可见光波段海面目标物的光谱对比度──Ⅰ．理论基础

对海面目标物的目视观察，其能见距离与观测方向、海面背景光谱辐射、目标物固有光谱辐射和大气分子及气溶胶的光学参数等因素有密切关系。本文从理论上分析各种因素的影响，特别是研究了海面背景辐射对目标物光谱对比度的作用。推导出不同观测方向下目标物光谱对比度的计算公式。作为例子，给出海面上黑色物体的光谱对比度公式，也给出海面目标“被隐蔽”的条件。     

海洋条件下目标-背景对比度计算分析

推导了海洋条件下目标-背景对比度的计算公式,根据辐射传输方程,采用Eddington近似方法求解,建立了海洋条件下目标-背景对比度的表达公式。计算并分析了太阳高度、观测者角度、海水体衰减系数及目标所处深度对目标-背景对比度的影响。文中得出如下结论:垂直方向侦查时,太阳高度角在40°左右条件下的目标-背景对比度最大,最容易侦查到水下目标;目标-背景对比度随目标所在深度增大而减小,随海洋体衰减系数的增加而降低;太阳高度角为90°、观测者天顶角余弦在0.8~0.9范围时的目标-背景对比度存在较大尖峰值。研究结果为光学探测水下目标及水下航行器反光学探测提供理论支撑。     

辽东湾海区航空红外测温中的大气修正

本文从红外辐射测量的原理出发，推导出了测量仪器在机上接到的光谱辐射能量与海面的光谱辐射能量和大气的光谱辐射能量之间的关系式。     

一维综合孔径微波辐射计遥感海面温度的敏感性分析

一维综合孔径微波辐射计能够有效提高观测的空间分辨率，其观测入射角通常在0°~55°范围内变化。为了开发适用于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演算法，需要评估其观测亮温对海洋大气环境要素的敏感性。利用海面发射率模型和大气辐射传输模型，构建了适用于一维综合孔径微波辐射计的微波海洋大气辐射传输模式，研究了C波段垂直和水平极化微波辐射亮温在不同入射角下对海洋大气环境要素的敏感性变化情况，并定量计算了相应的敏感系数。结果表明:垂直和水平极化亮温对海洋大气环境要素的敏感性表现出不同的特性。随着入射角的增大，垂直极化亮温对海面温度的敏感性增强，对海面风场的敏感性相对减弱；水平极化亮温则相反。由大气水汽含量和云液态水含量误差引入的垂直和水平极化亮温误差随入射角增大而增大，但是，即使在55°的大入射角下垂直和水平极化亮温误差仍小于0.12 K。对于海面温度反演精度优于1 K的要求，一维综合孔径微波辐射计的测温精度需优于0.6 K。研究结果对于一维综合孔径微波辐射计海面温度反演算法的研究和载荷设计具有一定的理论指导意义。     

基于Aquarius数据的粗糙海面L波段辐射模型研究

Aquarius是NASA于2011年6月发射的基于主被动遥感技术的盐度观测卫星,其主要载荷是一个工作于L波段的微波辐射计。Aquarius天线三波束扫描刈幅可达390km,在7d内完成对全球海域的盐度观测。海面风浪导致海面粗糙度的变化,进而影响海面微波辐射特性。粗糙海面辐射亮温是盐度信息提取的重要误差源,需要发展相应的海面辐射模型进行修正。本文利用Aquarius观测的海表亮温数据,与扫描微波辐射计WindSat测量数据进行时空匹配,建立了一个描述粗糙海面L波段辐射特性的参数化模型,进而利用该模型进行了海表盐度反演,并将反演结果与Argo实测盐度数据进行了比较。结果表明,本文发天展的参数化模型可以准确描述中低风速条件下的粗糙海面辐射,在12m/s以上高风速条件下对粗糙海面亮温存在高估;采用此模型反演的盐度误差优于0.5,在高风速条件下盐度反演误差可超过1。     

北黄海春季海面太阳辐射船基观测与分析

利用"中国近海海洋综合调查与评价"2007年北黄海春季航次的资料,综合分析了短波、长波辐射及海面短波、长波反射辐射特征及与云量、气温、水汽压、海面红外温度等的对应关系。结果显示海面太阳入射辐射远大于海面反射辐射,二者相差约1个量级;海面长波辐射总体上大于大气逆辐射,二者相差约40 W/m2,平均净辐射为153.1 W/m2。观测期间大气透射率约为0.45,并据此分析探讨了云对太阳辐射传输的影响,建立了考虑总云量、低云量及水汽压等因素的海面太阳短波辐射经验估算公式,计算结果与实测结果具有较好一致性,均方根误差为11.3 W/m2。最后讨论了太阳辐射船基观测由于船体晃动可能造成的误差影响。     

外定标中海面参数对发射率影响研究

星载微波辐射计外定标的关键问题是通过辐射传输方程计算天线入瞳处亮温。根据辐射传输方程,海面成份对亮温的影响包括海面的微波辐射和对下行大气辐射的反射,其中的关键参数分别为海面发射率ep和海表面反射率R。文中对平静海面Fresnel反射率模式和粗糙海面反射率模式进行了研究分析,在此基础上着重研究了海面温度TS、海面盐度SS、海面风速W、以及观测角度θ等物理参数对海面发射率ep的影响,进而分析了这些物理参数的测量误差对亮温的计算精度的影响。     

环境参数对L波段盐度计观测亮温的影响研究

星载海洋盐度计依据海表面盐度在微波波段的辐射特性,通过构建海面微波辐射探测器,利用海面辐射亮温、海表面粗糙度以及海面温度等信息反演得到海表面盐度,是实现全球海洋盐度观测的有效手段。构建合理的星载L波段盐度计辐射传输正演模型是准确定量反演海表盐度的基础,卫星盐度计观测亮温不仅与卫星固有参数有关,还与海洋、大气及空间因素密切相关。为了研究外界环境因素(海表盐度、温度、海面风场、海面气压、海表气温、大气水汽含量、降雨以及法拉第旋转角等)对盐度计观测亮温的影响,文中基于L波段盐度计辐射传输正演模型以及MPM93大气毫米波传播模型,通过敏感性分析,研究星载盐度计在不同环境条件下的参数敏感性,为减小外界因素对海表盐度反演精度的不利影响提供理论依据。     

海面油溢航空遥感监测方法研究——波谱特性及实验结果分析

本文总结了1979-1982年期间在海面油溢波谱特性和航空遥感监测方法的研究方面所取得的主要成果.遥感实验中,使用多光谱航空像机、闭路电视系统、红外扫描仪和成像微波辐射计等传感器,对海面油膜的实时发现、成像记录、面积计算、污染源的判断和油膜扩散过程的观测等课题进行了研究,获得初步成果.航空遥感资料还被用于评价局部海区海面漂油状况,亦获得较好效果.文中还提出在此领域内待解决的问题.     

南海季风试验期间海面低层大气过程的初步数值模拟试验

采用一维高分辨率大气边界层模式(OSUPBL),模拟了南海海面低层大气,得到高分辨率的海面低层大气的各种气象要素及界面通量和能量平衡关系,并将模拟结果和南海季风试验(SCSMEX)观测结果和日本气象厅(JMA)再分析资料进行对比分析.结果指出,OSUPBL模式模拟得到的海面大气边界层的风速、温、湿垂直廓线,大气边界层高度以及海表面短波辐射、长波辐射、感热、潜热通量、净辐射和海面热收支等与实际观测结果基本一致.     

设计波方向函数的研究

本文给出了海面各方位海浪运动的能量分布与波高出现概率,及其长期分布律的统计分析方法,并对我国沿海海浪观测资料进行了分析计算,得到了工程上实用的有关设计波方向函数的资料。     

具有泡沫白帽的粗糙海面的后向散射

本文用迭代法求解离散球形粒子的矢量辐射传输方程和随机粗糙界面的边界条件,得到了强风驱使下产生泡沫白帽散射粒子的双尺度随机粗糙海面模型的后向散射.利用修正的Cox和Munk的海面大尺度起伏概率密度函数和Pierson的海面波高谱,得到了后向散射的数值结果,定量地给出了后向散射和风场大小、方向、视角、极化等特征参数之间的函数关系,并与实验数据进行了很好的比较和讨论.     

太平洋海面粗糙度的计算及波长的提取

海面粗糙度对于海洋工程和海洋军事非常重要,但是海面粗糙度的现场观测资料非常少,波长更难观测。本文利用TOPEX高度计风速资料,实现了对海面粗糙度的反演。给出了一种提取波长的方法,通过验证表明利用该方法得到的波长精度较高。     

适合我国青海湖环境的全自动水文气象浮标系统

对青海湖水文气象自动观测浮标系统的背景作了简要说明，详细地介绍了该系统的总体性能指标。总结了在青海湖特定环境条件下工作的浮标系统必须解决的两项关键技术问题，给出了2000年和2001年两次青海湖现场运行过程中的部分观测数据。展望了改进后的浮标系统，用于江河湖海水文气象参数的长期连续自动观测、用于遥感卫星海上辐射校正场的广阔前景。     

海面风的特征分析

作者利用在渤海进行的不同时距的平均风速观测值,经统计分析求得1秒、2分和10分钟平均风速间的线性关系。同时根据风速梯度观测值给出风速指数廓线的指数值,并且给定风速对数廓线的特征值:海面摩擦速度和海面粗糙度。此外,作者还提出了海面风应力的经验公式。     

基于极化特征SERD的SAR溢油检测

与单极化SAR(Synthetic Aperture Radar)相比,全极化SAR图像中不仅包含散射目标的几何特征和后向散射特征,还包含散射目标的极化特征。因此,基于极化特征的SAR图像分类能够更全面地描述海面目标的物理特性。单次反射特征值相对差异度(Single Bounce Eigenvalue Relative Difference,SERD)能够比较单次散射机制的相对大小,并且可以反映散射表面的粗糙度情况。而海面油膜的存在抑制了海面的短重力波和毛细波,改变了海表面的粗糙度。基于此,本文将SERD应用到海面溢油检测中。利用两景Radarsat-2全极化SAR数据对比分析了SERD与极化散射熵的溢油检测效果,实验发现:(1)SERD能够较好地区分溢油与海水。(2)对原油而言,SERD的油水对比度与极化散射熵的油水对比度在数值上差异较小;对生物油膜而言,SERD的油水对比度在数值上远小于极化散射熵。利用这一特性,SERD在区分生物油膜与原油方面更具优势。     

海水层辐射校准技术研究

为提高光学资料的利用率，确保光学遥感信息的精确度，必须对卫星获得的资料进行辐射校准，本文着重阐述我们通过在我国典型海区实测获取与卫星同步的海面归一化离水辐射率，对实用的大气模型进行选择及参数修正的研究，对卫星遥感资料获得的海面离水辐射率进行校准，论文给出了研究的一些主要结果。     

渤海海冰中太阳辐射的光谱特征观测研究

通过采用多光谱仪器,对渤海营口港一带的近岸固定冰进行了3个站位11个谱段的入射辐射、反射辐射和透射辐射随时间变化过程的观测和研究。结果表明,发生在海冰中的反射辐射和透射辐射与入射太阳辐射的谱分布有明显差别,而且有显著的日变化。文章确立了入射辐射、反射辐射和透射辐射随时间的变化与太阳高度角的正弦成精确的线性关系,海冰的积分反照率与太阳高度角的正弦满足二次函数关系,可将不同时刻的观测值归算到正午时刻的辐射值,使不同时刻的观测结果具有可比性。计算结果表明,海冰只衰减特定强度的辐射,衰减量与入射辐射光谱分布以及辐射的强度无关,导致绿光的透射辐射最强。该文是对渤海海冰透射辐射的初步尝试,所获得的结果对未来大范围海冰光学观测打下了基础。     

基于视觉显著性的高分辨率遥感影像舰船检测

通过研究、分析现有基于遥感影像的舰船检测算法,提出了基于Itti视觉显著度模型改进的高分辨率遥感影像海面舰船检测方法,该方法利用海面舰船相对于海面背景信息视觉关注高的特点,参考视觉显著度模型计算原理,对高分辨率遥感影像中的颜色、亮度、方向、纹理等特征进行有效提取,然后利用归一化方法将不同特征融合,形成有利于舰船目标提取得视觉显著度图,最后对生成的视觉显著度图进行阈值分割和精细化处理获得最终的舰船检测结果。与传统舰船检测算法相比,本文算法能够有效检测复杂海面背景下的舰船目标,减少了单一特征变化对检测精度的影响,提高了检测准确率,具有较好的抗噪性和较强的鲁棒性。     

海面光谱辐射计系统研制及遥感反射比的测量

本文报道海面光谱辐射计的研制、定标和海上现场实验测量。运用一个 2 5 6元光电二极管列阵传感器件测量海面离水辐亮度和向下辐照度的光谱分布 ,可计算得出遥感反射比。该仪器所测量的数据可以用于海洋方面相关专业的科学研究 ,并给出海上实验测量数据