海洋声学遥感技术

海洋声学遙感(Ocean Acoustic Remote Sensing)是采用水声学方法监测和研究海洋现象的一项新兴科学技术。这些技术是研究海洋深处现象的最有效手段,能解决许多传统的监测方法所不能解决的问题,它将对海洋科     

海底热泉的探索

地球上有许多热泉和溫泉,但过去只知道陆地上的热泉和溫泉,对海洋中是否也存在着同样的热泉和溫泉却所知甚少。七十年代中期,由于深海测试技术的改进,应用诸如海底电视、深海钻探、大洋拖曳遙感仪器,采用设     

海洋观测预报业务多源异构数据与信息集成分析

海洋观测预报数据信息是地方经济建设和社会发展重要基础数据之一,由于其数据源与信息源分布于多个不同网络中,且存储与展示形式各异,一直难以被统一集成和很好地应用。从分析海洋观测预报业务数据源与信息源入手,应用目前成熟的网络技术和数据库技术,对海洋观测预报数据信息集成中的若干问题进行深入研究,从而提出并实践了从网络集成、数据集成、知识集成到应用集成的一整套海洋观测预报数据集成的技术框架和方法体系,继而开展基于多源异构数据与信息集成的海洋观测预报服务系统研究,为海洋观测预报数据信息集成的实践过程提供方法支持。     

海岸线自动提取方法研究

海岸线作为海洋与陆地区域的基准界线,实现其位置的自动提取具有重要意义。以无人机航摄影像构建的DOM、DEM产品为基础,结合影像拍摄的"历元"信息,实现瞬时水边线"四维"数据获取;引入"差分"思想,利用精密潮汐模型计算得出瞬时水边线与平均大潮高潮线的高差,综合二者数据最终得到海岸线在DEM模型中的高程值并自动提取。试验结果显示,该方法可以有效减弱模型自身的误差、避免潮汐模型和DEM模型基准不统一等问题,海岸线提取数据准确、完整且成果唯一,满足海洋测绘要求。     

遥感技术在我国海洋科研中的应用

(一) 近十几年来,遙感技术已经在美国、苏联、日本、加拿大等国的气象、农业、地质勘探、制图、海洋等各个领域取得了巨大的成功,获得了明显的经济收益。例如,美国估算海洋卫星可使渔业获利8—14亿美元;陆地卫     

基于合成孔径雷达影像的海洋溢油纹理特征参数分析

溢油已是当前海洋生态环境破坏的主要因素之一,因此对海洋溢油的检测分析是当前海洋环境保护的一个重要课题。传统的溢油提取仅仅是单独依靠光学影像的光谱信息或者合成孔径雷达(SAR)影像的后向散射系数信息进行提取,这会造成很多同谱异物或者粗糙度相近似的地物错分,因此除了利用传统的影像信息以外,还需结合影像的纹理信息,从而提高溢油提取的精度,减少错分地物的数量。选用2006年渤海地区的三景同轨SAR影像作为数据基础,应用基于灰度共生矩阵的方法对其进行纹理分析。该方法可以很好地对图像区域和表面进行感知并能够从像元的灰度相关性上对纹理特征进行详细描述,因此适合于SAR影像的海洋溢油检测。在纹理分析的过程中有很多的参数需要选择,参数选择的好坏将直接影响最终提取结果的精度。通过对纹理分析过程中的参数进行讨论、实验、选择与验证,最终确定了基于灰度共生矩阵纹理分析中各参数的值,并选择了局部平稳、非相似性、对比度、变化量4个特征量作为溢油提取的纹理特征统计量。将纹理特征与SAR自身的后向散射系数相结合,通过神经网络分类法对其进行分类,并计算出分类精度为80.65%,分类效果良好。由此说明了将影像的传统信息与纹理信息相结合进行溢油提取是一种可行而有效的方法,同时也为后续的海洋溢油检测工作奠定了一定的基础。     

HY-1C卫星CZI载荷的黄海绿潮提取研究

海洋一号C（HY-1C）卫星是中国首颗海洋水色业务卫星,其搭载的海岸带成像仪（CZI）在近海海洋环境监测中正发挥越来越重要的作用;随着搭载有相同传感器的HY-1D卫星发射,双星组网观测,可形成3天2次的高频次、大范围对海观测能力,在海洋漂浮藻类、海洋溢油等目标探测方面具备优异的效能。高空间分辨率光学数据中包含了丰富的海洋环境信息,给特定目标的识别提取带来一定干扰。本研究面向HY-1C卫星CZI载荷开展中国近海漂浮藻类识别提取的业务化应用需求,发展基于藻类缩放指数与虚拟基线高度融合的海洋漂浮藻类识别提取算法,算法优选适用于无短波红外波段国产数据的虚拟基线高度指数来增强藻类信号,通过藻类缩放指数滑动窗口运算,有效剔除高空间分辨率光学数据中的复杂干扰信息,实现了基于CZI数据的海洋漂浮藻类高精度提取,且具有较好的计算运行效率。此外,结合准同步高分卫星16 m多光谱数据,开展CZI数据含藻像元的不确定性分析,发现CZI数据反演结果对近海小斑块漂浮藻类存在不可忽视的高估现象。研究还指出,光学数据用于漂浮藻类监测,其不确定性不仅来源于传感器的空间分辨率差异,还与海洋漂浮藻类形态特征的空间分异性有关。明晰海洋漂浮藻类的形态学空间分异特征,将有助于提高光学数据反演结果的精度,并阐明不确定性。     

分布式网络环境下海洋大数据服务技术研究

海洋大数据具有分布式获取的特点和一体化应用的特性,分布式网络环境下海洋大数据服务技术是避免"信息壁垒、信息孤岛、重复建设"的重要途径。从海洋信息基础设施建设和需求导向的角度,论证了海洋数据共享与信息服务的辩证关系;提出了基于统一时空数字地球模型构建海洋大数据空间关联的空间抽象坐标参考基准的技术方法;解决了分布式网络环境下的海洋监测与调查数据标准化格式网络发布、海洋再分析产品数据主动推送,海洋业务数据定制等3项关键技术;实现了以"多中心、多节点"为特征的分布式网络环境下海洋大数据服务模式。结合我国数字海洋信息基础框架的专网环境下的实验,验证了其可行性并结合"智慧海洋"建设,提出了未来发展方向与研究重点。     

基于深度学习的西沙永乐群岛珊瑚礁遥感信息提取

珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫星(HY-1C)遥感数据,对西沙永乐群岛珊瑚礁信息进行了研究与分析,提出基于HY-1C遥感数据的珊瑚礁地貌分类体系。采用全卷积神经网络U-Net模型,依次通过下采样、上采样操作提取西沙永乐环礁地貌特征,实现原始影像的像素级语义分割。结果表明：基于HY-1C数据建立的地貌分类体系对活珊瑚覆盖及珊瑚生长发育条件具有指示作用,提出的基于U-Net模型的珊瑚岛礁地貌信息自动提取方法,能够为我国南海珊瑚岛礁生态系统的全自动、大范围监测和评价提供相应理论基础,在珊瑚礁生态管理与评价中发挥关键作用。精度验证结果表明：U-Net模型可以有效提取珊瑚礁地貌信息,采用的地貌信息提取方法具备时空泛化能力,泛化精度高于80%。     

人工智能辅助的海洋立体观测与探测

海洋立体观测与探测是获取海洋信息的重要手段,是海洋科学研究、环境保护、经济发展的基础。近年来海洋立体观测网络的快速发展带来了观测数据质量与数量的显著提升,进一步推动了海洋信息处理技术从“模型为主”逐步迈向“数据与模型双驱动”的新范式。在这一过程中,人工智能(AI)与海洋信息的交叉融通发挥了重要作用。从海洋立体观测和探测 2 个方面,讨论经典方法的局限性,回顾 AI 辅助下海洋物理场重建、水下目标检测与水下目标定位的研究新进展,重点阐述 AI 辅助的海洋立体观测与探测研究中亟需解决的关键科学问题及潜在的解决思路,并展望了该领域未来的发展方向。     

渤海湾海水光谱特性的数值分析

自然界各种物体，都有表征其自然属性的光谱特性。地物的光谱特性是遥感图象定性判读的依据之一，它作为一种遥感信息也直接用于定量测定和制图。 海水中悬浮物质的数量和性质影响海水的颜色和海水的光谱特性。反之，根据海水的光谱特性可以测定水中悬浮物质的数量和性质。1974年， S. D. Duntley首先从海洋叶绿素的光谱效应，提出根据海水的光谱反射率曲线，用卫星传感器测定水中叶绿素a 浓度的理论。1978年， R. W. Johnson 建立了航空遥感的光谱数据与沿岸带海洋叶绿素a 浓度之间的数学关系，并绘制了叶绿素a的分布图。1979年， R. W. Johnson建立了光谱数据与悬浮泥沙含量之间的数学关系，并绘制了悬浮泥沙的定量分布图，等等。本文的目的即是要建立一种方法，用国产101W光谱辐射计记录的遥感数据，计算海域悬浮泥沙、叶绿素a 浓度、水色等水质参数。 1980年5月16日至19日，由中国科学院组织，有中国科学院海洋研究所、国家海洋局第一海洋研究所、第二海洋研究所、交通部天津水运科学研究所、水利部天津水利科学研究所等单位参加，在天津塘沽的海河和蓟运河口进行津、渤地区第一次环境污染航空遥感监测联合试验。在此次试验中用机载101W光谱辐射计记录海水的光谱辐射曲线，作者以此计算海水的光谱反射率曲线，用逐次回归分析法建立海洋实测数据(悬浮泥沙、叶绿素a浓度、水色等)与海水光谱反射率数据之间的数学关系。实验基本是成功的，由回归方程计算的结果与海洋实测数据之间的相关系数约为0.7。如果对研究海域的每一个子域的辐射值作光谱扫瞄，作出定量的分布图也是可行的。     

长江河口悬浮泥沙向浙闽沿岸输运近期变化的遥感分析

利用2000~2015年Terra-MODIS(terra-moderate resolution imaging spectroradiometer,中等分辨率成像光谱仪)数据和2014年洪枯季现场数据建立泥沙反演模型,分析入长江河口泥沙大幅减少后河口表层悬沙向浙闽沿岸输运的时空变化和扩散形态。结果表明:(1)利用MODIS数据的二次型模型能够揭示长江口及邻近海域悬沙分布及输运特征,入海输运的长江口悬浮泥沙是浙闽沿岸连续悬浮泥沙带存在的物源;(2)受季风和沿岸流动力驱动,长江口悬沙向浙闽沿岸输运具有明显的季节性:春季,悬浮泥沙从长江口向浙闽沿岸呈条带状输运,春夏之交,南下的悬沙至温岭近岸海域出现中断现象;夏季,长江口大量悬沙滞留在长江口杭州湾近岸,仅有少量悬沙向南输运,泥沙带中断;秋季,10月下旬—11月中旬逐渐形成连续的近岸泥沙带;历冬至春,循环复始;(3)受近年来长江流域进入河口的泥沙减少影响,浙闽沿岸秋冬季连续的输沙带在春季提前断开,在秋季有推迟恢复的现象。本研究对于探究浙闽沿岸泥沙减少新格局,分析近海生态环境新变化具有重要意义。     

珠江河口悬浮泥沙遥感数据集

选择 1 995— 2 0 0 0年间NOAA系列卫星AVHRR遥感器获取的珠江口及其邻近海域可见光和近红外遥感数据 ,利用基于海面 遥感器光谱反射率斜率传递现象的悬浮泥沙遥感算法 ,建立珠江口及其邻近海域 1 5 2个时相的悬浮泥沙数据集 ,进行悬浮泥沙浓度分布和变动规律的特征累积频率悬浮泥沙浓度、均值与均方差统计。结果表明 ,珠江口河口浅滩是悬浮泥沙浓度的高值区。随着径流、潮流的相互关系的变动 ,珠江口的悬浮泥沙浓度具有明显的季节变化 ,内伶仃洋悬浮泥沙浓度季节变动幅度最大 ,而磨刀门外浑浊水体的延伸方向变动幅度最大。     

Estimation of chlorophyll-a concentration in the Zhujiang Estuary from SeaWiFS data

The chlorophyll-a concentration is generally overestimated for the southern China coastalwaters if the default algorithm of the SeaDAS is employed. An algorithm is developed for retrieval of chlorophyll-a concentration in the Zhujiang Estuary, Guangdong Province, China, by using simulated reflectance data. The simulated reflectance is calculated corresponding to the SeaWiFS wavelength bands, via a general model by inputting measured water components, i.e. , the suspended sediment, chlorophyll-a, and yellow substance (DOC) concentration data of 130 samples. Empirical relationships of the chlorophyll-a concentration to 240 different band combinations are investigated based on the simulated reflectance data, and the band combination, R_5R_6/R_3R_4, is found to be the optimum one for the development of an algorithm valid for the Zhujiang Estuary. This algorithm is then employed to determine the chlorophyll-a concentration from SeaWiFS data. The estimated concentrations have a better accuracy than those obtai     

Surface suspended matter off the Rhone river mouth from visible satellite imagery

The quantification of surface Total Suspended Matter (TSM) off the Rhone river mouth is investigated using SPOT-XS and Landsat-TM images collected in November 1994. The method of satellite data calibration from in situ measurements is discussed. It is based on TSM concentration measurements through filtration of surface water samples and on radiometric data collected with a 256-channel spectroradiometer in the range 400–1100 nm. Empirical relationships between reflectance and TSM concentration are established by linear regression analysis of the data. These relationships are then applied to the image data corrected from atmospheric and surface effects. A good agreement, within a factor of less than two, was found on derived TSM concentration values as compared with sea truth data. The results for three different river flows are presented: a quasi-normal river discharge, a flood situation and an intermediate situation. The TSM corresponding concentration maps are presented and discussed.     

大沽河口悬浮泥沙遥感模式实验研究

河口悬浮泥沙反射率渡谱特性研究是悬浮泥沙遥感定量分析的基础工作。不同水域悬浮泥沙物质成份、粒径分布和浓度的不同,其相应的反射率波谱特性也有所差异。对此,国内外尚未建立起具有普适型的算法模式,用以处理不同水域的悬浮泥沙遥感问题。鉴于此,我们于1991年9月6～11日对胶州湾大沽河口区进行了现场悬浮泥沙波谱特性实验。由此建立了大沽河口悬浮泥沙落度SSC与陆地卫星TM_3和TM_4渡段相应的光谱反射率之间的数学模式。经过相关分析和误差分析的检验证明,由模式计算所得结果是令人满意的。     

基于遥感光谱反射率反演黄河口海域Ⅱ类水体悬浮泥沙浓度模型

依据黄河口海域含沙水体野外实测光谱反射率为参考实验数据,结合水体表面光谱观测数据建立了经验回归模型,从而定量估测黄河口海域水体表层悬浮泥沙质量浓度,最终得出黄河口海域不同年份水体的悬浮泥沙质量浓度图,这对分析河口海岸带冲淤变化过程具有重要的意义。     

ADCP对悬浮沉积物浓度的测量及其误差分析研究

为实时、连续地测量海水中悬浮沉积物,利用声学多普勒海流剖面仪(ADCP),可以在测流的同时,测量海洋悬浮沉积物浓度。描述了利用后散射强度,估计悬浮沉积物浓度的原理。在现场测试中,利用采水器采集水样,通过水样分析并结合声信号的衰减特征对AI)CP的测量结果进行修正。作者还结合现场测试结果,对这一测量方法的精度进行了分析。现场实验表明,经公式校正后,ADCP测得的后散射强度与实测水样所获得的悬浮沉积物浓度之间有很好的相关性,相关系数达0．88,由此证明,此测量方法具有很好的实用价值和应用前景。     

渤海湾航空遥感的图象分析——渤海湾近岸叶绿素A分布图

1980年9月6日,中国科学院组织十多个部门、几十个单位在津渤地区进行第二阶段环境污染航空遥感联合试验第二航次试验,中国科学院海洋研究所参加了在渤海湾海河、蓟运河口的海上试验。这次试验,空中由双水獺512飞机装载RMK相机进行彩色红外摄影,航高3800米。航速240公里/小时,摄影比例尺1:25000,相幅面积230毫米×230亳米,飞行航线示于图1。海上由“津塘护1号”、“交津研1号”、“海调105号”、“金星”轮等4条船只进行同步观测、取样。     

东海悬浮体的分布特征及其演变

悬浮体系指悬浮在水中,经过过滤能停留在滤膜或滤纸上的一切物质质点，其中包括泥沙颗粒、浮游生物及各种胶体物质等。悬浮体浓度分布是自然环境条件的综合反映，与物质来源，海洋环流、潮流、波浪等动力要素密切相关。因此，悬浮体浓度及运移途径是测试环境条件的重要参数，对其进行研究将对开发港口、合理利用土地资源、保护生态环境具有重要的实际意义，对于探讨现代沉积过程则具有理论意义。