中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

基于南海北部海区浮游植物吸收光谱斜率变化的粒级结构反演

浮游植物的粒级结构是一个重要的生物参数。基于南海北部海区不同水体环境下测量的生物光学数据, 作者深入研究了粒级结构对浮游植物吸收光谱的影响。结果表明, 选择443和510nm波段计算得到的浮游植物光谱斜率S对粒级结构的变化具有较高的敏感性, 其随着小型浮游植物比例的增大呈不断增加的趋势。S与水体叶绿素a浓度、浮游植物吸收系数(aph(443))之间表现出明显的正相关特征。以40%为界对不同粒级浮游植物的优势进行定义, 发现在S与叶绿素a浓度、aph(443)的关系分布中小型(Micro)和微微型(Pico)浮游植物占据优势的水体表现出较为明显的分界, 叶绿素a浓度和aph(443)分别在0.70mg•m-3和0.05m-1附近, 相应的S在0.0004(m•nm)-1左右。基于实测数据建立的遥感反射率蓝绿波段比值与S之间的统计关系, 决定系数高达0.91, 为从水色遥感数据反演浮游植物粒级结构提供了重要手段。     

基于偏振原理的水面反射光的剥离

水面的镜面反射是影响水环境遥感的关键因素之一。通过分析气-水界面反射光的偏振特性,从多角度偏振遥感的角度,提出一种剥离水面反射光的方法,并通过室内实验进行了验证。将ASD光谱仪与线偏振片结合扩展成高光谱偏振传感器,获取不同观测天顶角时水面反射光的偏振光谱。结果表明,当探测角不满足布儒斯特角时,在偏振片的主消光方向能剥离绝大部分的水面反射光;当入射角越接近布儒斯特角,其剥离效果越佳;以布儒斯特角观测时,可以达到完全剥离的效果。即该方法能显著削弱、甚至完全剥离水面的反射光,直接获取离水辐亮度,对于提高水色遥感的精度有着重要的应用价值。     

赤潮灾害及应急措施

赤潮又叫红潮,是海洋表层红藻等浮游生物暴发性繁殖引起水色异常和水质恶化的一种现象。近海海域．藻类浮游生物因水质变化和养分提高而大量繁殖．在阳光照射下呈现大片红色。因主要生物种类不同,还可能出现褐色、黑色、黄色等。     

关于底质二向性反射分布函数

二向性反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function)是遥感技术发展到一定阶段的产物。在水色遥感领域,目前研究文献不是很多。本文综述了国内外湖体底质BRDF的研究现状,并指出了其仍待解决问题。     

The application of hyperspectral remote sensing to coast environment investigation

Requirements for monitoring the coastal zone environment are first summarized. Then the application of hyperspectral remote sensing to coast environment investigation is introduced, such as the classification of coast beaches and bottom matter, target recognition, mine detection, oil spill identification and ocean color remote sensing. Finally, what is needed to follow on in application of hyperspectral remote sensing to coast environment is recommended.     

The black water around the Changjiang (Yangtze) Estuary in the spring of 2003

The Changjiang (Yangtze) Estuary is located in the East China Sea shelf with shallow water. Affected by the tide mixing and the runoff of the Changjiang River and the Qiantang River, the turbidity is very high. Generally, the water-leaving radiance is high in the turbid water because of the large particle scattering. Based on the in-situ data and ocean color remote sensing data of SeaWiFS, it was found that there was a black water region with the normalized water-leaving radiances less than 0.5 mW/(cm2·μm2·...     

海洋水色遥感图像伪彩化方法的研究

分析了国内外有关信息伪彩化应用的研究现状后认为:海洋水色遥感图像的伪彩化应该是基于任务的,也只有基于任务的伪彩化才能保证伪彩化结果的准确性。基于任务的伪彩化要求必须从伪彩化相关的3个对象(信息、色彩与用户)所具有的特点出发,确定有针对性的伪彩化实现方案。在综合考虑了伪彩化3个对象的特点后,提出海洋水色遥感图像的伪彩化可以分3种方案进行伪彩化设计,每种方案都有自己的针对性、使用范围及局限性。方案1是针对对海洋信息作定量分析而提出来的,主要用于揭示海洋信息中的高频快变成分,同时兼顾揭示信息中的低频成分,被分析信息的波动幅度不大。方案2是针对对海洋信息作定性分析而提出的,不强求对信息量的准确量化,更多关心的是海洋信息相互间的关系,因此要求色标具有很高的信息表现力。方案3是方案1及方案2的补充,方案1具有定量能力,但总色差较小,对信息的解析能力有限,方案2虽然有较大的总色差,具有较好的解析能力,但只有定性能力,方案3将在保持局部区域的定量特点外,扩大整体的总色差。在伪彩化或可视化设计中,主要是关心数据信息中最引人注意的部分也即突出最重要的部分,在大多数情况下,用户对数据信息的低端及高端更感兴趣,这也是方案3中双反色调色板设计及使用的基础。3种方案的针对性设计将方便伪彩化在水色遥感信息分析中的准确、快捷使用。文章最后通过例子证明,在对海洋水色遥感信息的分析和研究中,选择3个方案中的1种或几种作适当的调整,海洋水色遥感信息可以得到较好的诠释。     

海洋涡旋遥感：进展与挑战

海洋涡旋数量大、分布广、含能高、裹挟强,是研究物质循环、能量级联和圈层耦合的理想载体。对涡旋的全生命周期追踪观测成为21世纪以来海洋遥感领域最重要的进展之一,并引发了新一轮涡旋研究的热潮。本文从涡旋的温度异常、物质示踪、旋转流场和闭合拓扑等特征出发,简述了红外辐射计、可见光扫描仪、微波高度计、合成孔径雷达等遥感技术在涡旋观测中的机理和方法,重点阐述了卫星高度计涡旋识别与追踪算法及其在涡旋形态学、运动学和动力学中的应用。基于虚拟星座下的多参数遥感,介绍了涡旋在海洋、大气、生态等交叉学科领域的前沿应用和最新进展。指出当前涡旋遥感发展面临的亚中尺度、垂直结构、跨学科研究等3大挑战,展望了新一代遥感技术在未来海洋科学特别是涡旋海洋学研究中的应用前景。     

渤海表层悬沙的时空分布特征及其动力成因

针对目前渤海整个海域悬浮泥沙分布全貌的研究不充分。根据2000—2004年渤海表层悬浮泥沙分布特征选取7个典型海区,通过利用长时间序列悬沙质量浓度和风场遥感反演资料,在分析悬沙质量浓度与局地风速、物质来源等关系的基础上,定量研究风浪和潮流共同作用下、随季节显著变化的沉积物再悬浮过程,从而揭示整个渤海海域代表性海区悬沙质量浓度时空分布的动力成因。渤海不同海区表层悬沙质量浓度绝对值差别很大,多年平均最高质量浓度在20~450mg/L变化,高质量浓度集中在近岸河口区及其邻近海域,如黄河口和辽河口地区,低质量浓度区位于渤海中部、渤海海峡以及秦皇岛外海(属于近岸海域却质量浓度常年偏低的特殊海区)。渤海表层悬沙质量浓度具有明显的季节变化特征,风场的季节变化是主要影响因子,各代表性海区悬沙质量浓度与风速之间具有显著正相关关系。悬沙质量浓度与风速之间存在一定时间段的滞后相关。沉积物再悬浮的定量研究表明,除渤海海峡外,渤海其它典型海区表层悬沙质量浓度及其季节变化,均与各自海区风浪和潮流共同作用产生的最大底流速及其季节变化相对应。在渤海,底层沉积物再悬浮的季节变化是影响悬沙质量浓度季节变化最关键的动力过程。