水體與海洋遙感

2021-10-02 12:06:50 字數 2112 閱讀 2541

水體的光譜特徵:對於水體來說,其光譜特徵主要是由水本身物質組成對光譜吸收和散射性質決定的,同時又受到各種水狀態的影響。在可見光波段0.6um之前,水的吸收少,反射率低,大量透射。其中水面反射率約為5%,並隨著太陽高度角的變化呈3%-10%不等的變化;水體可見光反射包括水表面反射、水體底部物質反射及水中懸浮物質的反射共三個方面的貢獻。對於清水,在藍綠光波段的反射率為4%-5%,波長0.6um以下的紅光反射率降到2%-3%,在近紅外-短波紅外部分幾乎吸收全部的入射能量,因此水體在這兩個波段的反射能量很小。這一特徵與植被和土壤形成十分明顯的差異,因而在紅外波段識別水體是較容易的。

水體的微波輻射特徵

水體的微波輻射特徵主要取決於兩個主要因素:海面及一定深度的復介電常數和海面粗超度。

1.平靜海面:海面無風或者風速很小,可用物理光學理論處理,當水面粗超度較微波波長小得多時,可視為平坦表面,以鏡面反射為主。

2.風浪表面:海面有波浪而成為乙個隨機起伏的粗糙面。此時電磁波在介面上產生複雜多變的多次散射和反射,散射回波增強。同時,大風浪海面往往伴有泡沐帶(含大量氣泡和水滴)。它的特徵除與輻射亮度溫度有關外,還與海浪譜、海面風浪有關。

3.汙染海面:一般指油汙染等形成的兩層介質,引起亮度溫度的顯著差異。油膜使海面趨於平滑,減弱回波強度,而呈黑色。

4.凍結海面:海面有海冰、冰山等,由於冰雪的介電常數較水體小,引起亮度溫度的明顯差異。

水體光譜特徵與懸浮泥沙含量的關係:隨著水中懸浮泥沙濃度的增加,即水的渾濁度的增加,水體在整個可見光譜段的反射亮度增加,水體由暗變得越來越亮,同時反射峰值波長向長波方向移動,即從藍到綠到更長波段的移動,且移動峰值本身形態變得更寬。清水在0.75um處反射率接近於零,而含泥沙的渾濁水至0.93um處反射率才接近於零。

海洋遙感的特點

1.大尺度、同步覆蓋。由於海洋現象範圍大、幅度大、變速快,因而海洋遙感需航天高平台的巨集觀大尺度、短週期同步觀察。

2.在海洋遙感中,海洋向上反射的能量僅是陸地的5%-10%,且動態範圍很小。海洋的光譜特徵差異小,並受干擾因素大,因此要獲得海洋環境的光學資訊,其光學遙感器必須具有:

較高的的訊雜比和資料量化等級,以保證資料精度;

較窄的光譜譜段,以捕捉有指示意義的特徵波段;

較大的瞬時視場角,以保證有足夠的接收能量,因而其空間解析度較低;

3.在衛星遙感中,由於水體向上的反射輻射能太低,衛星探測器所接收的輻射能量中85%來自大氣的干擾,即大氣程輻射選大於離水反射輻射,因此對水體(海洋)遙感而言,排除大氣的干擾尤為重要。

4.海洋微波遙感。一方面,海洋的光譜特徵查一下小,且大氣干擾大,使海洋光學遙感受到很大限制,需要具有穿雲透霧能力的微波,來獲取全天時、全天候的海洋資訊;另一方面,海洋光學遙感對海面形態等海況研究已經顯得無能為力,需要能提供大量海溫、海水含鹽度、海面形態結構等資訊的海洋微波遙感,

5.海洋有一定的深度。海水對可見光波段具有一定的透明度,但微波在水中急速衰減,微波穿透海水的深度也僅有厘公尺級,這對海洋遙感顯然是不夠的,必須開拓新的探測途徑。

6.海洋遙感需要海洋調查船、海洋浮標、海洋潛水器等海洋實測資料的支援,以作為海洋遙感探測器標定的依據。

合成孔徑雷達sar的主要應用

1.海洋動力環境研究。

2.淺海水下地形和水深測繪。

3.海洋油膜汙染等監測。

4.海岸帶及陸地環境監測。

雷達高度計:是不成像主動微波遙感器。它通過測量儀向星下點發射脈衝經海面回波反射後的往返時間,可測得衛星平台至星下點海面的垂直距離,推導海面大地水準面與海面形態此引數等。

雷達散射計:雷達散射計是不成像主動式(斜視觀測)微波遙感器,主要測量海面風場的風速與風向,它是根據風生成的浪和粗糙海面對對雷達訊號的後向散射回波訊號來估算的。也就是,把微波散射與波浪發展兩個物理過程結合起來。一般說來,後向散射強度隨風速的增加而增加,並與波速方向與風向的交角。

微波輻射計:微波輻射計是成像被動式微波遙感器,它接收的是地球表面的物質在微波波段的熱輻射亮度。通過測量由海面發射的熱輻射溫度來反演海面溫度、繪製等溫線圖、研究溫度場、海冰、流冰的分布等。

***以上內容參考《遙感應用分析與原理》趙英時 第二版

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