海洋遥感复习题
一、名词解释
1、复介电常数：又称为相对介电常数或相对电容率，是描述海面发射率的一个关键参数，
它是频率ω，水温T 和海水盐度S 的函数。
2、后向散射系数：入射方向上的目标每单位面积上的平均雷达截面，与目标的复介电常数、
表面粗糙度、雷达系统参数等有关。
3、离水辐射度：即表层海水散射的太阳辐射，由朗伯余弦定律可知其与卫星天顶角无关
4、直射辐照度：太阳光经大气衰减后，直接到达水面的辐射
5、漫射辐照度：直射光经散射后到达水面的辐射
6、海水表观光学量：由光场和水中的成分而定，包括向下辐照度、向上辐照度、离水辐亮
度、遥感反射率、辐照度比等，以及这些量的衰减系数。
7、Ⅰ类水体:光学特性主要由浮游植物及其分解物决定
8、Ⅱ类水体：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，还由悬浮物、黄色物质决定，
其水色由水体的各成分以非线性方式来影响
9、黄色物质：海水中的有色融解有机物（CDOM）被称为黄色物质。黄色物质在蓝色波段
具有强烈的吸收。一般定义黄色物质浓度为：
10、海洋初级生产力：在单位海洋面积内，浮游植物通过光合作用固定碳的速率或能力，与
平均叶绿素相关，单位为
11、水次表面：
12、海水固有光学量：与光场无关，只与水中成分分布及其光学特性有关，直接反应媒介的
散射和吸收特征，如：吸收系数；散射系数；体积散射函数等
二、简答与论述题
1、简述Ⅰ类水体利用近红外通道进行反射波段大气校正的方法。
2、简单阐述陆地卫星和气象卫星不能完全代替海洋卫星的原因。
气象卫星和陆地卫星的探测器主要为光学探测器，不能替代海洋动力环境卫星和地形卫星，因为后者主要采用微波探测器；即使气象、陆地和海洋水色卫星都采用光学探测器，但是前两者与后者还存在很大差别：波段设置不同、灵敏度和精确度不同、观测方式不同
3、论述海洋遥感发展的现状、展望与趋势。
现状：（1）海表温度遥感
（2）海洋水色遥感
（3）海洋动力遥感观测
（4）海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量
（5）海洋污染监测
（6）海冰监测
（7）海洋盐度测量
（8）船舶和尾迹探测
展望：（1）建立以海洋卫星为主导的立体海洋监测体系
（2）海洋遥感监测技术的精确化与定量化
（3）海洋遥感信息系统的建设
（4）小卫星海洋遥感技术
我国：（1）建立稳定运行的海洋卫星体系
（2）从多方面入手提高海洋遥感精度
（3）开展同化技术研究以提高应用水平
4、与国际先进水平相比较，我国海洋遥感的发展在哪些方面存在着一定的差距？
（1）基础研究落后：主要表现在海洋光谱特性的测量与研究相对滞后
（2）专门为海洋遥感设计的传感器较少，而且至今还没有发射专门的微波遥感卫星，与美国等先进国家比，海洋微波遥感有10~15年差距
（3）美国SeaStar卫星的SeaWIFS遥感器的辐射精度为5%,我国目前发射的水色遥感器要求达到的辐射测量精度为7%~10%，处于国际先进水平，但中国在微波遥感卫星资料处理方面还停留在利用国外遥感预处理半成品进行再加工研究阶段，尚不具备以业务应用为目的的微波遥感处理能力，更谈不上高精度的定量分析。
5、论述海洋遥感在海洋相关研究领域中的应用。
（1）海表温度遥感：的海洋环境参数，如在海洋渔业中的应用。主要采用热红外波段和微波波段的信息进行海表温度的遥感反演。
（2）海洋水色遥感：感图像得到的离水辐射率,来反映相关联的水色要素如叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶有机物含量等信息。利用可见光、红外多光谱辐射计就可给出赤潮全过程的位置、范围、水色类型、海面磷酸盐浓度变化以及赤潮扩散漂移方向等信息,以便及时采取措施加以控制。
（3）海洋动力遥感观测：是塑造海洋环境的动力，可以通过遥感技术获得。海洋风力的监测有助于台风、大风预报和波浪预报；海浪观测可以通过SAR反演波浪方向谱，或通过动
力模式来解决表面波场问题；采用雷达高度计可观测潮流或潮汐。
（4）海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量：可通过卫星高度计确定海洋水准面（±20cm），通过测量雷达发射脉冲与海面回波脉冲之间的延时而得到高度计天线离海面的距离。通过遥感绘制海图和测量近岸水深。水下地形的SAR图像为亮暗相间的条带，利用这个关系可定量获取水下地形信息。
（5）海洋污染监测：利用遥感技术可以监测进入海洋中的陆源污染水体的迁移、扩散等动态变化，还能探测石油污染（如测定海面油膜的存在、油膜扩散的范围、油膜厚度及污染油的种类）。
（6）海冰监测：海冰是海洋冬季比较严重的海洋灾害之一，海冰遥感能确定不同类型的冰及其分布，从而提供准确的海冰预报。SAR具有区分海水和海冰的能力，可准确获得海冰的覆盖面积；并且可以区分不同类型的海冰以及海冰的运动信息。热红外与其它的微波传感器也是获得海冰定量资料的有效手段。
（7）海洋盐度测量：海水含盐量的变化，会改变海水的介电常数，从而影响海水的微波特性。基本原理是基于微波频率上盐度对海表亮温的敏感度来进行测量的。
（8）船舶和尾迹探测：船舶由于其制作原料的原因，在SAR图像上会形成非常亮的目标（具有强烈的后向散射特征）
6、以示意图结合水气辐射传输模型的形式，说明可见光与近红外波段的电磁波与海水相互作用机制。PPT第二章33页
（1）水气辐射传输模型
（2）海洋辐照度模型
（3）大气校正
7、简述海洋水色遥感卫星的主要特点。
轨道方面：采用太阳同步的圆形轨道，降交点地方时为正午，回访周期为2～3天；
平台方面：采用三轴稳定方式，指向精度≤0.3°，测量精度≤0.3°，探测器沿轨前后倾斜（0～±20 °）扫描，倾角根据太阳高度角变化进行调整；
传感器方面：由波段设置、信噪比（≥600-800）、视场、量化级、辐射精度（2％-5％）和偏振度（≤0.01）决定
8、比较微波和热红外波段海温测量的优缺点。
微波海温测量
优点：可全天时、全天候进行，受云影响较小，大气校正相对容易；
缺点：测量精度与分辨率较低，对表面粗糙度和降雨敏感；
热红外辐射计测量
优点：分辨率较高，技术发展成熟（已达业务化运行程度）；
缺点：在无云区进行，需进行精确的大气校正。
9、简述热红外波段海表温度反演的分裂窗方法及其原理。
分裂窗反演方法：根据大气对不同分裂窗波段（如10.5-11.5um，11.5-12.5um）电磁辐射的影响不同，采用不同波段测量结果的组合关系来消除大气的影响，从而得到海表温度。由McMillin1975年最早提出该法，其依据是A VHRR在第4和5相邻通道内具有不同的吸收特性。
原理：PPT第四章22页
10、简述海洋水色遥感的机理。
11、简述海洋遥感的特点。
整体特点：（1）不受地表、海面、天气和人为条件的限制，可以探测地理位置偏远、环境条件恶劣等不能直接进入的海区;（2）宏观特性可进行大面积同步测量，能够进行半球或全球探测（如叶绿素浓度用于研究全球碳循环）；（3）可动态的、长期的、周期性的对海洋现象进行监测；（4）具有实时或准实时的特性；（5）多个探测器相配套（如对海冰的监测）。
具体特点：（1）传感器设计方面：光学遥感器应具有带宽较窄、IFOV较大的特点；微波波
段在海洋遥感中应用较多;（2）传感器定标与数据处理应用方面：需要调查船、浮标、潜水器等仪器实测资料的支持；（3）数据预处理方面：消除大气的干扰非常重要；（4）数据应用方面：适用于海洋数值模型的检验和改进（如数据同化）。
12、简述利用非线性最优化法对Ⅱ类水体水色要素反演的原理。
首先确定一个海洋水色模式，通过调整作为输入参数的反演浓度（即叶绿素、悬浮无机物、黄色物质等），重复计算与之对应的辐亮度值，使得模式计算所得的幅亮度值与实际测得的幅亮度值之间的误差在某个阈值内。
13、简述赤潮现象的遥感监测方法。
目前采用卫星，飞机和现场船舶等多种手段，对赤潮的分布形态、发生范围、生物种类、贝毒和海洋水文、海洋化学等多种要素进行监测。
赤潮遥感探测方法大致可归纳为单波段遥感技术、多波段遥感技术和数值模拟遥感技术 方法：（1）利用sst:考虑到资料的时效性和实用性，海绵温度sst 的异常变化是赤潮监测中非常有效的方法（2）利用NDVI （3）利用叶绿素a （4）其他方法：多波段差值比值法、数值模拟法、人工神经网络法、多种检测技术联合法
14、简述海面风场微波辐射计遥感反演的过程，并重点给出其中的最大似然反演方法和风向多解消除方法的简单原理。
1、反演步骤：（1）计算归一化后向散射系数，并获得不同视角天线对同一区域的观测；
（2）利用风矢量与归一化后向散射系数之间的关系，进行风速和风向估计；
（3）多个可能风矢量解模糊性的消除。
2、风矢量反演模式：一般情况下，风矢量反演模式表达为： 试验基础上，已获得后向散射截面与风矢量之间具有如下关系： 式中系数根据经验确定，取决于入射角θ
3
、实际应用的风矢量反演模式： 模式函数是风速、风向、入射角、天线极化方式等参数的非线性函数，加上后向散射系数测量噪声的影响使得无法利用模式函数直接获得风矢量信息。所以，需要其它方法的配合进行风矢量求解。
4、实际求解中的最大似然反演法：
最大似然估计的目标函数： 后向散射系数的测量值； 后向散射系数的模式预测结果
（1）首先取风向为0度，给定一个起始风速(如7m/s)，在风速区间范围内(如0-50m/s)按一)
2cos cos 1(φφσb a AU r ++=()()()()()()φθφθθφθσ2cos ,cos ,,,,2100U a U a U a U ++=()()()()()i m N i i m i m oi Var Var w J σσφσσln ,12+--=∑=oi σ()i m w φσ,
定间隔寻找使目标函数式取得最大值的风速，记录风速值和相应的目标函数值；（2）风向增加一个间隔，以上一个风向下找到的风速为起点，重复上步，直到整个风向区间(0-360°)搜索完毕为止；（3）将局部最大值按从大到小的顺序排列,取出前四个对应的风速、风向作为模糊解。
5、风向多解消除-矢量中值滤波：
对于每个窗口，计算中心点的滤波函数值，用最小值Uij所对应的风矢量代替方程中的Umn，重复计算滑动窗口，直到Uij=Umn。
15、简述SAR获取海面风场的原理。
SAR在波束入射角20～70的情况下，所接收来自海面的后向散射主要为Bragg散射，其中风是影响后向散射的主要因素之一。根据风速与雷达后向散射系数之间的关系，可进行风速的反演；利用SAR图像上与风向有关的“风条纹”结合气象预报模式结果或者现场测量数据，可获得风向信息。
16、简述卫星高度计测高的基本原理。
卫星测高原理：以卫星为载体，以海面作为遥测靶，由卫星上装载的雷达高度计向海面发射微波信号，该雷达脉冲到达海面后，经过海面发射再返回到雷达测高仪。
其原理与应用都是基于三个基本观测量：
（1）时间延迟：高度计发射脉冲到接收海面回波信号的时间间隔；
（2）海面回波波形的前沿斜率；
（3）海面回波波形强度。
17、简述MODIS识别海冰的方法。
一般情况下识别海冰的方法：位于海洋且同时满足以下条件的像元，可以定义为“海冰”：NDSI＝(RefMODIS4-RefMODIS6)/(RefMODIS4+ RefMODIS6) > 0.4；
RefMODIS2 > 0.11；
RefMODIS1 > 0.1
一些特殊情况的考虑：对于较薄海冰（厚度小于10厘米，没有雪覆盖），其反照率较低，利用雪被指数不容易分辩，在这种情况下，利用冰表面和海表面的温度差异进行识别。MODIS计算冰表面温度的算法（MODIS 31和32波段）：
IST = a +b×T31 +c×(T31 – T32)+d×[(T31–T32)(secθ-1)]
a, b, c, d 根据T31位于不同的温度范围：T31 < 240K，240K < T31 < 260K，T31 > 260K，取相应的系数。