海洋遥感复习题
1，绪论部分
1, 遥感、海洋遥感
遥感：高空或外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取目标的电磁波信息，通过数据处理和分析，研究目标的属性与环境关系的一门现代应用技术科学。
利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波信息达到识别物体及物体存在环境条件的技术。
海洋遥感：利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理，从卫星或其他空间平台上观测和研究海洋。
2，海洋遥感发展的几个重要阶段、其标志；
传统的海洋遥感：科学调查船
20世纪中叶：航空技术推动海洋遥感
卫星海洋遥感的三个阶段：
探索阶段1970-1978，标志：载人飞船的搭载空间试验和利用陆地气象卫星探测海洋。
试验阶段1978-1985，标志：seasat-a,nimbus-7,tiros-n微波传感器、海色传感器和红外传感器为海洋卫星探测海洋奠定基础。
应用阶段1985-至今，标志：多颗海洋研究卫星发射，反演算法业务化，数据产品标准化。
3，主要的海洋遥感卫星；
海洋地形有关的卫星：Geosat，TOPEX/POSEIDON
海洋动力环境卫星：ERS-1,2 Radarsat JERS-1 ALMAZ Quikscat Envisat
海洋水色卫星：Seastar IRS-p3 ROCSAT-1 HY-1 EOS-Terra EOS-Aqua
气象观测卫星：DMSP TRMM Fengyu-1,2,3
陆地观测卫星：SPOT Landsat series 中巴CERS
4，海洋遥感数据的特点、与常规观测不同；
特点：大面积同步观测，搞空间分辨率；长期观测；实时或准实时；船舶浮标不易抵达海区；微波传感器数据全天时、全天候观测。
不同：海洋动态变化；比常规信息小2-3个量级。
5，主动传感器、被动传感器；
主动传感器：微博高度计、微博散射计、合成孔径雷达、激光雷达
被动传感器：海色传感器、可见红外辐射计、微波辐射计
2，海洋遥感基础
1，卫星轨道（太阳同步轨道、静地卫星轨道）；
静地卫星；极轨卫星；
2，遥感数据产品类型（Level 0, 1, 2 etc.)；
Level 0 未经处理的由传感器直接输出的数据
Level 1未经处理的数据在一片与附加文件格式
Level 2地球物理数据产品如SST等等。
3，遥感有关的几个参数：刈幅宽度、极化、光谱分辨率、空间分辨率；
刈幅宽度: 刈幅就是卫星扫过的宽度
极化：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
光谱分辨率：多光谱遥感器接收目标辐射信号时所能分辨的最小波长间隔。
空间分辨率：遥感图像每一个像素所覆盖地面的长和宽。
4，电磁辐射：
（1）电磁波谱；遥感中常用的波段紫外0.001-0.38um
可见0.38-0.76um
红外0.76-1000um
微波1mm-1m
（2）黑体辐射：是指黑体的热辐射，它是在一切方向上都均等的辐射
普朗克辐射定律：黑体辐射通量密度和其温度的关系以及按波长分布的辐射定律
（3）基尔霍夫定律：介质处于局部热动力平衡条件下，吸收热量的速率和辐射能量的速率相等
（4）朗伯面：对于漫反射面，当入射照度一定时，从任何角度观察反射面，其反射亮度是一
个常数，这种反射面称朗伯面。把反射比为1的朗伯面叫做理想朗伯
面。
（5）亮温：衡量物体辐射特征的重要指标。指物体的辐射公里处等于某一黑体的辐射功率时，
该黑体的绝对温度即为亮度温度。
（6）比辐射率：
发射率：观测物体的辐射能量与同观测物体具有相同热力学温度的黑体的辐射能量之
比，发射率也被称为一个物体的灰度，以鉴别它距离黑体的靠近程度。
吸收率：在局部热动力平衡的条件下，介质吸收的能量全部被发射，发射率等于吸收率。
（7）影响比辐射率的因素及与海洋遥感的关系；
(8) 大气窗口：电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段成为大气窗口。
通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:
微波波段（300~1GHz/0.8~2.5cm），热红外波段（8~14um），中红外波段（3.5~5.5um），
近紫外、可见光和近红外波段（0.3~1.3um,1.5~1.8um）。
（9）大气对电磁波的影响因素；
1、水汽是大气吸收的主要成分，占大气质量的0.3%
2、大气气溶胶：悬浮在空气中的来自地球表面的小的液体或者固体颗粒。
3、臭氧：平流层中大气的主要成分，吸收紫外光。
4、电离层的自由电子：分布在100-1000km高空，影响陆地无线电通讯密度存在强烈的日变化。电子
密度对电磁场相对速度有影响。
5, 散射与吸收：
（1）穿透深度：是指某种频率的电磁波向地下的穿透深度。
（2）光学厚度：在计算辐射传输时，两个给定高度层之间的单位截面铅直气柱内特定的吸收或发射物质的质量。
（3）大气透射率：电磁波通过大气中某个给定路径长度后的辐射能与入射辐射能之比体积散射函数：每单位辐照度、单位体积元沿给定方向上的辐射强度
（4）米散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。
瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。
（5）气溶胶：悬浮在大气中的固态粒子或液态小滴物质的统称。
（6）大气辐射传输方程：
路径吸收部分
路径发射部分
6, 微波与海面相互作用
①影响海水辐射亮温的因素：海面粗糙度、泡沫
②表面散射强度随介质表面的复介电常数增加而增大，散射角特性由表面粗糙度决定。
③风速较低，海面粗糙度为主风速较高7m/s,海面泡沫影响为主
④发射率是观测天顶角、辐射计频率、极化方式海面真实温度、海面盐度、海面摩擦风速和风向的数
（1）布拉格散射；
（2）镜面散射；
（3）SAR对海浪的成像机制；
（4）归一化散射截面；
（5）雷达方程；
（5）双尺度散射模型；
3，海面温度遥感与辐射计
海表温度、皮温、亮温；
海表温度：海洋表面温度。
皮温：皮肤表面的温度
亮温（Brightness temperature)如果已知海面发射的辐射率/辐亮度，那么利用普朗克黑体辐射定律或者瑞利-金斯定律可以计算黑体的等效海表面温度。这个等效温度不是海水的真实温度，它被称为海表面的亮温。指物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。
亮温与实际温度的关系；
亮度温度与实际温度的关系：总小于实际温度。
红外测温的通道选择；
单通道直接反演；单通道统计方法；多通道海温遥感反演；多通道统计模型法；多角度海温遥感反演；多角度与多通道相结合的反演方法。
主要海表温度的传感器；
可见光和红外辐射计，中红外辐射计，热红外辐射计，微波辐射计。
结合所学知识列举SST的主要应用（互联网检索）；
EI Nino, La Nina监测；热带气旋；海气相互作用；海温异常与海平面变化；海洋大气热通量研究；
黑潮的变化；渔业资源调查；近海海洋热污染。
SST反演中的难点问题；
微波辐射计观测SST的频率选择；
主要使用7GHZ的通道进行，水汽影响用21GHZ的数据校正；海面粗糙度、降雨以及云对微波辐射影响通过11GHZ,18GHZ,和37GHZ通道数据消除。
红外辐射计测量SST与微波辐射计测量SST的不同点；
红外辐射计：波段3.7,10-12微米，精度0.3K
特点：分辨率高，精度较高，长时间数据，受云影响。
微波辐射计：波段：6.5 GHZ, 精度1K
特点：可穿透云层，对大气影响不敏感，精度和空间分辨率差，对降雨敏感
4、海色遥感与主要传感器
水体类型；（一类、二类水体）
一类水体：光学性质主要由浮游植物及其附属物决定。
二类水体：光学性质不仅受浮游植物及其附属物的影响，也受其他物质如外生的粒子、外生有色可溶有机物。
初级生产力；赤潮；
初级生产力：单位海面积浮游植物通过光合作用固定碳的净速率。
赤潮：海洋中一些微藻、原生动物或细菌在一定环境条件下爆发性增殖或聚集达到某一水平，引起水体变色或对海洋中其他生物产生危害的一种生态异常现象。
黄色物质；
可溶物质，植物腐烂的产物。对红光吸收很少，随波长减少，吸收增长很快。
陆源CDOM：溶解的腐殖酸和棕黄酸，来自腐烂植被
海洋CDOM：浮游植物或浮游动物的食物残渣降解组成包括浮游植物和浮游动物细胞碎片等
离水辐亮度；
上行辐亮度经海气界面传输到海面上表面的值。
考虑水体的色素影响，离水辐亮度L包括两部分：
1，太阳直射光经水面向下传输受水色因子散射
2，叶绿素荧光
遥感反射比；
离水辐亮度与向上光谱辐照度的比。
大气校正算法及存在的主要问题；
由传感器接收到的辐亮度计算出离水辐亮度的过程：大气校正
大气校正的难点：大气中的气溶胶影响的消除
生物光学算法；
二类水体海色反演问题的难点；
对于沿岸带的二类水体，其水体的离水辐射度光谱响应有多种水色因子如叶绿素、悬浮泥沙、黄色物质等共同贡献所确定，要提取沿岸水体的各水色因子浓度比较困难。
列举历史上以及目前主要的海色传感器；
1978年，NASA发射Nimbus-7卫星，搭载了沿岸水色扫描仪CZCS。
1997年，美国发射Seastar卫星，搭载了海样宽视场水色扫描仪SeaWiFS。
2002年，美国发射Aqua卫星，搭载了中分辨率成像光谱仪MODIS
2002年，欧空局发射Envisat卫星，搭载了MERIS