卫星遥感业务系统海表温度误差控制方法

提高卫星遥感海表温度的反演精度是各种反演模型追求的目标,也是遥感系统业务化应用的关键.据相关文献报道,在晴空无云的条件下遥感海表温度的精度达到了0.5℃,但考虑到影响海表温度反演精度的多种因素,在遥感业务系统真正实现SST精度在1℃以内是非常困难的.在北太平洋渔场速报制作系统中,对遥感海表温度与船测温度误差统计显示均方根误差达到5.71℃,匹配点误差分布显示存在大量较大的负误差值,最大的为-17.2℃,遥感温度图也反映出存在片状温度低值区,这些区域很可能被错误地当作冷涡或冷锋区,严重干扰渔情分析,这些异常的温度误差很难通过海表温度反演模式和云检测技术来消除.采用一种标准海表温度参考图用于温度误差控制技术,可有效地检测温度反演异常值,将均方根值从5.71℃降低到1.75℃,如果采用2℃阈值控制计算均方根值,则海表温度精度达到0.785℃.该方法基本消除了遥感海表温度的低值现象,明显提高了遥感海表温度的精度,并已成功地应用于北太平洋渔区的海况速报产品制作中.     

中国海洋卫星遥感应用进展

我国海洋遥感应用自20世纪70年代起步以来,取得了长足发展,构建了覆盖海洋水色、海洋动力和海洋监视监测的三大系列海洋卫星,并初步形成了具有优势互补的卫星海洋遥感业务化应用体系。本文回顾了我国海洋卫星遥感应用取得的重要进展,重点介绍了卫星遥感在海洋环境与资源监测、海洋灾害监测、海洋权益维护、海洋环境预报与安全保障等方面所构建的典型应用示范系统,以及开展的典型业务化监测应用。最后,文章对我国海洋卫星遥感应用下一步发展进行了展望分析。     

海洋遥感卫星发展历程与趋势展望

海洋是对地观测卫星的重要领域,在对地观测卫星中就具有专门用于海洋观测的海洋遥感卫星。海洋遥感卫星是一种利用所搭载的遥感器对海面进行光学或微波探测来获取有关海洋水色和海洋动力环境信息的卫星。海洋卫星有效弥补了传统海洋观测手段的不足,基于多种遥感器连续对海洋的观测,使人类极大的加深了对海洋的认识,在海洋灾害的防灾减灾、资源开发、海洋维权、海洋生态和环境保护等诸多领域发挥着重要作用。本文在详细梳理西方主要航天大国海洋遥感卫星(包括了对地观测卫星中具有海洋观测功能的卫星)的发展历程,在此基础上对未来海洋遥感卫星的发展趋势进行了论述,可为我国海洋遥感卫星的发展提供技术发展参考。     

中国海洋卫星遥感技术进展

新中国成立70年来,中国在海洋卫星遥感技术领域取得了丰硕成果。中国制定了长远的自主海洋卫星发展规划,构建了海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测三大系列的海洋卫星,逐步形成了以中国自主卫星为主导的海洋空间监测网,在中国海洋资源与环境监测、海洋防灾减灾、海洋安全管理等方面发挥了重要作用。本文回顾了中国在海洋水色、海洋微波(海洋动力环境)卫星遥感技术的发展历程,重点介绍了中国在海洋卫星遥感技术领域所取得的新成果,并对中国海洋卫星遥感技术的未来发展进行了展望。     

基于船舶走航拖曳观测的卫星遥感产品检验

利用船载多参数拖曳式剖面测量系统走航观测获取的台湾岛东南海域叶绿素a浓度连续剖面数据,开展了卫星遥感产品精度检验研究。研究表明,由MERIS反演的叶绿素a浓度产品的平均相对误差优于30%,拖曳剖面观测可为卫星遥感产品检验提供高质量的现场观测数据,而且与船舶、浮标及其他固定平台等传统定点观测方式相比具有明显的效率优势。     

利用卫星观测海面信息反演三维温度场

基于历史观测的温盐剖面资料,采用回归分析方法统计出海面温度异常、海面动力高度异常与温度剖面异常之间的相关关系;然后利用高分辨率的卫星遥感海表面温度(SST)和卫星观测海面高度(SSH)信息重构了三维海洋温度场。在台湾岛周边海域建立了时间分辨率为天、空间分辨率为0.25°×0.25°的三维温度分析场。通过与实测资料的比较分析,文章所构建的分析场能够较好地描述海洋三维温度场的结构特征,能够较为真实地反映海洋的中尺度变化过程。该分析场可以作为海洋数值模式的初始场,也可以作为伪观测同化到海洋数值再分析和预报系统中,进而改善三维温、盐、流的数值再分析和预报。     

北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析

卫星遥感是开展北极海域海面风场和海浪分布特征与变化规律研究的重要手段。本文基于在轨多源卫星遥感数据,从遥感观测空间覆盖、时间覆盖和多源卫星遥感数据融合等方面开展北极海域海面风场与海浪遥感观测能力分析,研究主要结果为:基于ASCAT和HY-2A散射计可实现北极海域海面风场遥感观测,通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于12 h和0.1°的海面风场遥感融合数据;基于HY-2A、CryoSat-2、SARAL和Sentinel-3高度计可实现北极海域海浪遥感观测,同样通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于1 d和0.25°的海浪有效波高遥感融合数据;基于2016年北极海面风场和海浪遥感融合数据,分析得出北极海域海面风场和海浪在2月处于极大值,然后逐渐减小,7月最小,随后开始逐渐增大。本研究表明,基于多源散射计和高度计遥感观测可实现北极海域海面风场和海浪的高时空分辨率遥感业务化监测。     

海雾卫星遥感监测研究进展

海雾导致能见度降低,给海上交通和海上作业造成极大威胁。卫星遥感是海雾监测不可或缺的重要技术手段。本文从海雾遥感监测的原理出发,首先介绍海雾的辐射特征和纹理特征,进而对近年来海雾遥感监测方面的研究进行回顾,包括海雾的识别探测研究和海雾物理特征量的反演研究,最后对海雾遥感监测中存在的一些问题进行了讨论。     

基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法

为了能够合理准确地描述海洋锋特征体系以及锋区本身的各种结构要素,提出了一种中国近海海洋锋分海区分析方法:首先,在对中国近海27条典型海洋锋的时空分布特征和季节演变系统归纳的基础上,基于多年卫星遥感海面温度数据锋面出现频率图,得出中国近海海区锋面系统划分方法;然后,利用日益更新的高时空分辨率卫星遥感海面温度数据,对各划分海区内海洋锋时空分布特征进行分析,调整纠正以往锋面系统分析的偏差或空缺,对中国近海锋面系统进行补充完善,为中国近海各锋面系统特征参数的规范化分析和准确的特征描述奠定基础。该方法对完善我国近海锋面系统研究具有长远的应用价值,对形成中远海及世界大洋海洋锋时空分布特征具有指导作用。     

An optical model for the remote sensing of coloured dissolved organic matter in coastal/ocean waters

An optical model is developed for the remote sensing of coloured dissolved organic matter (CDOM) in a wide range of waters within coastal and open ocean environments. The absorption of CDOM (denoted as a_g) is generally considered as an exponential form model, which has two important parameters – the slope S and absorption of CDOM at a reference wavelength a_g(λ₀). The empirical relationships for deriving these two parameters are established using in-situ bio-optical datasets. These relationships use the spectral remote sensing reflectance (R_rs) ratio at two wavelengths R_rs(670)/R_rs(490), which avoids the known atmospheric correction problems and is sensitive to CDOM absorption and chlorophyll in coastal/ocean waters. This ratio has tight relationships with a_g(412) and a_g(443) yielding correlation coefficients between 0.77 and 0.78. The new model, with the above parameterization applied to independent datasets (NOMAD SeaWiFS match-ups and Carder datasets), shows good retrievals of the a_g(λ) with regression slopes close to unity, little bias and low mean relative and root mean square errors. These statistical estimates improve significantly over other inversion models (e.g., Linear Matrix-LM and Garver-Siegel-Maritorena-GSM semi-analytical models) when applied to the same datasets. These results demonstrate a good performance of the proposed model in both coastal and open ocean waters, which has the potential to improve our knowledge of the biogeochemical cycles and processes in these domains.     

基于遥感的吕宋岛西北部海域灯光渔船空间分布及其与海洋涡的关系

利用2014年夜光遥感数据分析吕宋岛西北部海域（18°~22°N,117°~120°E）灯光渔船的聚集性分布特征,并结合遥感环境数据研究引起该海域渔船聚集的海洋环境机制。研究结果表明:（1）2014年研究区的渔船灯光主要出现在2-4月,其中,3月灯光像元数量最多（3 417个）,其次是4月（1 780个）和2月（573个）;（2）日灯光像元数量时间序列结果显示,渔船灯光集中出现在2月23日至3月8日（T1）,3月25日至4月7日（T2）,4月23日至4月27日（T3）3个时段,其中,T1期间,灯光像元在18.6°~20.1°N,117.9°~118.6°E（A区）聚集;T2期间,灯光像元在18.6°~20.1°N,117.9°~118.6°E（B区）聚集;（3）A区和B区两个灯光密集区叶绿素a浓度升高可能与起源于吕宋岛西北部的冷涡相关。     

卫星遥感监测人类活动所致海洋环境污染研究进展

随着沿海地区城市化及工业化快速发展,人类活动对近岸海洋造成了陆源、气源、海源三类源头污染,导致海洋环境质量下降。卫星遥感具有覆盖范围大、快速、准确的监测能力,是全球海洋环境动态监测与评价研究重要手段。从三种海洋环境污染源出发,辨析人类活动造成的不同种类污染及其监测指标,梳理国内外卫星遥感监测相关海洋环境污染研究,检视卫星遥感技术方法在这些海洋环境污染上的应用,发现（1）人类活动造成的海洋环境污染主要是海洋水质污染、海洋垃圾和微塑料、海洋大气污染沉降污染三种类型。（2）水质污染的遥感监测应用有效针对水质环境恶化、灾害的大面积沿海水质环境等常规现场监测方法无法满足的情况,而海洋垃圾与微塑料污染监测方法已经从遥感反演到机器学习,海洋大气污染沉降的遥感监测应用中需要更多大气污染参数以达到精确监测。（3）海洋环境污染卫星遥感监测仍然受到影像数据的分辨率限制,同时受海洋的立体性和流动性影响,因此未来研究应集中于立体化的海洋遥感探测技术,同时利用卫星、航空、船舶、岸基等多源、多时空的监测数据,将光学物理传感器与生物传感器相结合,构建海洋多源监测数据库,为政府及相关商业部门提供即时海洋管理依据,辅助完善海洋文明与海洋空间规划。     

海域使用格局卫星遥感监测与评价——以葫芦岛试验区为例

研究了海域使用类型遥感监测的分类系统,探索建立了各类海域使用类型的卫星遥感监测方法。在此基础上,以葫芦岛试验区为例,对该验区海域使用格局进行了卫星遥感监测与评价。结果表明:卫星遥感技术结合地理信息系统技术与全球定位系统技术可以较好地对海域使用空间格局进行监测和评价。葫芦岛试验区海域使用类型以工矿业用海和渔业用海为主,工矿业用海以大斑块的集中用海为主要特征,而渔业用海则以小斑块的分散用海为主。在海域使用空间格局上,葫芦岛区块海域以工矿业用海为主,兴城区块海域以工矿业和渔业用海为主,绥中区块海域则是以渔业用海为主,葫芦岛试验区海域使用空间格局具有明显的空间分异特征。     

空间变异对海洋叶绿素a质量浓度遥感产品精度验证的影响

海洋叶绿素a质量浓度遥感产品是海洋初级生产力与海洋生态系统固碳能力研究的重要数据源,为了保证数据的可靠性,对遥感产品进行精度验证以及验证误差的成因分析尤为重要.遥感产品的验证过程中,由于空间变异的存在,使得遥感像元尺度内的实测数据具有不同的离散程度和统计分布特征,并由此产生了不同的误差统计结果.本文选择MODIS-Aq...     

支持海洋遥感信息提取技术的可视化建模系统流程设计

根据海洋遥感信息提取可视化建模应用需求,以用户可视化模型建立及流程设计实现为目标,采用统一建模语言UML面向对象分析方法,设计海洋遥感信息提取可视化建模系统软件结构、用户需求用例(use case)结构、类(class)结构及流程图表示法,同时完成流程定义器、流程调度的设计和实现.结果表明,可视化用户建模系统可以使广大海洋用户在使用遥感数据时无须在数据预处理及转换工作上花费较多的时间,也不要学习很多遥感信息处理专业知识即可适应和使用组件式海洋遥感数据处理和信息提取通用软件,并且在该软件平台上进行他们的研究和应用开发工作.     

A simulation of radiation imagery for ocean color satellite

The ocean color satellite is mainly applied to measure the water constituents such as chlorophyll, suspended material and yellow substance. The leaving water radiance is very small part of the total radiance arrival at the sensor about 3%-15%,and depends on the properties of the orbit and sensor. Before the satellite is launched on the orbit, it needs to simulate the radiation imagery in order to evaluate the quality and availability of the satellite data.
If the parameters of satellite orbit, the properties of sensor as well as the characteristics of the atmosphere and water have been known, the radiation scattered by air molecule and aerosol, reflected solar radiation, water leaving and total radiation arriving at the sensor can be simulated by the models of radiation transfer in the atmosphere, air/water and subsurface water. In this paper, the mechanism, models and procedures of the radiation simulation are first discussed and employed to simulate a series of imageries for the Chinese satellites FY-lA, FY-1B, and ROCSAT-1 (Taiwan, China), and American satellite Ses STAR. Their results show that the solar irradiance arrived at water surface and the sun glitter mainly affect the quality and availability of satellite data, which depend on the orbit properties. Finally, some suggestions are proposed to improve the quality and availability of a:ean color satellite data.     

利用海面温度和海面动力高度反演西太平洋月平均温度场

海水三维温度场是海洋研究和海洋工程领域中最重要的数据资料之一。本研究基于量纲分析法获得海面参数和海水内部温度剖面之间的函数关系,进而提出了一种利用海面温度和海面动力高度反演大洋月平均三维温度场的方法。本研究基于该方法估算了西太平洋海域0～1 000 m深度范围月平均三维温度场,并将反演结果与基于Argo资料获得的三维温度场进行了比较,其结果证明了该方法的有效性。     

热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展

首次从云系形态识别、风场结构分析、云体温湿反演、时空运动匹配等4个崭新角度梳理归纳了热带气旋卫星遥感客观定位方法研究进展,分别介绍此4类方法的实现原理与过程,比较分析各种方法的优缺点与适用性。总结认为,上述方法虽大多仍处于探索研究阶段,但其优于传统人工目视判读定位法的诸多特点将使之成为发展应用的必然;同时综合比较指出,结合运动特征的混合智能算法将是热带气旋中心定位的未来方向;此外建立集成多种资料和算法的热带气旋综合客观定位系统,也有利于提高热带气旋中心定位的稳健性和准确率。     

海洋表层温度剖面数值模拟

遥感测量海水表面温度(SST)需用海表面以下实测温度资料加以校正,由于长时间大范围进行海洋表层海水垂向温度剖面野外观测非常困难,建立经有限资料验证的数值模型十分重要。文章基于美国加利福尼亚湾3组船载光学实验的气象及海温资料,考虑太阳热辐射作用与海表面冷温层效应,建立了一个海表下20m深度范围内水温剖面演变的数值模型。通过冷温层计算合理加密了表层网格,使数值模型更准确地估计海表散热作用。计算结果与野外实测海温资料对比显示,海表剖面测试仪(SkinDeEP)未能准确定位和捕捉海表冷温层,实验方法有待改进。整合模型能准确描述海温剖面的演变趋势,在近海表20cm深度内,特别是与遥感SST相关的近海表1cm深度内,模拟结果优于无本皮肤层模型的计算结果。     

Investigating internal waves east of the Hainan Island using optical satellite remote sensing data

Marginal water of east Hainan Island was an area that internal waves occurred frequently, however, few studies was found and mechanism for internal waves formation was unclear. In the paper, China Brazil earth Resources Satellite data (CBERS) was used to detect and calculate distribution, direction, wavelength and amplitude of internal waves in marginal water of east Hainan Island and the mechanism of internal waves formation was also analyzed, results showed that direction of internal wave was off shoreward and wavelength was about 150-200m . The mechanism for internal wave’s formation can be postulated as by upwelling or tide tracing back.