第13章 水体和海洋遥感.ppt

重庆交通大学 第十三章水体和海洋遥感 ——王力、李朝艳 第十三章 水体和海洋遥感 §13.1概况 §13.2水体遥感原理 §13.3海洋卫星及遥感器 §13.1概况 §13.1概况 地球表面面积100 地表开放水体74 全球海洋面积71 §13.1概况 海洋是人类最大的资源宝库。 它蕴藏极为丰富的矿物资源、生物、化学资源和能源， 尤其在人口增长,陆上资源大量消耗的情况下,海洋将日益成为人类获得食品、能源、原材料的基地。 §13.1概况 研究全球环境,不能脱离了占全球面积71%的海洋。 遥感能提供大尺度、动态的观测，且不受地理位置、天气和认为条件限制，恰好适用于对茫茫大海的观测。 遥感是研究海洋最重要的探测手段之一，所以美国、前苏联、欧洲空间局、日本、加拿大等均先后发射了海洋卫星，我国也发射了自己的海洋卫星。 § 13.2水体遥感原理 13.2.1水体光谱特征 1.水体界限的确定 2.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系 3.水体光谱特征与悬浮泥沙含量的关系 4.水体光谱特征与水深的关系 5.水体光谱特征与水温的关系 6.水体光谱特征与水体污染物的关系 13.2.2水体的微波辐射特征 13.2.1水体光谱特征 对水体来说，水的光谱特征主要是由水本身的物质组成决定，同时又受到各种水状态的影响。 13.2.1水体光谱特征 图13.2反映了水的光谱递减规律，由于水在红外波段的强吸收，水体的光学特征集中表现在可见光在水体中的辐射传输过程。它包括界面的反射、折射、吸收、水中悬浮物质的多次散射（体散射特征）等。 这些过程及水体“最终”表现出的光谱特征又是由以下因素决定的：水面的入射辐射、水的光学性质、表面粗糙度、日照角度与观测角度、气-水界面的相对折射率以及在某些情况下还涉及水底反射等。 13.2.1水体光谱特征 13.2.1水体光谱特征 L(接收)=Lw(水中光)+Ls水面反射光)+Lp(天空散射光) 它们是波长、高度、入射角、观测角的函数 其中前两部分包含有水的信息，因而可以通过高空遥感手段探测水中光和水面反射光，以获取水色、水温、水面形态等信息，并由此推测有关浮游生物、浑浊水、污水等的质量和数量以及水面风、浪等有关信息。 13.2.1水体光谱特征 说明1：上述的水体的散射和反射主要出现在一定深度的水体中，称之为“体散射”。 水体的光谱特性主要是通过透射率,而不仅是通过表面特征确定的，它包含了一定深度水体的信息，且这个深度及反映的光谱特性是随时空而变化的。 水色(水体的光谱特性)主要决定于水体中浮游生物含量(叶绿素浓度)、悬浮泥沙含量（混浊度）、营养盐含量（黄色物质、溶解有机物质、盐度指标）以及其他污染物、底部形态（水下地形）、水深等因素。 13.2.1水体光谱特征 大量研究表明,叶绿素、悬浮泥沙等主要水色要素的垂直分布并非均匀的(见图13.4)。 水体中的水分子和细小悬浮质(粒径波长)造成大部分短波光的瑞利散射(散射系数与波长的4次方成反比,波长越短,散射越强)，因此较清的水或深水体呈蓝或蓝绿色(清水光的最大透射率出现在0.45～0.55 μm，其峰值波长约为0.48 μm。 13.2.1水体光谱特征 说明2：离开水面的辐射部分(即水中光经折射出水面的部分)，除了水中散射的向上部分外，还包含在日光激励下水中叶绿素经光合作用所发出的的荧光。 13.2.1水体光谱特征 说明3：水面入射光谱中，仅有可见光（0.4～0.76 μm才透射入水，其他波段的入射光或被大气吸收或被水体表面吸收，如图13.5所示。 该图中还显示蓝光(0.4～0.5 μm)水的透射性最好，对于清洁水可达几十米。 13.2.1水体光谱特征 13.2.1水体光谱特征 1.水体界限的确定 2.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系 3.水体光谱特征与悬浮泥沙含量的关系 4.水体光谱特征与水深的关系 5.水体光谱特征与水温的关系 6.水体光谱特征与水体污染物的关系 1.水体界限的确定 在可见光范围内,水体的反射率总体上比较低,不超过10%，一般为4%～5%,并随波长的增大逐渐降低,到0.6 μm处约2%～3%，过了0.75 μm，水体几乎成为全吸收体。因此，在近红外的遥感影像上，清澈的水体呈黑色。为区分水陆界线，确定地面上有无水体覆盖，应选择近红外波段影像。 2.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系 水中叶绿素浓度是浮游生物分布的指标,是衡量水体初级生产力(水生植物的生物量)和富营养化作用的最基本的指标。它与水体光谱响应间关系的研究是十分重要的。 当然，这种指示作用的有效性海域还与浮游植物光合作用的环境因素(如营养盐、温度、透明度等)以及叶绿素含量变化的制约条件有关。 2.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系 一般说来，随着叶绿索含量的不同，在0.43～0.70μ