁I 淺海測深淺海測深1969年在年在NorthSea當(dāng)用真實(shí)孔徑的當(dāng)用真實(shí)孔徑的SLAR探測海波方向時，科研人探測海波方向時，科研人員就發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象。在員就發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象。在Rortterdam港口附近雜亂的海面影港口附近雜亂的海面影像中出現(xiàn)了幾條明亮的條紋，接近低潮時，條紋效果增強(qiáng)了。經(jīng)過解像中出現(xiàn)了幾條明亮的條紋，接近低潮時，條紋效果增強(qiáng)了。經(jīng)過解譯發(fā)現(xiàn)這是潮流作用下的海底地形的影像。譯發(fā)現(xiàn)這是潮流作用下的海底地形的影像。 SAR影像中的重力波折射圖和水深有著密切的關(guān)系，因此利用這個影像中的重力波折射圖和水深有著密切的關(guān)系，因此利用這個

36、關(guān)系可定量獲取水下地形信息。關(guān)系可定量獲取水下地形信息。SAR影像的淺水特征呈條紋狀，對應(yīng)著影像的淺水特征呈條紋狀，對應(yīng)著一般不超過一般不超過50m的水深，它們是淺水水下分布著的沙岸、沙脊和沙波的的水深，它們是淺水水下分布著的沙岸、沙脊和沙波的反映。在深水情形，許多反映。在深水情形，許多SeasatSAR圖像顯示出波狀的紋理特征，它們圖像顯示出波狀的紋理特征，它們的的“波長波長”一般是幾一般是幾km，與，與100m或或1000m甚至更深的水深變化有關(guān)。甚至更深的水深變化有關(guān)。第34頁/共54頁J 海冰遙感海冰遙感海冰遙感可以提供準(zhǔn)確的海冰預(yù)報(bào)。海冰遙感可以提供準(zhǔn)確的海冰預(yù)報(bào)。 機(jī)載的雷達(dá)裝置和

37、星載的合成孔徑雷達(dá)所取得的海冰圖機(jī)載的雷達(dá)裝置和星載的合成孔徑雷達(dá)所取得的海冰圖像均能分辨出一年冰、多年冰、速生冰、冰山、冰間水道像均能分辨出一年冰、多年冰、速生冰、冰山、冰間水道等冰的特性，這是冰情預(yù)報(bào)不可缺少的資料。此外，熱紅等冰的特性，這是冰情預(yù)報(bào)不可缺少的資料。此外，熱紅外傳感器和微波傳感器也是獲得有關(guān)海冰定量資料的有效外傳感器和微波傳感器也是獲得有關(guān)海冰定量資料的有效工具。工具。 第35頁/共54頁J 海冰遙感海冰遙感SAR image showing sea ice GreaseIce第36頁/共54頁l 溢油污染遙感溢油污染遙感 石油污染的遙感主要是檢測海面油膜。石油污染的遙感主

38、要是檢測海面油膜。 各種物體都具有其本身的反身和輻射能量的特性，海水各種物體都具有其本身的反身和輻射能量的特性，海水和油膜對外來輻射的反射和本身能量的輻射是各不相同的。和油膜對外來輻射的反射和本身能量的輻射是各不相同的。海面油膜的遙感正是利用了海水和油膜的這種不同的反射海面油膜的遙感正是利用了海水和油膜的這種不同的反射特性。目前，航天遙感不僅可以測定海面油膜的存在，而特性。目前，航天遙感不僅可以測定海面油膜的存在，而且可以測定油膜擴(kuò)散的范圍、油膜厚度及污染油的種類且可以測定油膜擴(kuò)散的范圍、油膜厚度及污染油的種類（如原油或機(jī)油等）。（如原油或機(jī)油等）。第37頁/共54頁l 溢油污染遙感溢油污染遙

39、感RADARSAT image of coastal oil spill Oil spills can destroy marine life as well as damage habitat for land animals and humans. 第38頁/共54頁M 泥沙、葉綠素觀測泥沙、葉綠素觀測 利用衛(wèi)星的水色通道可以觀測大河入?？谀嗌车臄U(kuò)散和季節(jié)變化。利用衛(wèi)星的水色通道可以觀測大河入?？谀嗌车臄U(kuò)散和季節(jié)變化。蘭色的海洋標(biāo)志著缺乏葉綠素，水生植物量低；綠色的海洋則反映那蘭色的海洋標(biāo)志著缺乏葉綠素，水生植物量低；綠色的海洋則反映那里水量植物旺盛。同時還可以確定海水中葉綠素濃度的分布，

40、借以尋里水量植物旺盛。同時還可以確定海水中葉綠素濃度的分布，借以尋找漁場。找漁場。 This false-color image shows concentrations of chlorophyll. Chlorophyll is the primary pigment found in phytoplankton, the microscopic marine plant that comprises the foundation of the ocean food chain. Red and yellow pixels show the highest concentrations,

41、green is an intermediate value , while light blues and dark blues show the lowest concentrations. Dark grey areas represent land; white areas show where no data were collected due to cloud cover. 第39頁/共54頁浮標(biāo)應(yīng)用技術(shù)是指以各類浮標(biāo)為觀測平臺的海洋觀測浮標(biāo)應(yīng)用技術(shù)是指以各類浮標(biāo)為觀測平臺的海洋觀測技術(shù)。技術(shù)。 根據(jù)用途和工作方式的不同，浮標(biāo)可分為錨定浮標(biāo)根據(jù)用途和工作方式的不同，浮標(biāo)可分為錨定

42、浮標(biāo)和漂流浮標(biāo)。錨定浮標(biāo)中有水文氣象資料浮標(biāo)、水質(zhì)監(jiān)和漂流浮標(biāo)。錨定浮標(biāo)中有水文氣象資料浮標(biāo)、水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)、波浪浮標(biāo)；漂流浮標(biāo)中有表面漂流浮標(biāo)、中性測浮標(biāo)、波浪浮標(biāo)；漂流浮標(biāo)中有表面漂流浮標(biāo)、中性浮標(biāo)、各種小型漂流器。浮標(biāo)、各種小型漂流器。 10.3浮標(biāo)與潛標(biāo)觀測第40頁/共54頁 應(yīng)用浮標(biāo)作為觀測平臺或傳感系統(tǒng)的一部分，進(jìn)行應(yīng)用浮標(biāo)作為觀測平臺或傳感系統(tǒng)的一部分，進(jìn)行海洋水文、氣象、水質(zhì)觀測，是六十年代以來蓬勃發(fā)展海洋水文、氣象、水質(zhì)觀測，是六十年代以來蓬勃發(fā)展的一項(xiàng)海洋觀測技術(shù)。它的主要特點(diǎn)是能在惡劣海況下的一項(xiàng)海洋觀測技術(shù)。它的主要特點(diǎn)是能在惡劣海況下全天候或全天時工作，獲取海洋信息。全

43、天候或全天時工作，獲取海洋信息。 第41頁/共54頁錨定浮標(biāo)錨定浮標(biāo)海上錨定浮標(biāo)所采集的數(shù)據(jù)包括海面的氣象要海上錨定浮標(biāo)所采集的數(shù)據(jù)包括海面的氣象要素（氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等）和海面狀態(tài)要素（氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等）和海面狀態(tài)要素（表層的溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽、表層海流、海浪等）素（表層的溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽、表層海流、海浪等）。有的浮標(biāo)帶有測溫鏈，可以探測表層以下次表層等層。有的浮標(biāo)帶有測溫鏈，可以探測表層以下次表層等層次的溫度、鹽度等；有的資料浮標(biāo)還帶有向下的次的溫度、鹽度等；有的資料浮標(biāo)還帶有向下的ADCP，可以探測海流。，可以探測海流。第42頁/共54頁漂流浮標(biāo)漂流浮標(biāo)漂流浮

44、標(biāo)是根據(jù)各種科學(xué)試驗(yàn)和海洋環(huán)境監(jiān)測計(jì)劃漂流浮標(biāo)是根據(jù)各種科學(xué)試驗(yàn)和海洋環(huán)境監(jiān)測計(jì)劃的需要發(fā)展起來的一種觀測平臺，其體積小、造價低、使用的需要發(fā)展起來的一種觀測平臺，其體積小、造價低、使用方便、適用范圍廣，可在船上或飛機(jī)上投放。方便、適用范圍廣，可在船上或飛機(jī)上投放。 漂流浮標(biāo)重要的測量要素就是海流，要想客觀地感應(yīng)表層漂流浮標(biāo)重要的測量要素就是海流，要想客觀地感應(yīng)表層流的狀況，完全排除風(fēng)對浮標(biāo)移動的效應(yīng)是不可能的，人所流的狀況，完全排除風(fēng)對浮標(biāo)移動的效應(yīng)是不可能的，人所能夠做到的，就是把這種效應(yīng)降低到最低限度。能夠做到的，就是把這種效應(yīng)降低到最低限度。第43頁/共54頁潛標(biāo)應(yīng)用技術(shù)是指利用潛標(biāo)系

45、統(tǒng)作為觀測平臺的海洋潛標(biāo)應(yīng)用技術(shù)是指利用潛標(biāo)系統(tǒng)作為觀測平臺的海洋觀測技術(shù)觀測技術(shù). 它包括系留技術(shù)、應(yīng)答釋放技術(shù)、定位和尋找技術(shù)、它包括系留技術(shù)、應(yīng)答釋放技術(shù)、定位和尋找技術(shù)、布放回收技術(shù)、防護(hù)技術(shù)等。布放回收技術(shù)、防護(hù)技術(shù)等。 從目前使用情況看，潛標(biāo)系統(tǒng)主要用于海流、水溫從目前使用情況看，潛標(biāo)系統(tǒng)主要用于海流、水溫、鹽度、水下噪聲、內(nèi)波、傾廢等長期定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測。潛、鹽度、水下噪聲、內(nèi)波、傾廢等長期定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測。潛標(biāo)系統(tǒng)是海洋浮標(biāo)系統(tǒng)的一個分支。標(biāo)系統(tǒng)是海洋浮標(biāo)系統(tǒng)的一個分支。 第44頁/共54頁10.4 內(nèi)波觀測技術(shù)內(nèi)波觀測技術(shù)由各種原因引起的海水物理量垂向變化尺度介于由各種原因引起的海水

46、物理量垂向變化尺度介于 1 100m 的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱海洋細(xì)結(jié)構(gòu)，小于的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱海洋細(xì)結(jié)構(gòu)，小于1m則稱海洋微結(jié)構(gòu)。細(xì)則稱海洋微結(jié)構(gòu)。細(xì)結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)合稱海洋細(xì)微結(jié)構(gòu)。內(nèi)波引起的海水變形產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)合稱海洋細(xì)微結(jié)構(gòu)。內(nèi)波引起的海水變形產(chǎn)生的細(xì)結(jié)構(gòu)稱為可逆細(xì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)波破碎以及不同物理性質(zhì)的水的細(xì)結(jié)構(gòu)稱為可逆細(xì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)波破碎以及不同物理性質(zhì)的水體入侵等原因產(chǎn)生的細(xì)結(jié)構(gòu)稱為不可逆細(xì)結(jié)構(gòu)。不可逆細(xì)結(jié)體入侵等原因產(chǎn)生的細(xì)結(jié)構(gòu)稱為不可逆細(xì)結(jié)構(gòu)。不可逆細(xì)結(jié)構(gòu)的壽命約為幾天甚至更長。構(gòu)的壽命約為幾天甚至更長。 海洋細(xì)微結(jié)構(gòu)：海洋細(xì)微結(jié)構(gòu)：第45頁/共54頁10.4 內(nèi)波觀測技術(shù)內(nèi)波觀測技術(shù)海洋內(nèi)波是一種發(fā)生在海水密度層結(jié)