海洋遙感和浮標(biāo)觀測

1、第十章第十章 海洋遙感和浮標(biāo)觀測海洋遙感和浮標(biāo)觀測10.1 遙感使人類獲得大面積同步資料遙感使人類獲得大面積同步資料n航空海洋遙感航空海洋遙感n衛(wèi)星遙感衛(wèi)星遙感 可見光傳感器可見光傳感器 紅外傳感器紅外傳感器 微波微波10.2 海洋遙感的主要對象海洋遙感的主要對象海洋遙感：太空飛行器裝載著遙感器以軌道掃描方式透過電海洋遙感：太空飛行器裝載著遙感器以軌道掃描方式透過電磁波的大氣窗磁波的大氣窗(0.40.75微米的可見光、微米的可見光、814微米的紅外輻微米的紅外輻射和射和10厘米量級的微波輻射厘米量級的微波輻射)監(jiān)視大面積海洋表面監(jiān)視大面積海洋表面(水面水面1mm以內(nèi)以內(nèi))的某些海洋學(xué)特征以及透

2、過海洋窗的某些海洋學(xué)特征以及透過海洋窗(可見光部分可見光部分)監(jiān)視海監(jiān)視海面以下到透明度深度內(nèi)的某些海洋學(xué)特征；監(jiān)視結(jié)果發(fā)送給面以下到透明度深度內(nèi)的某些海洋學(xué)特征；監(jiān)視結(jié)果發(fā)送給地面站解調(diào)成像地面站解調(diào)成像(或形成記錄信息的磁帶或形成記錄信息的磁帶)，交由數(shù)據(jù)信息系，交由數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)處理分析，共海洋研究應(yīng)用統(tǒng)處理分析，共海洋研究應(yīng)用為了對監(jiān)測結(jié)果進行校正、分析、解釋，還必須伴有事先的為了對監(jiān)測結(jié)果進行校正、分析、解釋，還必須伴有事先的基礎(chǔ)實驗以及同時進行的現(xiàn)場輔助觀測基礎(chǔ)實驗以及同時進行的現(xiàn)場輔助觀測海面溫度遙感海面溫度遙感海區(qū)天氣海區(qū)天氣傳感器傳感器資料情況資料情況無云無云VHRRVISRR

3、AVHRR絕對準(zhǔn)確度絕對準(zhǔn)確度1 相對準(zhǔn)確度相對準(zhǔn)確度0.5 沿岸水為沿岸水為4Km和和1d的時空的時空平均值；特定區(qū)域為平均值；特定區(qū)域為10km，大洋區(qū)為，大洋區(qū)為50km和若干天和若干天的時空平均值的時空平均值多云或小雨多云或小雨SMMR準(zhǔn)確度為準(zhǔn)確度為(1.5 2 )，100km和數(shù)天的平均值和數(shù)天的平均值鹽度觀測鹽度觀測n鹽度影響海水的介電常數(shù)，從而影響到海水的微鹽度影響海水的介電常數(shù)，從而影響到海水的微波輻射發(fā)射率波輻射發(fā)射率n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，在波段測定發(fā)射率，在8cm波段的微波輻射極少受到介電常數(shù)影響，可波段的微波輻射極少受到介電常數(shù)影

4、響，可以反映現(xiàn)場水溫，兩通道的微波傳感器將能同時以反映現(xiàn)場水溫，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提供鹽度和所需的水溫觀測值n目前航空鹽度遙感的反演精度達到目前航空鹽度遙感的反演精度達到0.3psu 2009年，寶瓶星座衛(wèi)星，首次實現(xiàn)了全球海表鹽度遙感年，寶瓶星座衛(wèi)星，首次實現(xiàn)了全球海表鹽度遙感精度為：精度為：0.2psu，測量鹽度季度和逐年的變化以及全球年平均變化；提供海表，測量鹽度季度和逐年的變化以及全球年平均變化；提供海表鹽度季度變化圖鹽度季度變化圖海面風(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的觀測資料的觀測資料

5、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層或輕度降水有云層或輕度降水雷達散射計雷達散射計范圍范圍020m/s風(fēng)速準(zhǔn)確度風(fēng)速準(zhǔn)確度2m/s風(fēng)向準(zhǔn)確度風(fēng)向準(zhǔn)確度20空間分辨率空間分辨率25km掃描多道微波輻射掃描多道微波輻射(SMRR)范圍范圍535m/s準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度25%QuikSCAT觀測的東北太平洋海域的風(fēng)場示例觀測的東北太平洋海域的風(fēng)場示例 海浪觀測海浪觀測n海面狀態(tài)的描述可以通過三種形式即有效波高，表面波海面狀態(tài)的描述可以通過三種形式即有效波高，表面波動率譜和實際圖像來進行動率譜和實際圖像來進行n有效波高：范圍有效波高：范圍120m，準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度1m，有效波高，有效波高

6、25%TOPEX/Poseidon高度計星下點測量進行插高度計星下點測量進行插值獲得的全球范圍的有效波高值獲得的全球范圍的有效波高 海流觀測海流觀測n海洋中的海流主要受風(fēng)力、引潮力和密度分布不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)動均勻所驅(qū)動n旋轉(zhuǎn)地球上運動流體的表面相對于水準(zhǔn)面產(chǎn)生傾旋轉(zhuǎn)地球上運動流體的表面相對于水準(zhǔn)面產(chǎn)生傾斜，坡度大小正比于流速，在灣流和黑潮等西邊斜，坡度大小正比于流速，在灣流和黑潮等西邊界流處，坡度的量級為界流處，坡度的量級為10-5n測流主要使用雷達高度計，先測海面坡度再計算測流主要使用雷達高度計，先測海面坡度再計算出地轉(zhuǎn)流速，準(zhǔn)確度約為出地轉(zhuǎn)流速，準(zhǔn)確度約

7、為20cm/s高度計觀測到的灣流流速異常高度計觀測到的灣流流速異常 表層海流表層海流高頻雷達：發(fā)射高頻脈沖電磁波，與海表相互作用后產(chǎn)生回高頻雷達：發(fā)射高頻脈沖電磁波，與海表相互作用后產(chǎn)生回波，海表面沒有流速時，回波只受到重力波的影響，回波頻波，海表面沒有流速時，回波只受到重力波的影響，回波頻率相對于發(fā)射頻率有一個固定的頻率偏移量，稱為布拉格頻率相對于發(fā)射頻率有一個固定的頻率偏移量，稱為布拉格頻移，只與發(fā)射頻率有關(guān)，如果海面有流動，回波頻率在布拉移，只與發(fā)射頻率有關(guān)，如果海面有流動，回波頻率在布拉格頻率基礎(chǔ)上回增加或減少一定量值的偏移，與海流的大小格頻率基礎(chǔ)上回增加或減少一定量值的偏移，與海流的

8、大小和方向有關(guān)，可以反演出表層流速、海浪和海面風(fēng)場信息和方向有關(guān)，可以反演出表層流速、海浪和海面風(fēng)場信息分類：分類： 天波雷達天波雷達 地波雷達地波雷達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)果卻對之間。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。采用雷達高度計的研究沿岸潮汐和潮汐理論本身很有幫助。采用雷達高度計的精確測高法，可在精確測高法，可在25cm和和25 相角的范圍內(nèi)測定全日相角的范圍內(nèi)測定全日和半日周期的潮高。觀測的間隔要求在陸

9、架上為和半日周期的潮高。觀測的間隔要求在陸架上為25km,在大在大洋中為洋中為100km。通常要有近一年的資料才能完成全球潮汐。通常要有近一年的資料才能完成全球潮汐觀測觀測n水團觀測水團觀測n水準(zhǔn)面：僅受重力和地轉(zhuǎn)偏向力作用的無運動的均勻海水準(zhǔn)面：僅受重力和地轉(zhuǎn)偏向力作用的無運動的均勻海洋表面洋表面n通過實測水面和水準(zhǔn)面的偏差，可以反演出海流、潮位通過實測水面和水準(zhǔn)面的偏差，可以反演出海流、潮位、波高和風(fēng)暴潮等信息、波高和風(fēng)暴潮等信息n使用衛(wèi)星高度計和精確定位方法，以使用衛(wèi)星高度計和精確定位方法，以25km間隔的空間網(wǎng)間隔的空間網(wǎng)格進行，形成大洋的精確水準(zhǔn)面格進行，形成大洋的精確水準(zhǔn)面(20c

10、m)，水準(zhǔn)面的高，水準(zhǔn)面的高度是相對于地球理想的參考橢球面而言的度是相對于地球理想的參考橢球面而言的海洋水準(zhǔn)面觀測海洋水準(zhǔn)面觀測海平面異常海平面異常 淺海測深淺海測深n海岸帶：航空攝影測量海岸帶：航空攝影測量n合成孔徑雷達：反演海底地形合成孔徑雷達：反演海底地形海冰遙感海冰遙感HY-1衛(wèi)星衛(wèi)星COCTS探探測的渤海遼測的渤海遼東灣和渤海東灣和渤海灣海冰灣海冰 溢油污染遙感溢油污染遙感海面油膜遙感主要利用海水和油膜對外來輻射的不海面油膜遙感主要利用海水和油膜對外來輻射的不同反射特性，測定油膜擴散的范圍、油膜厚度及污同反射特性，測定油膜擴散的范圍、油膜厚度及污染油的種類染油的種類泥沙、葉綠素觀測泥

11、沙、葉綠素觀測藍(lán)色的海洋標(biāo)志著缺乏葉綠素，水生植物量低藍(lán)色的海洋標(biāo)志著缺乏葉綠素，水生植物量低；綠色的海洋則反映水生植物旺盛，通過遙感；綠色的海洋則反映水生植物旺盛，通過遙感可以確定葉綠素濃度的分布可以確定葉綠素濃度的分布SeaWiFS觀測獲得的在赤道太平洋熱帶不穩(wěn)觀測獲得的在赤道太平洋熱帶不穩(wěn)定波影響下的葉綠素分布圖定波影響下的葉綠素分布圖 美國宇航局（美國宇航局（NASA）使用中等分辨率成像光譜儀）使用中等分辨率成像光譜儀MODIS（MODerate resolution Imaging Spectro-radiometer）在）在2000年年11月對全球海洋葉綠素濃度（月對全球海洋葉綠素

12、濃度（mg/m3）分布的觀測）分布的觀測 HY-1衛(wèi)星遙感資料獲得的長江口海域的懸浮衛(wèi)星遙感資料獲得的長江口海域的懸浮泥沙分布圖泥沙分布圖 10.3 浮標(biāo)與潛標(biāo)觀測浮標(biāo)與潛標(biāo)觀測浮標(biāo)觀測是指以各類浮標(biāo)作為觀測平臺的海洋觀測浮標(biāo)觀測是指以各類浮標(biāo)作為觀測平臺的海洋觀測n錨定浮標(biāo)錨定浮標(biāo)水文氣象資料浮標(biāo)、水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)、波浪浮標(biāo)水文氣象資料浮標(biāo)、水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)、波浪浮標(biāo)n漂流浮標(biāo)漂流浮標(biāo)表面漂流浮標(biāo)、中性浮標(biāo)、各種小型漂流器表面漂流浮標(biāo)、中性浮標(biāo)、各種小型漂流器特點：能在惡劣海況下全天候或全天時工作特點：能在惡劣海況下全天候或全天時工作漂流浮標(biāo)漂流浮標(biāo)n體積小、造價低、使用方便、適用范圍廣，可在體積小

13、、造價低、使用方便、適用范圍廣，可在船上或飛機上投放船上或飛機上投放n漂流浮標(biāo)的重要測量要素就是海流，要盡可能的漂流浮標(biāo)的重要測量要素就是海流，要盡可能的降低風(fēng)對浮標(biāo)移動的影響降低風(fēng)對浮標(biāo)移動的影響漂流浮標(biāo)各要素系統(tǒng)準(zhǔn)確度漂流浮標(biāo)各要素系統(tǒng)準(zhǔn)確度觀測要素觀測要素測量范圍測量范圍分辨率分辨率采樣間隔采樣間隔采樣時間采樣時間系統(tǒng)準(zhǔn)確度系統(tǒng)準(zhǔn)確度氣壓氣壓90010500.15hPa4s110min1hPa氣溫氣溫40 500.1瞬時瞬時瞬時瞬時1 表層表層次表層水溫次表層水溫5 350.16瞬時瞬時瞬時瞬時0.5 風(fēng)速風(fēng)速040m/s1m/s1s10min1m/s風(fēng)向風(fēng)向0 360101s10min15 有效波高有效波高