海洋遥感基础笔记2_海岸带遥感

3.1

3.1.1水汽对电磁波辐射的吸收最为显著，水汽吸收带大部分集中在红外波区。

3.1.2大气中水汽分布随时间地点的变化很大，水汽含量越大，则吸收越严重。

3.1.3二氧化碳是地球大气中另一种非常重要的红外吸收气体。

3.1.4在高空大气中，臭氧是一种非常重要的元素。

3.1.5在大气中，氧对电磁波辐射也有重要的吸收作用。

 

3.2

3.2.1海洋光学遥感主要是接收海表反射的太阳光，来获取海洋的有关信息。

3.2.2海洋光学遥感的主要手段是观测海冰、海岸形态、沿岸流流向、波浪折射、浅海探测、海岛和浅滩定位、测定海洋水色透明度以及叶绿素含量。

3.2.3可见光和短波红外遥感是通过测量目标物的反射能量，从而了解地表状况。此时的辐射源是太阳。

3.2.4太阳光从大气圈外到达地表，经物体反射后传到遥感器。

 

3.2.5在洋面上，海表贡献由海浪的镜面反射（称为耀斑）和水面下的朗伯反射组成，这种朗伯反射由海面水色和泡沫反射组成。

 

3.2.6在海洋遥感领域，利用可见光波段进行遥感主要是水色遥感。

3.2.7海洋水色传感器主要称为水色扫描仪。

 

3.2.8不同的地物对电磁波的反射特性不同，同一地物对电磁波的不同波段的反射率也不同，通常，我们把物体的反射率随波长变化而改变的特性称为地物反射光谱特性。

 

3.2.9影响水体的波谱反射率的主要因素是太阳位置、水的浑浊度、水深和波浪起伏等。

 

3.2.10在海洋遥感中，获得海表遥感反射率非常重要，他几乎是反演所有海洋水色产品的输入参数之一。

 

3.2.11太阳光的直射辐照度：经过大气吸收衰减后，未经散射而直接到达地面的辐射量。

3.2.12漫射辐照度：指直射光中，经散射后直接到达地面的辐射。

3.2.13直射和漫射之和为地表下行辐照度。

3.2.14海面的下行辐照度受海-气交接面反射的衰减。

3.2.15对于可见光和近红外遥感，有5个大气过程会影响到太阳在可见光和近红外波段的辐照度。即：混合气体的散射（瑞利散射）、臭氧的吸收、混合气体的吸收（主要是氧气）、水汽的吸收以及气溶胶的散射和吸收。

 

3.2.16大气路径辐射：包含大气的瑞利散射和气溶胶散射两部分。

 

3.2.17由于大气中的气溶胶组分和光学特性的易变性，精确测量气溶胶散射的影响是不可能的，而大气分子的瑞利散射的贡献可精确测得。

 

3.3

3.3.1所有的物质，只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量。

3.3.2可见光和近红外波段辐射计应用最广，因为6000K的太阳的辐射度在此频率范围最大。

3.3.3物体的热辐射不仅与物质的表面状态有关，而且是物质的内部组成和温度的函数。

3.3.4热红外遥感就是利用机载或星载的传感器收集、记录地物的这种热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数和温度、湿度和热惯量等。

3.3.5地球和大气都是热红外辐射的辐射源，通过大气中任一平面射出的都具有各方面的漫射辐射。

3.3.6液态水的吸收在长波区很强，一般可把云体表面看作黑体表面。

3.3.7水汽和二氧化碳是决定大气辐射性质的主要成分。

3.3.8大气不仅是削弱辐射的介质，同时他本身也发射辐射，有时甚至发射的辐射会超过吸收的部分，因此，必须将大气的发射和吸收同时考虑。

3.3.9大部分大气辐射传输算法通过将大气分为很多层来计算辐射分布。

3.3.10天顶亮温一般低于海洋表面的温度，但是，如果大气比海表温度高，天顶亮温也可能高于海表温度。

3.3.11热红外波段大气校正的关键是估计以下三个参量：路径辐射、大气透过率和下行辐射通量。

3.3.12为了描述辐射微粒的红外吸收，需要考虑某一单独谱线的光谱吸收系数的变化。

3.3.13实际大气中包含许多不同的气体吸收，可以看作是很多层。

3.3.14天顶亮温一般低于海洋表面的温度，但是，如果大气比海表温度高，天顶亮温也可能高于海表温度。

3.3.15对于一个简单的热红外波段传感器，大气校正需要精确获得大气温度和水蒸气的垂直和水平分布。

3.3.16大气校正算法中最困难的部分就是由影像来估计大气参数，可以采用分裂窗办法来避开这个问题。

 

4.1

4.1.1微波在海洋遥感中占有非常重要的地位，是海表许多重要参数和现象的观测手段。

4.1.2微波遥感是利用波长范围为1mm-1m的微波波段进行遥感。

4.1.3微波的特性使得微波遥感可以不受天气的制约进行全天候全天时的观测。

4.1.4使用飞机和卫星上的微波遥感器进行观测时，由于微波要穿过位于遥感器和目标之间的大气，所以会与大气层中的物质发生复杂的相互作用。结果引起衰减。

4.1.5由于大气分子的吸收和散射的影响，微波的长度与传输距离呈指数关系衰减。

4.1.6大气对微波的衰减作用的程度与大气成分及其物理性质有关，还与电磁波波长有关。

4.1.7一般来说，电磁波的波长越短，大气衰减作用越显著。

4.1.8大气对微波的衰减主要由于大气中的水分子和氧气对微波的吸收，大气微粒对微波的散射造成的。

4.1.9大气吸收的主要因素是氧分子和水蒸气，所以通过认真选择频率就可以避免一定程度的衰减。

4.1.10大气中粒子引起的散射，最明显的就是雨滴引起的散射。

4.1.11衰减随着降雨强度的增大而增大。对于相同的降雨强度来说，衰减随频率的增高而变大。

4.1.12云层对微波在大气中的传播除了产生吸收和散射效应之外，云层本身也会发射出微波辐射从而呈现为亮度温度。

4.1.13根据热辐射原理，地球表面除辐射可见光、红外线以外，也辐射微弱的微波。微波辐射和红外辐射都是热辐射，只是物质内部的运动状态不同。

4.1.14一般认为，影响海水的发射亮温的原因主要有两个：其一为海面粗糙度。其二为泡沫。当风速较低时海面粗糙度对发射亮温的影响是主要的，而泡沫的影响是次要的。当风速较高时，泡沫对发射亮温的影响是主要的。

 

4.1.15在两个均匀介质的分界面上，当电磁波从一个介质中射入时，会在分界面上产生散射，这种散射叫做表面散射。在地表及海面等面上产生的微波散射就是表面散射。

4.1.16表面散射的强度随介质表面的负介电常数的增加而增大，其散射角特性由表面的粗糙度决定。

4.1.17在表面散射中，散射面的粗糙度是非常重要的，所以在不是镜面的情况下必须使用能够计算的量来衡量。

4.1.18当电磁波通过某一界面，从一个介质进入到另一个介质中时，在介质内部产生的散射叫做体散射。

4.1.19在有衰减的介质内，电磁波随距离按指数函数衰减。

4.1.20体散射的强度与介质体内的不连续性和介质密度的不均匀性成正比。

 

4.2

4.2.1在微波波段，大气衰减主要是由于氧气和水气这两种气体对微波的吸收，大气微粒对微波的散射造成的。对于有云天气和降雨天气，还要考虑云和降雨的衰减作用。

4.2.2对于波长相对较长的微波波段，由于微波的波长相对大气分子的尺度要大得多，因此微波在大气和非降水云中传播时，满足瑞利散射规律。

4.2.3对于波长相对较短的微波波段，大气中的微粒对电磁波的散射作用不可忽视，当微粒直径比波长大时，散射作用用米氏散射来估计，即其散射截面与波长的n次方成反比。

4.2.4根据分子微波波谱学的理论，气体分子对微波的吸收和发射主要是分子转动能级之间跃迁的结果，其谱线结构比红外振转光谱简单的多。

 

4.3

4.3.1天线是把高频电流转换成无线电波，或把无线电波转换为高频电流的变换器。它主要用来发射和接收无线电波。

4.3.2发射期间天线的特定功能是将辐射能集中到具有某种形状的定向波束内，以照射指定方向的目标。

4.3.3接收期间天线收集目标反射的回波信号能量，并将其送往接收机。

4.3.4因此，在以发射方式和接收方式工作时，雷达天线起到互易的作用。

4.3.5在两种方式中，天线的主要作用是精确确定目标的方向角，为了实现这个目标，波束必须是高度定向的。从而不仅达到所需的角精度，而且能够分辨相互靠近的目标。

4.3.6天线增益：天线增益表示为某一天线与标准天线都得到同样功率时，在同一方向上的功率密度之比。天线增益是描述一个天线将能量聚集于一个窄的角度范围的能力的一个量。天线增益有两个不同却相关的定义，即方向增益和功率增益。

4.3.7方向性增益指最大辐射强度与平均辐射强度之比。

 

4.4

4.4.1暴露在电磁波的物体将入射能量向各个方向散开。这种能量的空间分布称为散射。

 

4.5

4.5.1合成孔径雷达是一种脉冲-多普勒雷达。

4.5.2合成孔径雷达图像主要记录的是雷达回波强度。

4.5.3合成孔径雷达的优势是全天候、全天时和高分辨率的观测。

4.5.4多普勒效应在遥感中用于观察目标的运动，也是合成孔径成像雷达的基本物理效应，以获得分辨率非常高的图像。遥感中最常用的多普勒效应就是机载微波雷达。

4.5.5雷达的距离分辨率指雷达在地面能够分辨的最小距离。

4.5.6合成孔径雷达的特点是：在距离上与真实孔径雷达相同，采用脉冲压缩来实现高分辨率，在方位上则采用合成孔径原理来改善分辨率。对位置变化时接收到的含相位的信号进行记录和处理,就可以得到比采用实际天线更长的假设的天线长度进行观测的同样的效果。

4.5.7由于方位项的分辨率与距离无关，所以从卫星的高度上也可以获得一个高分辨率的卫星图像。

4.5.8海面的SAR图像为三动和两类波作用的结果，

三动：

1. 海面无时无刻不处于运动当中，其运动是非惯性，非线性的。
2. SAR传感器本身运动，其运动是形成合成孔径的条件。
3. SAR平台处于运动之中。

两类波：

两类波指运动中的电磁波和海面波浪。

5.1

5.1.1海洋卫星探测的特点如下：

1.全天候，全天时探测。

2.半球或全球探测。

3.长期不断监测。

4.定性定量探测。

5.轨道定位精度高。

6.海洋水色探测器接收的是离水辐射率。

7.探测海洋水色要素，需要细分波段。

8.探测器配套性好。

5.1.2世界海洋遥感卫星包括三大类：海洋水色卫星、海洋地形卫星和海洋动力环境卫星。

5.1.3海洋水色卫星是通过星上装载的遥感设备对海洋水色要素进行探测。

5.1.4海洋水色卫星的特点：

1. 轨道
2. 卫星平台
3. 探测器

6.1

6.1.1卫星遥感器根据不同的标准和目的有不同的分类，根据所使用的光谱范围不同可以分成光学传感器、微波传感器和激光传感器。

6.1.2从可见光到红外区的光学领域的遥感器统称为光学遥感器，微波领域的遥感器统称为微波遥感器。

6.1.3传感器根据其工作方式可分为被动式传感器和主动式传感器。

6.1.4被动式传感器是一种收集太阳光的反射和目标物的辐射的电磁波的遥感方式。

6.1.5主动式传感器是向目标物发射电磁波，然后收集目标物反射回的电磁波的遥感方式。

 

6.2

6.2.1光学遥感器是海洋遥感的一类重要的传感器，因其使用的波段为可见光和红外波段，所以光学传感器包含可见光传感器和红外传感器两类。

6.2.2光学传感器中获取的信息最重要的有3个，即：光谱特性、辐射度量特性和几何特性，这些特性决定了传感器的性能。

6.2.3MODIS中分辨率成像光谱仪。MODIS是Aqua卫星的6个主要载荷之一。是Terra卫星的五个主要载荷之一。MODIS是一个带有490个探测器，36个光谱波段的被动成像光谱辐射计。

6.2.4MODIS是新一代的光学遥感仪器，其主要优点有：1.高精度观测2.可以多频次和宏观观测3.多光谱和高光谱波段同时观测4.用途广泛。