衛(wèi)星海洋學(xué)(共32頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上海洋遙感技術(shù) 1、選擇填空（20分）2、名詞解釋（8個(gè)*2=16分）3、簡(jiǎn)答題（5道，40分）4、計(jì)算題、綜合題。計(jì)算題好像說是一道題，分值老師講的不是很清楚，我也聽不清楚。一、填空題1、傳感器的掃描方式：交叉軌道掃描，推掃式掃描，混合式掃描，圓錐式掃描等。2、（第四章）1997年美國(guó)發(fā)射的裝載著寬視場(chǎng)海洋觀測(cè)傳感器SeaWiFS的SeaStar衛(wèi)星，SeaStar衛(wèi)星的循環(huán)周期（recurrent period）是 ，傳感器SeaWiFS完成全球覆蓋的重復(fù)周期為 ，每個(gè)重復(fù)周期（repeat period）包含29個(gè)軌道周期，每個(gè)軌道周期（orbit period）

2、為1.648小時(shí)。在低緯度地區(qū)，SeaWiFS的再訪問時(shí)間（revisit period）是 ；在高緯度地區(qū)，SeaWiFS的再訪問時(shí)間（revisit period）是 。（選擇：1天；2天；16天；35天）3、（第八章）MODIS熱紅外通道輻亮度Li通過 _ 與該通道的黑體溫度Ti相聯(lián)系；MODIS熱紅外通道的黑體溫度Ti通過 _ 與海表面溫度相聯(lián)系。（選擇：基爾霍夫定律，經(jīng)驗(yàn)公式，普朗克定律，瑞利-金斯定律）4、（第九章）平靜海面的微波亮溫T通過 _+_ 與海面發(fā)射率e相聯(lián)系，海面發(fā)射率e通過 _ 與菲涅耳反射率相聯(lián)系，菲涅耳反射率通過 _ 與相對(duì)電容率r相聯(lián)系，相對(duì)電容率r 通過 _

3、與海表面溫度和鹽度相聯(lián)系。（選擇：基爾霍夫定律，菲涅耳公式，德拜方程，瑞利-金斯定律，發(fā)射率定義）5、（第九章）天線的半功率波束寬度與 _ 成正比，與 _ 成反比。（選擇：天線的孔徑D，電磁波的波長(zhǎng)，觀測(cè)的天頂角）6、（第九章）微波輻射計(jì)SSM/I反演風(fēng)速的兩種算法（包括SSM/I-GSW算法和SSM/I-GSWP算法）在風(fēng)速小于15m/s條件下反演精度達(dá)到 _。（選擇：2m/s，1m/s）二、名詞解釋1、衛(wèi)星軌道周期：相鄰兩個(gè)升交點(diǎn)之間的時(shí)間區(qū)間被稱為節(jié)點(diǎn)周期（nodal period）或者軌道周期（orbit period）。2、一個(gè)“PASS”：最南端與最北端之間的星下點(diǎn)軌跡被稱為一個(gè)“

4、PASS”。3、一個(gè)“CYCLE”：衛(wèi)星環(huán)繞地球多圈后回到原來位置對(duì)應(yīng)的星下軌跡被稱為一個(gè)“CYCLE”。4、傳感器再訪問時(shí)間（revisit time）指地球上某一地點(diǎn)被衛(wèi)星裝載的傳感器先后兩次觀測(cè)的時(shí)間區(qū)間。5、輻亮度（radiance）L表示沿輻射方向單位面積和單位立體角的輻射通量，它的定義是 式中dAcos是與波束方向垂直的面積元。輻亮度L的單位是Wm-2sr-1。6、光譜輻亮度是指在單位波段或頻率內(nèi)沿輻射方向單位面積和單位立體角的輻射通量，表示輻亮度相對(duì)于頻率或波長(zhǎng)的能量分布。7、輻照度E表示通過單位面積的輻射通量，它的定義是。 8、朗伯表面：如果一個(gè)物體表面自發(fā)輻射或者反射的電磁波

5、的輻亮度L不是和 的函數(shù)，這樣的表面被稱為朗伯表面（Lamber surface）。9、穿透深度是指輻照度衰減為原來初始值的1/e時(shí)，電磁波經(jīng)過的距離。10、光學(xué)厚度是指衰減系數(shù)沿傳播路徑的積分，其定義。11、光學(xué)質(zhì)量是描述太陽(yáng)光在大氣層內(nèi)沿方向的傳播路徑與垂直傳播路徑之比。具體表達(dá)式是。12、大氣窗是指大氣透過率較大的頻段或波段，探測(cè)海面的傳感器的波段必須設(shè)計(jì)在大氣窗口內(nèi)。13、水色三要素是指浮游植物的葉綠素（chlorophyll）、無(wú)機(jī)的懸浮物（inorganic suspended matter）和有機(jī)的黃色物質(zhì)（yellow substance或gelbstoff）；水色三要素的種類

6、和濃度決定了水體的顏色。14、如果浮游植物及其“伴生”腐殖質(zhì)對(duì)水體的光學(xué)特性起主要作用，則該水體被稱為第一類水體（Case I waters）。15如果無(wú)機(jī)懸浮物（如淺水區(qū)海底沉積物的再次懸浮物和河流帶來的泥沙）或黃色物質(zhì)（又稱溶解的有色有機(jī)物）對(duì)水體的光學(xué)特性有不可忽視的明顯作用， 則該水體被稱為第二類水體（Case II waters）。16、水準(zhǔn)面起伏是指大地水準(zhǔn)面相對(duì)于參考橢球面之間的距離。17、海面地形或海洋地形是指海表面（sea surface）相對(duì)于大地水準(zhǔn)面（geoid）的距離。18、海表面高度是指自由海表面相對(duì)參考橢球面之間的距離。19、海表面異常是指海表面高度與平均海表面高

7、度的偏差。20、有效波高是指所有觀測(cè)波浪中1/3最大波浪的波峰到波谷的平均長(zhǎng)度， 對(duì)于遙感， H1/3用來描述衛(wèi)星高度計(jì)觀測(cè)的海洋涌浪特性。三、簡(jiǎn)答題1、寫出普朗克定律的表達(dá)式，解釋公式中出現(xiàn)的每一個(gè)物理量和常數(shù)，并由此推導(dǎo)瑞利金斯定律。這兩個(gè)定律分別適用于紅外、可見光、微波波段三個(gè)波段中哪些波段的輻亮度計(jì)算？基于量子理論，1900年普朗克提出了輻射定律。該定律定量地描述了黑體自發(fā)輻射的輻亮度（radiance）L（），普朗克輻射定律是 （1）式中在真空中的光速c=2.998108 ms-1，普朗克常數(shù)（Plancks constant）h = 6.62610-34 Js，玻爾茲曼常數(shù)kb =

8、1.38110-23JK-1，黑體溫度T的單位是K。將f = c 、df =（c2）d 以及L（）|d| = L（f）|df| 代入（4-38），可獲得普朗克輻射定律（Planck Radiation Law）的另一表達(dá)形式，即一般地，地表物體以地表溫度T（大約300K）輻射。如果頻率f低于600GHz，那么不等式hf/(kbT)1成立?？色@得泰勒公式的一階展開式 （2） 把 (1) 代入 (2)，可獲得瑞利-金斯定律（Rayleigh-Jeans Law）紅外、可見光適用于普朗克定律；微波適用于瑞利-金斯定律。 2、簡(jiǎn)要闡述米氏散射和瑞利散射的適用條件。大氣層空氣分子的散射屬于哪一種？氣溶膠

9、散射對(duì)可見光、紅外和微波（例如5.3GHz）波段各屬于哪一種？米氏散射適用于電磁波波長(zhǎng)與粒子周長(zhǎng)之比接近于于1的情況，而瑞利散射適用于電磁波波長(zhǎng)與粒子周長(zhǎng)之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1的情況。大氣層中空氣分子的散射屬于瑞利散射；氣溶膠對(duì)于可見光和紅外屬于米氏散射，而對(duì)于微波屬于瑞利散射。3 、在微波波段的輻射傳輸方程（radiative transfer equation） 各項(xiàng)和每個(gè)字母代表什么意義？ 大氣介質(zhì)內(nèi)部的基爾霍夫定律體現(xiàn)在何處？第一項(xiàng)：海表面向上自發(fā)輻射；第二項(xiàng)：大氣向上輻射；第三項(xiàng)：大氣向下輻射經(jīng)海面后向上輻射；最后一項(xiàng)：銀河系噪音、宇宙背景輻射和太陽(yáng)輻射等。式中T (,h)是微波輻射計(jì)觀測(cè)的

10、亮溫（brightness temperature）；Tu是大氣向上輻射的亮溫；是海面的菲涅耳反射率（Fresnel reflectance）；Tgal 和Tcos分別是銀河系噪音（galactic noise）等效溫度和宇宙黑體輻射（cosmic blackbody radiation）等效溫度；Tsun是太陽(yáng)表面溫度，t是大氣透過率?；鶢柣舴蚨审w現(xiàn)在大氣向上輻射上，。4、微波輻射計(jì)為什么能遙感測(cè)量海表面溫度和鹽度？要點(diǎn)：a) 微波輻射計(jì)屬于被動(dòng)微波遙感傳感器，被動(dòng)微波遙感的關(guān)鍵在于正確理解海面發(fā)射率。b)根據(jù)瑞利-金斯定律，輻亮度在微波波段與海面亮溫（brightness tempera

11、ture）呈線性關(guān)系。在不考慮大氣校正時(shí)，輻射計(jì)探測(cè)到的海面亮溫Tb與（Sea Surface Temperature）TS有下列關(guān)系 式中e（, f, , Ts, Ss, U10,）代表粗糙海面發(fā)射率（rough sea surface emissivity），它是衛(wèi)星觀測(cè)角、微波頻率f、輻射計(jì)極化狀態(tài)、海表面溫度Ts、海表面鹽度Ss、海面10米高處的風(fēng)速U10和風(fēng)向的函數(shù)。在微波的高頻波段（C波段、X波段、Ku波段和Ka波段），海面發(fā)射率對(duì)海表面鹽度SS很不敏感；如果已知其它量，可由上述公式反演海表面溫度TS。在1.4GHz 的L波段，海面發(fā)射率對(duì)海表面鹽度SS非常敏感，如果已知其它量，可

12、由上述公式反演海表面鹽度。因此微波輻射計(jì)能夠反演海表面溫度TS、海表面鹽度SS和風(fēng)速U10。5、高度計(jì)測(cè)量海面地形原理是什么？要點(diǎn)：1）高度計(jì)軌道到地心的距離是已知的，設(shè)為H；同時(shí)其大地水準(zhǔn)面也是已知的E；2）高度計(jì)到海面距離可以通過高度計(jì)發(fā)射脈沖到接受后向散射時(shí)間間隔t進(jìn)行計(jì)算h=c*t/2；3）海面地形d是海面到大地水準(zhǔn)面之間的距離，因此，d=H-h-E。6、微波輻射計(jì)和散射計(jì)為什么能遙感測(cè)量海表面風(fēng)速和風(fēng)向？有何不同？要點(diǎn)：a）微波輻射計(jì)接受來自海洋表面自發(fā)輻射，其發(fā)射率是海表面風(fēng)速和風(fēng)向的函數(shù)，我們可以建模求解得到其風(fēng)速和風(fēng)向。b）散射計(jì)發(fā)射電磁波向下傳播，遇到海面發(fā)射后向散射的電磁波

13、攜帶著海面信息，稱為雷達(dá)后向散射截面；后向散射截面是風(fēng)速和風(fēng)向的函數(shù)。一般的散射計(jì)利用前、中、后三個(gè)天線對(duì)同一面元進(jìn)行連續(xù)三次觀測(cè)，求解后向散射截面關(guān)于風(fēng)速、風(fēng)向的方程組。c）微波輻射計(jì)是被動(dòng)遙感，接受的是海面自發(fā)輻射 而散射計(jì)是主動(dòng)遙感，接受的是其發(fā)射的后向散射。4、 計(jì)算題1、（第四章）汽車兩盞燈相距R=1.5m，人眼瞳孔直徑D=4mm，問多少米時(shí)，人眼恰好能分辨出這兩盞燈？（黃綠光=550nm）解：設(shè)最遠(yuǎn)為H米由夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射：解得：2、（第六章）已知400 nm 的紫光在純凈海水里的穿透深度大約是75米，700 nm 的紅 光在純凈海水里的穿透深度大約是3米，請(qǐng)計(jì)算海水對(duì)于可見光和紅

14、外光的復(fù)折射率的虛部。將其與10 GHz微波的復(fù)折射率的虛部n= 2.43比較，并闡述二者差別的物理意義。在某些2類水體海域，400 nm紫光的穿透深度僅達(dá)10米，700 nm 紅光的穿透深度僅達(dá)1米，它們各自的復(fù)折射率的虛部是多少？解：由得，所以海水對(duì)于可見光的復(fù)折射率的虛部海水對(duì)于紅外光的復(fù)折射率的虛部 二者差別的物理意義是海水對(duì)這兩種電磁波的衰減不同在某些2類水體海域, 海水對(duì)于紫光的復(fù)折射率的虛部海水對(duì)于可見光的復(fù)折射率的虛部第一章2、名詞解釋：El Nio、La Nia、ENSO、TOGA、TAO、NOAA/TIROS、TOPEX/Poseidon。El Nio ：厄爾尼諾（El N

15、io）在西班牙語(yǔ)中的意思是“圣嬰”。厄爾尼諾是指赤道太平洋東部和中部海表面溫度持續(xù)異常偏高的現(xiàn)象，該現(xiàn)象首先發(fā)生在南美洲的厄瓜多爾和秘魯太平洋沿岸附近，多發(fā)生在圣誕節(jié)前后，因此得名。La Nia ：拉尼娜（La Nia）的意思是“小女孩”。拉尼娜現(xiàn)象表現(xiàn)為赤道太平洋東部和中部海表面溫度持續(xù)異常偏低。ENSO：赤道太平洋海面水溫的變化與全球大氣環(huán)流尤其是熱帶大氣環(huán)流緊密相關(guān)。其中最直接的聯(lián)系就是日界線以東的東南太平洋與日界線以西的西太平洋印度洋之間海平面氣壓的反相關(guān)關(guān)系，即南方濤動(dòng)現(xiàn)象（SO）。在拉尼娜期間，東南太平洋氣壓明顯升高，印度尼西亞和澳大利亞的氣壓減弱。厄爾尼諾期間的情況正好相反。鑒于

16、厄爾尼諾與南方濤動(dòng)之間的密切關(guān)系，氣象上把兩者合稱為ENSO。TOGA：熱帶海洋和全球大氣計(jì)劃。為了研究熱帶海洋和全球大氣的月際到年際變化，從而推動(dòng)氣候變化及異常氣象問題的研究，提高和改善海洋環(huán)境和氣候預(yù)報(bào)能力，政府間海洋學(xué)委員會(huì)和世界氣象組織共同發(fā)起了熱帶海洋和全球大氣研究計(jì)劃(toga)。該計(jì)劃分準(zhǔn)備階段、外業(yè)調(diào)查階段和室內(nèi)資料分析整理三個(gè)階段，從1985年到1995年，共進(jìn)行10年。其中，第一個(gè)5年為普查階段，第二個(gè)5年為詳查階段，即所謂加強(qiáng)監(jiān)視期。在第二個(gè)5年中，又設(shè)計(jì)了一個(gè)連續(xù)四個(gè)月的加密調(diào)查階段，即所謂強(qiáng)化觀測(cè)期。NOAA/TIROS是太陽(yáng)同步極軌氣象衛(wèi)星，也被稱為極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星

17、，該衛(wèi)星可為全球各國(guó)提供免費(fèi)的當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)接收服務(wù)。TOPEX/Poseidon是在1992年8月，由美國(guó)宇航局（NASA）和法國(guó)國(guó)家空間研究中心(CNES)聯(lián)合發(fā)射的高度計(jì)專用衛(wèi)星。8、大作業(yè)（Project）第二章1、什么波長(zhǎng)范圍的電磁波稱為紫外、可見光、紅外和微波等波段？請(qǐng)分別用納米（nm）和微米（um）作為單位敘述。在熱紅外范圍的哪兩個(gè)波段可應(yīng)用于海表面溫度遙感？微波遙感在哪個(gè)方面比可見光和紅外遙感具有優(yōu)勢(shì)？可見光和紅外遙感在哪個(gè)方面比微波遙感具有優(yōu)勢(shì)？并使用英文寫出以上使用的專門名詞。紫外波段（ultraviolet）的波長(zhǎng)為0.20.4um，即200400nm?？梢姽獠ǘ危╲isibl

18、e light）的波長(zhǎng)為0.40.7m，即400700nm。紅外波段（Infrared）的波長(zhǎng)為0.71000m，即700nm。微波（microwave）的波長(zhǎng)為103106m，即106109nm。在熱紅外范圍的35m和1014m兩個(gè)波段可應(yīng)用于海表面溫度遙感。微波遙感在哪個(gè)方面比可見光和紅外遙感具有優(yōu)勢(shì)：微波能穿透云霧，可以全天候工作?？梢姽夂图t外遙感在哪個(gè)方面比微波遙感具有優(yōu)勢(shì)：可見光波段是進(jìn)行自然資源與環(huán)境調(diào)查的主要波段；攝影紅外傳感器對(duì)探測(cè)植被和水體有特殊效果。熱紅外傳感器可以探測(cè)物體的熱輻射，然而，不能采用攝影方式探測(cè)地面的熱紅外輻射信息，需要采用光學(xué)機(jī)械通過掃描方式獲??；熱紅外輻射

19、計(jì)可以夜間成像，除用于軍事偵察外，還可以用于調(diào)查海表面溫度、淺層地下水、城市熱島、水污染、森林探火和區(qū)分巖石類型等，有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。紫外波段ultraviolet可見光波段visible light紅外波段Infrared微波microwave微波遙感Microwave Remote Sensing可見光和紅外遙感Visible and infrared remote sensing海表面溫度Sea surface temperature10、名詞解釋：Argos、GPS、TOGA、TAO、NOAA/POES、Aqua、ADEOS、MOS-1。給出下列傳感器AMSR、SeaWinds、AMS

20、R-E、AMSU、MODIS的英文全名和裝載它們的衛(wèi)星名稱。Argo：為實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)海洋學(xué)研究布放的漂流浮標(biāo)陣列（Array for Real-time Geostrophic Oceanography）GPS：（美國(guó)）全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）TOGA：熱帶海洋和全球大氣計(jì)劃（Tropical Ocean & Global Atmosphere program）TAO：熱帶大氣海洋計(jì)劃（Tropical Atmosphere Ocean project）NOAA/POES：美國(guó)國(guó)家海洋大氣局管理的諾阿/極軌環(huán)境衛(wèi)星（NOAA / Polar-orbitin

21、g Operational Environmental Satellites，亦即NOAA/TIROS衛(wèi)星）Aqua ：美國(guó)2002年發(fā)射的地球觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星EOS- PM，別名AQUAADEOS：（日本）高級(jí)地球觀測(cè)衛(wèi)星（ADvanced Earth Observing Satellite）在非學(xué)術(shù)性報(bào)刊上的俗名是“綠色”，例如，ADEOS-1是綠色一號(hào)，ADEOS-2是綠色二號(hào)MOS-1：（日本）海洋觀測(cè)衛(wèi)星（Marine Observation Satellite）AMSR：（日本）高級(jí)微波掃描輻射計(jì)（Advanced Microwave Scanning Radiometer）裝載衛(wèi)星：

22、日本的ADEOS-II衛(wèi)星SeaWinds：（美國(guó)）“海風(fēng)”散射計(jì) 裝載衛(wèi)星：QuikSCAT和ADEOS-IIAMSR-E：（美國(guó)）EOS衛(wèi)星攜帶的日本高級(jí)微波掃描輻射計(jì)（Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS） 裝載衛(wèi)星：美國(guó)EOS-PM (Aqua)衛(wèi)星AMSU：（測(cè)大氣層垂直空氣柱的）高級(jí)微波探測(cè)裝置（Advanced Microwave Sounding Unit） 裝載衛(wèi)星：美國(guó)的NOAA/TIROS系列衛(wèi)星MODIS：（美國(guó)）中等分辨率成像光譜儀（Moderate Resolution Imaging Spectro-Radi

23、ometer） 裝載衛(wèi)星：美國(guó)宇航局發(fā)射的EOS-TERRA和EOS- AQUA衛(wèi)星第三章2、哪一個(gè)衛(wèi)星攜帶的什么傳感器采用的C波段？如果一個(gè)雷達(dá)的頻率是5.3GHz, 它的波長(zhǎng)應(yīng)是多少厘米？哪一個(gè)衛(wèi)星和什么傳感器采用的Ku波段？如果一個(gè)雷達(dá)的頻率是13.4GHz, 它的波長(zhǎng)應(yīng)是多少厘米？(提示：電磁波的相速度等于光速)。ENVISAT衛(wèi)星攜帶的高級(jí)合成孔徑雷達(dá)ASAR（Advanced Synthetic Aperture Radar）采用C波段；ERS-1和ERS-2衛(wèi)星攜帶的AMI (Active Microwave Instrument) 和雷達(dá)高度計(jì)RA (Radar Altimet

24、er)也采用C波段。QuikSCAT衛(wèi)星上搭載的SeaWinds (“海風(fēng)”散射計(jì))采用13.4GHz/Ku波段，ADEOS-1衛(wèi)星上搭載的NSCAT (NASAs Scatterometer)采用13.995GHz/Ku波段，TOPEX/POSEIDON衛(wèi)星上搭載的SSALT(Solid State Altimeter) 采用13.65 GHz/Ku波段，ENVISAT衛(wèi)星裝載有13.5 GHz/Ku波段的雷達(dá)高度計(jì)。3、舉例介紹可見光和近紅外輻射計(jì)、熱紅外輻射計(jì)、微波輻射計(jì)、合成孔徑雷達(dá)、高度計(jì)、散射計(jì)的一至兩項(xiàng)主要用途。指出屬于被動(dòng)（不輻射電磁波而只接受被檢測(cè)體的輻射）還是主動(dòng)（既輻射電

25、磁波又接受其在被檢測(cè)體的回波信號(hào)）遙感方式，并指出屬于可見光、紅外、微波三種波段類型中何種。如果一個(gè)雷達(dá)的頻率是1.5GHz, 它的波長(zhǎng)應(yīng)是多少厘米？可見光和近紅外輻射計(jì)在水色衛(wèi)星上用來遙感海水葉綠素濃度、懸浮泥沙濃度以及海水漫衰減系數(shù)等，屬于被動(dòng)遙感方式。熱紅外輻射計(jì)在氣象衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星上用來遙感海面上空水汽含量、大氣剖面溫度和濕度以及海表面溫度等。微波輻射計(jì)是一個(gè)被動(dòng)微波雷達(dá)，它可以測(cè)量海面反射、散射和自發(fā)輻射的輻亮度和微波亮溫，并由此可估計(jì)風(fēng)速、水蒸汽、可降水量、海表面溫度、海表面鹽度和冰覆蓋量等。合成孔徑雷達(dá)是一個(gè)具有較高空間分辨率的主動(dòng)雷達(dá)，它利用多普勒效應(yīng)獲得較高的空間分辨率，可測(cè)

26、量涌浪、內(nèi)波、降雨、海流邊界、海冰位置及性質(zhì)、大塊浮冰的速度等。合成孔徑雷達(dá)圖像多用于國(guó)土調(diào)查、農(nóng)林漁業(yè)、環(huán)境保護(hù)和災(zāi)害監(jiān)測(cè)，還可應(yīng)用于水災(zāi)監(jiān)測(cè)、作物估產(chǎn)、油污調(diào)查、海冰監(jiān)測(cè)和海洋內(nèi)波研究等方面。高度計(jì)是一個(gè)垂直探測(cè)的主動(dòng)雷達(dá)，它可監(jiān)測(cè)衛(wèi)星與地球之間距離、海表面地形和粗糙度，并由此估計(jì)風(fēng)速、表面海流和有效波高。2007年10月我國(guó)發(fā)射了首顆繞月探測(cè)衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”，通過激光高度計(jì)獲得了高分辨率的月球表面立體圖像。散射計(jì)是一個(gè)寬刈幅主動(dòng)雷達(dá)，通過測(cè)量海表面粗糙度可以計(jì)算海表面風(fēng)速和風(fēng)向，屬于微波波段。第四章4、填空：1997年美國(guó)發(fā)射的裝載著寬視場(chǎng)海洋觀測(cè)傳感器SeaWiFS的SeaStar衛(wèi)星

27、，SeaStar衛(wèi)星的循環(huán)周期（recurrent period）是 ，傳感器SeaWiFS完成全球覆蓋的重復(fù)周期為 ，每個(gè)重復(fù)周期（repeat period）包含29個(gè)軌道周期，每個(gè)軌道周期（orbit period）為1.648小時(shí)。在低緯度地區(qū)，SeaWiFS的再訪問時(shí)間（revisit period）是 ；在高緯度地區(qū)，SeaWiFS的再訪問時(shí)間（revisit period）是 。（選擇：1天；2天；16天；35天）6、汽車兩盞燈相距R=1.5m，人眼瞳孔直徑D=4mm，問多少米時(shí)，人眼恰好能分辨出這兩盞燈？（黃綠光=550nm）解：設(shè)最遠(yuǎn)為H米由夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射：解得：第五章1、

28、請(qǐng)將下列電磁波按波長(zhǎng)由小到大順序排列：近紅外，遠(yuǎn)紅外，中紅外，C波段，Ku波段，X波段，紅光，藍(lán)光，綠光，紫外線，黃光，黃綠光，黃紅光，熱紅外線。紫外線、藍(lán)光、綠光、黃綠光、黃光、黃紅光、紅光、近紅外、中紅外、熱紅外、遠(yuǎn)紅外、Ku波段、X波段、C波段6、給出反射率、吸收率、發(fā)射率、透射率的定義和英文表述，它們的基本關(guān)系是什么？基爾霍夫（Kirchoff）定律條件是什么？在條件滿足的情況下該定律表達(dá)什么思想？吸收率（absorptance）a（）定義如下 使用輻照度之比定義的吸收率也稱為半球吸收率（hemispherical absorptance）。反射率（reflectance）r（）定義如

29、下 使用輻照度之比定義的反射率也稱為半球反射率（hemispherical reflectance）。透射率（transmittance）t（）定義如下 使用輻照度之比定義的透射率也稱為半球透射率（hemispherical transmittance）。在介質(zhì)內(nèi)部，吸收率a（）、反射率r（）和透射率t（）之間存在一個(gè)守恒關(guān)系式 用發(fā)射率取代上式中的吸收率，獲得了一個(gè)派生關(guān)系 基爾霍夫（Kirchoff）定律條件是處于當(dāng)?shù)責(zé)釀?dòng)態(tài)平衡（local thermodynamic equilibrium）條件下。發(fā)射率e() （Emissivity）的定義是 式中M（）是與立體角無(wú)關(guān)的發(fā)射度，E（）是

30、輻射源發(fā)射的輻照度，MBLACK（）是與輻射源具有相同溫度的黑體的發(fā)射度，EBLACK（）是與輻射源具有相同溫度的黑體發(fā)射的輻照度。 在條件滿足的情況下，它表明吸收能量的速率和輻射能量的速率相等。7、簡(jiǎn)要闡述普朗克定律、斯忒藩-玻爾茲曼定律、瑞利-金斯定律、維恩位移定律的聯(lián)系，并從普朗克定律推導(dǎo)其余三個(gè)定律?；诹孔永碚?，1900年普朗克提出了輻射定律。該定律定量地描述了黑體自發(fā)輻射的輻亮度L（），普朗克輻射定律（Planck Radiation Law）是 式中是電磁波的波長(zhǎng)。這里，在真空中的光速c=2.998108 ms-1，普朗克常數(shù)h = 6.62610-34 Js，玻爾茲曼常數(shù)kb

31、=1.38110-23JK-1，黑體溫度（blackbody temperature）T的單位采用開氏溫標(biāo)（Kelvin degree）。將f = c 、df =（c2）d 以及L（）|d| = L（f）|df| 代入（5-38），可獲得普朗克輻射定律的另一表達(dá)形式，即 (5-39)式中光速c的單位是m/s，頻率f的單位是Hz（赫茲）。利用普朗克定律（5-39），將輻照度E（f）= L（f）對(duì)頻率積分，獲得斯忒藩-玻耳茲曼定律（Stefan-Boltzmann Law），即 式中 = 5.6710-8 Wm-2K-4是常數(shù)。普朗克輻射定律確定了黑體表面自發(fā)輻射的能量分布曲線，維恩位移定律指出了

32、對(duì)應(yīng)自發(fā)輻射最大值的波長(zhǎng)位置。一般地，地表物體以地表溫度T（大約300K）輻射。如果頻率f低于600GHz，那么不等式hf/(kbT)1成立?？色@得泰勒公式的一階展開式 把 上式代入 (5-39)，可獲得瑞利-金斯定律（Rayleigh-Jeans Law）在普朗克定律（5-38）中，令dL（）/d=0，可獲得對(duì)應(yīng)著輻亮度L（）極大值的波長(zhǎng) 這個(gè)公式也稱為維恩位移定律（Wiens Displacement Law），式中b = 2.897810-3 mK 。8、什么是海面亮溫？在不考慮大氣效應(yīng)的情況下，微波輻射計(jì)探測(cè)到的海面亮溫與海表面真實(shí)溫度之間有什么關(guān)系？相對(duì)電容率的變化通過哪些公式導(dǎo)致微

33、波輻射計(jì)探測(cè)到的海面亮溫也隨之變化？某處海水的真實(shí)溫度為297.67K，然而一個(gè)5GHz微波輻射計(jì)探測(cè)的海表面亮溫卻是T=107.16K，為什么相處如此之大？海面亮溫：如果已知海面發(fā)射的輻亮度（radiance），那么利用普朗克輻射定律或者瑞利-金斯定律可以計(jì)算海表面溫度（SST）。 這樣獲得的溫度不是海水的真實(shí)溫度，它被稱為海表面的亮溫（brightness temperature）。海面亮溫和海面真實(shí)溫度的關(guān)系：T（,TSST）為海面亮溫，TSST為海面真實(shí)溫度，e（,）代表海面的灰度亦即發(fā)射率。相對(duì)電容率的變化通過菲涅爾公式影響菲涅爾反射率，通過基爾霍夫定律影響海面發(fā)射率，通過海面亮溫和

34、海面真實(shí)溫度的關(guān)系公式影響海面亮溫。海水的真實(shí)溫度為297.67K，然而一個(gè)5GHz微波輻射計(jì)探測(cè)的“海面亮溫”卻是T=107.16K，這主要是因?yàn)閷?duì)于微波，海水是弱發(fā)射體，海水發(fā)射率e較小，通過公式可知此時(shí)e約為0.36。第六章1、寫出復(fù)折射率的虛部n與穿透深度z90的關(guān)系式。2、朗伯-比爾透射定律的微分形式和積分形式是什么？朗伯-比爾定律（Lambert-Beer Law）的微分形式：朗伯-比爾定律（Lambert-Beer Law）的積分形式：3、寫出衰減系數(shù)ka（）和光學(xué)厚度的定義。衰減系數(shù)ka（）包括吸收系數(shù)kab（）和散射系數(shù)ksc（），它們分別描述電磁波在傳播中由于介質(zhì)吸收和散射

35、產(chǎn)生的衰減輕重程度。衰減系數(shù)描述介質(zhì)的固有光學(xué)性質(zhì)（IOP：inherent optical properties）；它的值是由介質(zhì)內(nèi)部各個(gè)組份的物理吸收特性、幾何散射特性以及各個(gè)組份的濃度決定的，與外部光源（或電磁波源）本身的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。光學(xué)厚度（optical thickness）a被定義為衰減系數(shù)沿傳播路徑上的積分 式中a（, z）代表從位置z0 =0到 z之間介質(zhì)在波長(zhǎng)的光學(xué)厚度。4、用公式表示粒子的尺度分布函數(shù)、單粒子衰減截面與衰減系數(shù)的關(guān)系，并敘述粒子的尺度分布函數(shù)、衰減系數(shù)和單粒子衰減截面的量綱。海霧粒子尺度分布函數(shù)的一般形式是什么？式子中a (r)表示單粒子衰減截面，D(r)表示

36、粒子的尺度分布函數(shù)尺度分布函數(shù)量綱是L3，單粒子衰減截面量綱是L-12，衰減系數(shù)的量綱是L-1海霧粒子尺度分布函數(shù)為：5、簡(jiǎn)要闡述米氏散射和瑞利散射的使用條件。大氣層空氣分子的散射屬于哪一種？氣溶膠散射對(duì)可見光和微波各屬于哪一種？為什么？米氏散射（Mie Scatter）理論適用于描述q（即粒子的周長(zhǎng)與電磁波波長(zhǎng)之比）小于1的球形粒子對(duì)電磁波的散射現(xiàn)象。瑞利散射（Rayleigh scatter）理論適用于描述q遠(yuǎn)小于1的球形粒子對(duì)電磁波的散射現(xiàn)象。大氣層空氣分子的散射屬于瑞利散射；氣溶膠散射對(duì)可見光屬于米氏散射，對(duì)微波的散射屬于瑞利散射。這是因?yàn)闅馊苣z粒子的尺度范圍一般在10-310 m之間

37、.對(duì)于微波（0.1100 cm），q1，滿足瑞利散射條件；對(duì)于可見光(400700nm)，某些氣溶膠粒子滿足q1，這時(shí)米氏散射和瑞利散射的理論都不適用。6、請(qǐng)闡述大氣的透射率t與大氣的光學(xué)厚度的關(guān)系，并給出大氣的透射率t、大氣的光學(xué)質(zhì)量、太陽(yáng)天頂角、大氣的光學(xué)厚度之間的關(guān)系式，并給出光學(xué)厚度和光學(xué)質(zhì)量的物理意義和單位。大氣透射率與大氣的光學(xué)厚度的關(guān)系： 大氣透射率、大氣的光學(xué)質(zhì)量、太陽(yáng)天頂角、大氣的光學(xué)厚度之間的關(guān)系式：光學(xué)厚度描述太陽(yáng)光垂直傳播時(shí)在大氣層內(nèi)的衰減程度；光學(xué)質(zhì)量描述太陽(yáng)光在大氣層內(nèi)沿方向的傳播路徑與垂直傳播路徑之比，是太陽(yáng)光傾斜入射時(shí)在大氣層內(nèi)傳播路徑的校正因子。光學(xué)厚度和光學(xué)

38、質(zhì)量都是無(wú)量綱的物理量。7、在有邊界存在時(shí)的輻射傳輸下哪幾項(xiàng)對(duì)傳感器接收的信號(hào)做出貢獻(xiàn)？請(qǐng)闡述下列方程右邊三項(xiàng)的物理意義：。方程右邊三項(xiàng)的物理意義：第一部分是達(dá)到衛(wèi)星輻射計(jì)的海表面發(fā)射的輻亮度，第二部分是衛(wèi)星輻射計(jì)探測(cè)到的大氣自發(fā)輻射的輻亮度；第三部分是衛(wèi)星輻射計(jì)探測(cè)到的大氣向下發(fā)射的、達(dá)到海表面后又經(jīng)海表面反射的輻亮度。8、欲探測(cè)海表面溫度，還是大氣窗外？為什么？傳感器應(yīng)選在大氣窗內(nèi)。在可見光和紅外波段，氣溶膠散射是輻射衰減的第一因素，空氣分子散射是衰減的第二因素，而臭氧吸收是次要因素。在微波波段，氣溶膠散射引起的輻射衰減可忽略，水蒸汽吸收是輻射衰減的第一因素，而氧氣吸收是第二因素。 大氣窗

39、指大氣透射率比較大的波段，探測(cè)海面的傳感器的波段必須設(shè)計(jì)在大氣窗內(nèi)。9、已知400 nm 的紫光在純凈海水里的穿透深度大約是75米，700 nm 的紅 光在純凈海水里的穿透深度大約是3米，請(qǐng)計(jì)算海水對(duì)于可見光和紅外光的復(fù)折射率的虛部。將其與10 GHz微波的復(fù)折射率的虛部n= 2.43比較，并闡述二者差別的物理意義。在某些2類水體海域，400 nm紫光的穿透深度僅達(dá)10米，700 nm 紅光的穿透深度僅達(dá)1米，它們各自的復(fù)折射率的虛部是多少？由得，所以海水對(duì)于可見光的復(fù)折射率的虛部海水對(duì)于紅外光的復(fù)折射率的虛部 二者差別的物理意義是海水對(duì)這兩種電磁波的衰減不同在某些2類水體海域, 海水對(duì)于紫光

40、的復(fù)折射率的虛部海水對(duì)于可見光的復(fù)折射率的虛部12、光學(xué)厚度、衰減系數(shù)以及復(fù)折射率的虛部之間的關(guān)系是什么？上式中第一項(xiàng)表示光學(xué)厚度，（）表示衰減系數(shù)，它等于（）= 4fn（n表示復(fù)折射率的虛部）第七章3、寫出水色遙感的大氣校正方程，分別介紹各項(xiàng)的物理意義，并寫出大氣透射率與光學(xué)厚度的關(guān)系。水色衛(wèi)星遙感的大氣校正方程（Atmospheric Correction Equation）可表達(dá)為（Gordon和Voss 1999） 式中Li() 代表衛(wèi)星探測(cè)的輻亮度(radiance)，下角標(biāo)i 代表傳感器第i 個(gè)通道。LR() 代表大氣中分子散射的輻亮度，下角標(biāo)R是Rayleigh的英文首字母，大氣

41、層空氣分子對(duì)所有波段電磁波的散射均屬于瑞利散射（Rayleigh scatter）。LA() 代表氣溶膠散射的輻亮度，下角標(biāo)A是氣溶膠（aerosol）的英文首字母；Lr () 代表海面的鏡面反射（specular reflectance），也稱為太陽(yáng)耀斑（sun glitter），選擇合適的觀測(cè)角可以避免太陽(yáng)耀斑。t(,) 是大氣的漫透射率(diffuse transmittance)，T(,) 是大氣的直接透射率（direct transmittance），是傳感器第i 個(gè)通道對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（wavelength）；是衛(wèi)星天頂角（satellite zenith angle），Lw() 是離水

42、輻亮度（water-leaving radiance）, t(,)是大氣漫透射率（diffuse transmittance）根據(jù)Gordon 和Morel（1983），大氣漫透射率（diffuse transmittance）t(,) 可由下面公式表示 式中R()是大氣層內(nèi)空氣分子的光學(xué)厚度（Rayleigh optical thickness of air molecules in the atmospheric），A()是氣溶膠的光學(xué)厚度（aerosol optical thickness），oz()是臭氧的光學(xué)厚度（ozone optical thickness），A是氣溶膠對(duì)太陽(yáng)輻射

43、的單次散射反照率（single scattering albedo），R是大氣層空氣分子對(duì)太陽(yáng)輻射的單次散射反照率，fA代表氣溶膠前向散射的概率（forward scattering probability），fR代表大氣層內(nèi)空氣分子前向散射的概率。單次散射反照率代表散射系數(shù)與衰減系數(shù)之比。4、寫出在離水輻射小節(jié)中離水輻射Lw（,）的光學(xué)算法表達(dá)式，說明各項(xiàng)特別是菲涅耳反射率、反照率、反射率和漫反射率的物理意義。菲涅耳反射率是反射的輻亮度與入射的輻亮度之比，它描述了光束在界面的反射特性。反照率定義為地面反射的和空氣中各種粒子后向散射的輻照度之和與入射的太陽(yáng)輻照度之比，反照率原來是一個(gè)在天文學(xué)里

44、描述星體光學(xué)性質(zhì)的術(shù)語(yǔ)。某些遙感科學(xué)家用它描述太陽(yáng)光在海-氣界面的反射和在海面與某高度路徑之間的氣溶膠等粒子引起的太陽(yáng)光散射之和在入射的太陽(yáng)光占的份額。反射率既可以通過輻照度之比描述電磁波在界面上的反射特性，又可以通過輻亮度之比描述與立體角有關(guān)的光束在界面上的反射特性。漫反射率描述了介質(zhì)內(nèi)部的漫反射（“漫反射”代表多個(gè)粒子反射而不是面反射）特性。10、什么是遙感反射率Rrs ()（remote sensing reflectance）？什么是歸一化離水輻亮度Lwn ()（normalized water-leaving radiance）？為什么遙感反射率Rrs ()表示太陽(yáng)光離水輻亮度的標(biāo)準(zhǔn)

45、化形式。人們使用遙感反射率Rrs ()表示太陽(yáng)光離水輻亮度的標(biāo)準(zhǔn)化形式，歸一化離水輻亮度可以表示如下 式中Lwn（）是歸一化離水輻亮度（normalized water-leaving radiance），在水色遙感中，大氣校正模式和水色反演模式是必須建立的兩個(gè)基本模式。水色反演模式的作用是，通過對(duì)太陽(yáng)光離水輻亮度的測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)化的換算，達(dá)到對(duì)海水內(nèi)部主要粒子濃度的估計(jì)。人們使用遙感反射率Rrs ()表示太陽(yáng)光離水輻亮度的標(biāo)準(zhǔn)化形式。第八章2、為什么選擇MODIS的31通道（10.78011.280 m）和32通道（11.77012.270 m），以及20通道（3.6603.840 m）、22通

46、道（3.9293.989 m）和23通道（4.0204.080 m）探測(cè)海表面溫度（sea surface temperature）？選擇MODIS的24通道（4.4334.498 m）和25通道（4.4824.549 m）探測(cè)大氣溫度剖面（Atmospheric Temperature Profile）？選擇MODIS的17通道（890920 nm）、18通道（931941 nm）和19通道（915965 nm）探測(cè)大氣中的水汽（Atmospheric Water Vapor）？波段3.74.1m和1012m是兩個(gè)可用于星載輻射計(jì)探測(cè)海面物理要素的熱紅外窗，一般用于表面溫度探測(cè)的星載輻射計(jì)通

47、道都設(shè)計(jì)在這兩個(gè)窗內(nèi)。由于其波長(zhǎng)比可見光波長(zhǎng)要長(zhǎng)，具有較大的繞射能力和穿透能力，不易受到霧、煙塵和氣溶膠的影響，即使穿過大氣層，熱紅外遙感也能夠測(cè)到比較清晰的圖像。MODIS使用其它熱紅外通道監(jiān)測(cè)大氣垂直剖面的溫度、濕度和臭氧含量，這些通道包括大氣中氣體成分（例如氮?dú)?、水蒸氣、臭氧等）的吸收帶，即非大氣窗波段。所以，?duì)應(yīng)于海洋遙感大氣窗是有利的波段，對(duì)應(yīng)于大氣遙感非大氣窗可能是有利的波段。17通道（890920 nm）、18通道（931941 nm）和19通道（915965 nm）是近紅外波段，6000K的太陽(yáng)在此頻率范圍的輻亮度最大，地球表面對(duì)此頻率范圍的太陽(yáng)光反射和后向散射比較顯著。窄帶可

48、見光和近紅外輻射計(jì)一般用于水色和氣象遙感，寬帶可見光和近紅外輻射計(jì)一般用于陸地和氣象遙感。4、填空：MODIS熱紅外通道輻亮度Li通過 _ 與該通道的黑體溫度Ti相聯(lián)系；MODIS熱紅外通道的黑體溫度Ti通過 _ 與海表面溫度相聯(lián)系。（選擇：基爾霍夫定律，經(jīng)驗(yàn)公式，普朗克定律，瑞利-金斯定律）第九章1、 請(qǐng)回答在微波波段的輻射傳輸方程 各項(xiàng)和每個(gè)字母代表什么意義？ 大氣介質(zhì)內(nèi)部的基爾霍夫定律體現(xiàn)在何處？T（,h）是微波輻射計(jì)觀測(cè)到的視在溫度（apparent temperature）或稱亮溫（brightness temperature），Tu（,h）是大氣向上輻射的亮溫，h是輻射計(jì)所在的高度

49、，是觀測(cè)角或衛(wèi)星天頂角，e是海表面的發(fā)射率，t代表從海面0到高空h之間大氣層的透射率，Ts是海表面的溫度，是海面的菲涅耳反射率， t Td是大氣向下輻射產(chǎn)生的亮溫，Tgal 和Tcos分別是銀河系噪音（galactic noise）等效溫度（對(duì)于f3GHz，Tgal1K）和宇宙黑體輻射（cosmic blackbody radiation）等效溫度（Tcos3K）；Tsun是太陽(yáng)表面溫度， t2Tgal代表銀河系噪音， t2Tcos代表宇宙黑體輻射， t2Tsun代表反射的太陽(yáng)輻射。大氣向上輻射的亮溫Tu還可以進(jìn)一步被簡(jiǎn)化為 式中TA是某種加權(quán)平均大氣溫度，在估計(jì)AMSR通道上水蒸汽引起的衰減

50、系數(shù)時(shí)，某些文獻(xiàn)采用了這種近似（Xia 2001）。在上面的公式中，eA是大氣的發(fā)射率。根據(jù)基爾霍夫定律，在大氣內(nèi)部大氣的發(fā)射率eA等于大氣的吸收率aA，大氣的吸收率aA與大氣的透射率t之和等于1。2、填空：平靜海面的微波亮溫T通過 _+_ 與海面發(fā)射率e相聯(lián)系，海面發(fā)射率e通過 _ 與菲涅耳反射率相聯(lián)系，菲涅耳反射率通過 _ 與相對(duì)電容率r相聯(lián)系，相對(duì)電容率r 通過 _ 與海表面溫度和鹽度相聯(lián)系。（選擇：基爾霍夫定律，菲涅耳公式，德拜方程，瑞利-金斯定律，發(fā)射率定義）3、填空：在1-40GHz頻率范圍內(nèi)，菲涅耳反射率在 _ 隨海表面鹽度變化最大，在 _ 隨海表面溫度變化最大，在 _ 隨海表面

51、溫度和鹽度變化最小，（選擇：X波段，C波段，L波段，Ka波段，Ku波段）5、微波輻射計(jì)SSM/I反演風(fēng)速的兩種算法（包括SSM/I-GSW算法和SSM/I-GSWP算法）在風(fēng)速小于15m/s條件下反演精度達(dá)到 _。（選擇：2m/s，1m/s）6、填空：天線的半功率波束寬度與 _ 成正比，與 _ 成反比。（選擇：天線的孔徑D，電磁波的波長(zhǎng)，觀測(cè)的天頂角）第十章1、已知0dB=10 log(0)，說明標(biāo)準(zhǔn)化后向散射截面0dB和0的單位。如果0增加到原來的100倍，0dB增加多少？所以，0 是無(wú)量綱的，故一般地被稱為標(biāo)準(zhǔn)化雷達(dá)后向散射截面NRCS（Normalized Radar -backscat

52、ter Cross Section），通俗地也被稱為散射系數(shù)（scattering coefficient）。由于0變化范圍太大，我們經(jīng)常用0dB表示標(biāo)準(zhǔn)化雷達(dá)后向散射截面NRCS，即，式中左側(cè)的0 dB代表用分貝（dB）表達(dá)的NRCS，右側(cè)的0代表原始定義的NRCS。 所以，標(biāo)準(zhǔn)化后向散射截面0dB的單位是分貝dB。0dB增加了20分貝。2、給出布喇格共振條件和入射角i定義。如果使用5.3GHz的C波段散射計(jì)，當(dāng)入射角是 時(shí)，水面上波長(zhǎng)多少的水波與入射的電磁波共振？布喇格共振（Bragg resonance）或布喇格共振散射（Bragg resonant scattering）條件是 或 式

53、中k是波數(shù)（wavenumber），是波長(zhǎng)（wavelength），i是入射角（incidence angle），即雷達(dá)波束與垂直方向的夾角。第十一章1、解釋概念：Range，Geoid，Topography，Dynamic Height，Geoid Undulation，Reference Ellipsoid。Range：高度計(jì)測(cè)量的距離（Range）指衛(wèi)星與海面之間的距離。Geoid：大地水準(zhǔn)面（geoid）指與平均海表面最接近的地球等勢(shì)面（geop），它反映了地球內(nèi)部質(zhì)量和密度分布的不均勻特性。Topography：海表面地形（sea surface topography）或海洋地形（ocean topography）被定義為海表面（sea surface）相對(duì)于大地水準(zhǔn)面（geoid）的距離。Dynamic Height：因?yàn)楹１砻娴?/p>