遥感技术在海洋动力学和环境监测中的应用
摘要：遥感是科技的检测指标和基于间接接触的自然现象中使用明确的文书。根据应用领域，总的来说它可以分为三个领域，就是大陆遥感，海洋遥感和大气遥感。海洋遥感观测和海洋研究在电磁波、大气和海洋之间使用互动原则。以其选择性高，多波段，周期性和大型覆盖的优点有针对性地监测海洋和沿海区。本文重点介绍遥感技术在海洋动力学和环境监测中的应用。
关键词：遥感；海洋动力学；环境要素；监测介绍
海洋覆盖地球表面的70.8%,包含了全球96.5%的水,向人们提供丰富的人力资源和广阔的空间。因此开发利用海洋对人类的生存和发展越来越重要。在传统的沿海调查中，特别是在数据采集和信息处理方面有很大的局限性。例如，它是难以进行多变量控制和复杂的海洋和沿海环境的观察，或实时处理。它也是难以实现理想的和可控的数据周期长度以及信息丰富的沿海环境的。传统的海洋观测手段不能全面、深刻的了解海洋现象和变化，因此它需要有一个新的海洋观测或补充传统的常规海洋调查海洋资源的开发方法，监测全球环境变化和管理沿海和海洋资源综合开发。海洋遥感以可以范围广泛的实时同步，全天时，全天候的利用多波段成像的优势，可以快速检测时间和空间变化的海洋表面的物理参数。
在环境科学领域，海洋遥感主要应用于海洋动力学和环境因素的监测，海洋水色遥感和海洋污染。海洋动力学和环境要素监测的常用可见光，红外线，利用主动和被动传感器，如多光谱成像仪，合成孔径雷达（SAR），微波散射计，辐射计，测高仪，卫星遥感等。监控设备不仅可以提供全天时，实时气象海况信息，而且还可以用来改善数值预报模式的海况和加强长期的海况预报准确率。同时，它可以提供实时同步监测海洋环境要素如海上目标的信息元素，沿海的调查和海洋污染。除此之外，它可以提供综合的利用和管理服务，海洋环境监测，海洋权益维护和沿海资源的调查。
海洋动力因素和环境因素的监测包括海面风和波域，流场，潮汐，锋面，海面温度，海冰冰清。
1.海面风场域监测
海面风场分布的风向和风速。空间利用常规监测系统获得的海面风场数据的分辨率和时间，如船，浮标和沿海和海岛站，是不均匀的。因此很难满足海洋研究和海洋海洋事业发展的需要。但是遥感（特别是卫星遥感），从一般20米的海洋观测得到的数据，将有助于风和海浪预报台风。
最近，为了获得全球海面风矢量场数据和表面风应力，高分辨率的全球海洋环流，海洋大地水准面，重力和极地冰覆盖的数据，中国从太原卫星发射中心发射了“海洋二号”卫星。作为一个海洋动力环境卫星，它主要用于检测地面风，温度，海面高度，波场，流场。“海洋二号”卫星包含四个主要的载荷，有雷达高度计，微波散射计，扫描微波辐射计和微波辐射计的定标。这四种微波遥感器作为“主角”一起执行监测和海洋动力环境调查。微波散射计测量海面风的速度和方向，使其拥有测量海面风场的能力。这是迄今为止测量海洋风的主要仪器。虽然雷达高度计和微波辐射计可以给风场，但是其精度是小于微波散射计的。不同于雷达高度计的向下看，微波散射计是从侧面，所以它适合测量风速。
中国的风能利用发展迅速。自20世纪80年代以来，常山岛，长岛，岱山岛，东山岛，南澳和其他主要岛屿地区已经开始了海岛风电场的建设，它们都基本上并网发电。然而，在一般情况下，风力发电国内的产量低，主要依靠国外进口设备和技术。2005年底，进口机组总装机容量的风力发电在中国仍占72%以上。目前，中国已经部署了近百万千瓦的风电场，南通，盐城，灌云沿海一线城市，如长江三峡工程开发总公司，广东核电，中国龙源电力和其他公司。
此外，应用卫星远程传感技术，可以帮助人们监视台风从海洋出生、密切监察事态发展、作准确的预测，为台风可能的着陆地点和尽快地抵御灾害做准备工作。今天，中国的台风监测已从上世纪80年代定性监测的图片印刷时代进入了数字时代，利用其FY-2气象卫星应用的发展，“卫星”和日本地球静止气象卫星观测数据的海洋系列。我们不仅可以发现台风的生成，而且还准确定位台风的中心，估计台风强度，计算台风的移动速度，预报台风的时间和地点，登陆后降水强度和范围，并为制定防灾减灾决策提供了可靠的依据。
2.海浪的观测
海浪是指风造成的海中的波浪。他们一般包括风暴（直接波风推动海洋），
膨胀（波风暴传播波风区以外的海域时显示）和海洋近岸波浪（根据地形，这将改变波动性的海浪风暴或膨胀发布附近海岸）。海浪的观测可以通过合成孔径雷达（SAR）来实现，通过波浪方向谱反演（主要表现为微观尺度的波动在主波调制）或通过动态模型（风，浪模式）来解决面波场问题。中国最近推出的“海洋二号”卫星。它的主要目的是探讨采用微波遥感器的风，波浪，潮流等海洋环境信息。此外，它的检测是每时每刻和全天候的。
根据世界能源理事会的调查，全球有效波能量达到2千万千瓦，相当于目前世界电力生产的2倍。我们中国有漫长的陆地海岸线，许多小岛屿和丰富的波能资源。根据海洋观测资料统计，中国沿海水域的年平均波高达到约2米及波周期约达到6米，总波能量超过50万亿千瓦和波能1亿千瓦左右的波周期。
3.海流观测
洋流也可以被称为趋势，那些细微的电流引起的大规模水连续流向特定的方向,就像一条河,有一个固定的流动路径。相对于海浪,洋流的变化更加平滑和常规。洋流的运动主要是受风，潮汐力，和不均匀的密度分布影响。在旋转的地球上，相对于水平面的表面，流式流体的表面产生的的倾斜和边坡和流量和大小是成正比的。因此，目前的观察，首先使用雷达高度计探测海面坡度，然后预测地球的流量。几天前,海洋的第二颗卫星在中国发射,主要监测动态环境,包括重要的海洋参数如海洋环流、海洋动力环境为全天24小时不间断的获得有价值的数据。
我国潮汐发电的研究和试验开始于二十世纪50年代末期。水电局在广东顺德县进行了海坝下实验，结果表明这种动力装置结构简单，操作方便，投资小，不影响排水和灌溉，但功率低。舟山市，是浙江省在20世纪70年代末首次测试场景实体的潮流发电原理实验的。利用装在船尾的两个水平轴螺旋桨涡轮机，发电量通过液压动力传输成功。在“85”“95”等技术攻关研究项目完成后，在2002年四月，我国第一个潮流测试装机容量的电厂（70千瓦）在舟山（浙江省）岱山县龟山运河完成了。
4.潮汐观测
潮是指由月球和太阳的引潮力之间的相互作用引起的水位周期性波动的现象。海洋潮汐发电的规则是精确的。它的变化在海洋之间是0 ~ 1米，尽管海洋
和陆架潮汐观测是非常困难的，但是研究沿海的潮汐和潮流理论对本身的观察是很有帮助的。我们可以确定全天的高潮和半周期的使用精确测量方法的雷达高度计在地球的- 25 ~ + 25厘米或25°~ + 25°相位角。观察的时间间隔为25公里的大陆架，100公里的海洋。通常需要近一年内完成全球潮汐观测。
中国有18000公里长的海岸线，海岸线曲折，许多的潮汐河流，有丰富的潮汐能源。1958年，我国相继在广东，顺德，山东湾，乳山地区，上海崇明建立几十座潮汐能发电站。其中乐清江厦潮汐试验电站位于温岭市，装机容量（浙江省）西南角是最大的。功率为3200千瓦时，仅次于法国郎斯潮汐电站和加拿大安纳波利斯潮汐电站。这是亚洲最大的潮汐电站。
5.SST遥感
水的温度是一个在海洋环境监测中的重要参数。它是海洋热状况和海洋动力环境重要的基础信息特征。此外，它是海洋上层海洋物理和生物地球化学研究的海洋参数。SST异常情况可能反映了全球气候异常,如厄尔尼诺和拉尼娜现象期间,赤道太平洋海温异常变暖,会导致全球气候异常冷却。因此, 在监测和研究全球气候变化时，海洋温度是一个非常重要的因素。
SST是在例行监测和预测我们的海洋环境中的重要组成部分。海表面温度数据是从站,GTS船报告和卫星遥感获得的。其中,卫星遥感技术已经被用于监测和预测海洋温度,是因为其强大的实时性、广泛性。
使用我们的海洋一号、风云一号、风云二号，海洋二号和美国NOAA和美国EOS/MODIS，和日本MTSAT卫星等红外遥感数据反演海表温度数据已被用于在运行的海洋表面温度的监测中国西北太平洋，是由世界气象组织（世界气象组织）预测。卫星遥感数据的应用程序，由于我们的及时性和精度的海洋表面温度预测业务得到有效改善。目前外国人使用卫星遥感业务检索海表面温度精度是0.5 ℃。
6.水团观察
海洋中的水团是水体，占用的空间，与水的物理化学性质的变化规律具有确切的来源。海洋水体的分类和识别是一个复杂的问题。海水水体的特点，不仅是物质，化学结构，而且包括动态结构以及生物结构。因此,水体遥感“窗口”,包括红外线、可见光和微波,他们必须综合分析。在数据处理,得出了水团配置和
确定水团边界(前)和识别冷芯和温暖的核心与中尺度涡旋相关联。其中红外遥感尤其重要,因为温度是主要考虑特性研究的水质量。分析多光谱遥感数据可以帮助确定水体初级生产力、环境污染甚至内波的情况。
7.海冰观测
海冰是由冻结的海水形成。一般来说，海冰还包括大陆冰川流入海洋，河流冰，冰和其他淡水冰。海冰是相当严重的冬季海洋灾害。海冰遥感可以确定冰及其分布的不同类型。因此，它可以提供精确的海冰预报。海冰可以分为新的冰，一年冰，多年冰，冰山，冰块等。不同类型的冰有不同的时代与成因。
中国渤海和黄海北部的冰每年冬天冻结。冷冻程度对近海石油和天然气资源，交通运输，港口和海岸工程业务的发展有直接影响。如发生在1969年的大渤海海冰灾害，冻结了几乎整个渤海，顺着石油平台支撑起了海上交通。20世纪80年代以来，中国开始使用日本的GMS气象卫星和美国的NOAA气象卫星监测每个冬季海冰数据的情况。2002年，中国的海洋一号卫星发射升空，其数据的使用，可以对海冰的监测定量地提供5种数值产品，是监测海冰的现实地图，包括冰的厚度，冰的密度，冰线，冰的外边缘和海冰温度。由于实时遥感，我们丰富了海冰监测和预报产品，增加了海冰监测和预报的精度，并促进中国海洋卫星数据应用数字水准仪。在2011年八月，中国推出了海洋二号卫星，它加载了扫描微波辐射计。它主要用于获得全球海面温度，海面风，大气中的水汽，云水含量，海冰，和降雨等。
地球两极已被覆盖着冰近3000万平方公里面积，覆盖率随季节变化。北极冰监测是非常重要的通道设计和海上极地水域航行的安全保证。利用外国卫星微波辐射计和雷达散射计和合成孔径雷达SAR数据,你能获取的分布在极地海冰变化和有效的设计和引导船只航行在极地的航行安全的保护。SAR海冰监测是一种非常有效的方法。它有能力区分冰和水，你可以得到确切的海冰覆盖面积，因为不同类型的海冰有显着的差异，雷达散射截面，图像的格式是不同的。因此，SAR监测还可以区分不同类型的海冰和冰间水道。此外，利用SAR图像还可以得到关于冰川的运动信息，从而控制冰的形成，生长，运动，死亡或其他进程。有了这些信息，你可以预测冰条件和实现海冰参数。此外，热红外传感器和微波传感器也有效地获取定量数据的海冰。
此外,使用中国的海洋一号，海洋二号系列卫星探测到极地海冰数据和参数相关的发展反演算法可以获得信息参数如极地地区冰厚、冰密度、冰漂移速度,海冰温度可以用来研究海冰的分布和海冰在极地的热状态。通过极地海冰监测,人们会了解更多关于极地海冰影响极地环境,因此人类探索极地地区是更有用的。
海洋是没有充分发展的丰富资源的宝库，与人类的可持续发展将越来越依赖于海。我国长期的发展，海洋资源的开发和利用将具有重大的战略意义。随着遥感技术的发展，遥感信息源的膨胀，遥感技术的应用将继续拓展其深度和宽度。和它的应用程序需要开发国家的沿海资源的规划和政策法规等宏观调控措施，结合沿海经济长期可持续发展的开发利用，实现经济和社会的和谐发展，以海洋可持续发展战略作为一个国家的优先领域，为国民经济和社会发展计划，以中华民族的伟大复兴做出更大贡献。
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