目录
海洋遥感基础篇（重点） 2
第一章 遥感概念与特点 2
1、遥感定义（3S） 2
2、遥感的分类 2
3、遥感的发展（开始和未来） 4
4、海洋遥感的特点 4
5、海洋遥感的应用 5
6、海洋遥感的意义 6
第二章 海洋遥感卫星与传感器 6
1、按照轨道卫星的分类 6
2、循环周期（recurrent period）、重复周期（repeat period）、再访问时间（revisit time）比较区分 7
第三章 海洋遥感物理基础 7
1、电磁现象基本规律的方程-----麦克斯韦方程 7
2、电磁波波段 8
3、辐射术语 9
4、黑体和灰体 11
5、黑体辐射三大定律有哪些？内容和对遥感的意义？ 11
6、亮温和瑞利金斯 12
7、大气对太阳辐射的影响（大气散射、大气吸收） 13
8、电磁波的衰减 15
第四章 水色遥感 15
1、水色遥感概念 15
2、水色三要素有哪些（了解下如何实验室测量，荧光法的原理） 16
3、一类水体和二类水体 16
4、水色遥感预处理（几何定位、辐射校正） 17
5、水色遥感术语（表观光学量、固有光学量分别有哪些？其中什么是遥感反射率） 17
6、大气校正（大气校正的原理和过程） 17
7、一类水体的大气校正的思路 18
8、水色遥感机理 18
海洋遥感应用篇 18
第五章 热红外遥感 18
1、热红外波段的大气窗口（ 3.7-4.1微米,10-12微米） 18
2、海温遥感的意义 18
3、热红外辐射计反演海表面温度中应用到哪些原理 19
第六章 遥感的应用 19
1、微波辐射计的应用 19
2、微波散射计的应用 19
3、卫星高度计的应用 19
4、SAR工作原理和应用 20
海洋遥感基础篇（重点）
第一章 遥感概念与特点
1、遥感定义（3S）
遥感定义：不与探测目标相接触，应用探测仪器，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
广义的遥感：各种不直接接触物体、远距离探测目标的技术。
（大不列颠百科全书）定义：不直接接触物体本身，从远处通过探测仪器接收来自目标物体的信息（电场、磁场、电磁波、地震波），经过一定的传输和处理分析，以识别目标物体的属性及其分布等特征的技术。从而不仅可以对地球的大气、生物圈、水圈、岩石圈作为观察对象，也可以扩大地球以外的外层空间。
狭义的遥感定义：有所专指，即从远离地面的不同工作平台上，通过传感器，接收来自地球表面物体的电磁波信息，并经传输处理及判读分析，实现对地球资源和环境进行探测和监测的综合性技术。
3S（GPS、GIS、RS）
GPS（Global Position System）:全球定位系统；
GIS(Global Information System):全球地理信息系统；
RS（Remote Sensing）: 遥感。
2、遥感的分类
（按照平台、工作方式（主动被动）、按工作波段、按应用等）
应用方面：陆地遥感、海洋遥感（难度最大）、气象遥感
海洋本身也能辐射电磁波能量，还会反射或散射太阳或人造辐射源（如雷达）的电磁波能量。
用于海洋研究的传感器主要有以下几种：
(1)水色传感器:主要用于探测海洋表层叶绿素浓度、悬浮物液度、黄色物质、漫射衰减系数以及其他海洋参数。
(2)红外传感器:主要用于反演海表面温度。
(3)微波高度计:主要用于反演平均海面高度、大地水准面、有效波高、海面风速、表层流、重力异常、降南指数等。
(4)微波散射计:主要用于反演海面上方10m处风场。
(5)合成孔径雷达:主要用于反演波浪方向谱、中尺度旋、海洋内波、浅海地形、海洋锋面、海洋污染、海上目标以及海表特征信息等。
(6)微波辐射计:主要用于反演海表面温度、海面风速以及海冰、水汽含量、降雨、CO2海一气交换等。
按遥感平台分类（航天、航空、地面遥感）
按传感器探测波段分类
紫外遥感(0.05-0.38μm)：收集和记录目标物在紫外波段辐射能量。
可见光遥感(0.38-0.76μm)：收集和记录目标物反射的可见光辐射能量，传感器有：摄影机、扫描仪、摄像仪等。
红外遥感(0.76-1000μm)：收集与记录目标物反射与发射的红外能量，传感器有：摄影机、扫描仪等。
微波遥感(1mm-1m)：收集和记录在微波波段的反射能量，传感器有：扫描仪、微波辐射计、雷达、高度计等。
多波段：紫外至可见光。
按传感器工作方式分类
被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。
主动遥感：传感器主动发射一定电磁波能量，并接收目标的后向散射信号。
按遥感成像方式分类
成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像。
非成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。
按波段宽度及波谱的连续性
常规遥感：又称宽波段遥感，波段宽一般大于100nm，且波段在波谱上不连续。例如，一个TM波段内只记录一个数据点，而用航空可见光/红外光成像光谱仪(AVIRIS)记录这一波段范围的光谱信息需用10个以上数据点。
高光谱遥感(hyperspectral remote sensing)：是利用很多狭窄的电磁波波段(波段宽度通常小于10nm)产生光谱连续的图像数据。
按应用领域分类
土地遥感（Domanial）、环境遥感（Environmental）、大气遥感（Atmospheric）、海洋遥感（Oceanographic）、农业遥感（Agricultural）、林业遥感（Forestry）、水利遥感（Hydrographic）、地质遥感（Geological ）。
3、遥感的发展（开始和未来）
发展阶段：
萌芽阶段：
无记录的地面遥感阶段(1608-1838)
有记录的地面遥感阶段（1839-1857）
航空遥感阶段（1858-1956）
航天遥感阶段（1957-）
4、海洋遥感的特点
宏观性、综合性——同一时刻获取大面积数据资料
空间覆盖范围广阔、有利于同步观测影像包含各种地表景观信息（有可见的，也有潜在的）。
动态性（多时相）—快速、周期性地对同一地点连续观测
重复探测，有利于进行动态分析
多波段性—光谱覆盖范围广，信息量大
可以获得可见光、紫外、红外、及微波波段的信息波段的延长使对地球的观测走向了全天候。可以进行二维平面和三维立体的检测。
受地面条件限制少
对于自然条件恶劣，地面工作难以开展的地区，如高山、冰川、沙漠、沼泽等； 或地理位置偏远、环境条件恶劣等不能进入的海区；或因国界等限制不易到达的地区。
经济性
遥感的费用投入与所获取的效益，与传统方法相比，可以大大节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。
缺点：
监测精度受飞行高度和传感器识别能力的影响；
遥感数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有效利用。
5、海洋遥感的应用
（1）海洋水色遥感
利用海洋水色遥感图像得到的离水辐射率,来反映相关联的水色三要素如叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶有机物含量等信息。
利用可见光、红外多光谱辐射计就可给出赤潮全过程的位置、范围、水色类型、海面磷酸盐浓度变化以及赤潮扩散漂移方向等信息,以便及时采取措施加以控制。
（2）海表温度遥感
海表温度是重要的海洋环境参数，如在海洋渔业中的应用(利用海温与海况信息来分析渔场形成、渔期的迟早、渔场的稳定性等，可用于寻找渔场）。
主要采用热红外波段和微波波段的信息进行海表温度的遥感反演。
（3）海洋动力遥感
风力、波浪、潮流等是塑造海洋环境的动力，可以通过遥感技术获得。
海洋风力的监测有助于台风、大风预报和波浪预报；
海浪观测可以通过SAR反演波浪方向谱，或通过动力模式来解决表面波场问题；
采用雷达高度计可观测潮流或潮汐。
（4）海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量
可通过卫星高度计确定海洋水准面（±20cm），通过测量雷达发射脉冲与海面回波脉冲之间的延时而得到高度计天线离海面的距离。
通过遥感绘制海图和测量近岸水深。
水下地形的SAR图像为亮暗相间的条带，利用这个关系可定量获取水下地形信息。
（5）海洋污染监测
利用遥感技术可以监测进入海洋中的陆源污染水体的迁移、扩散等动态变化，还能探测石油污染（如测定海面油膜的存在、油膜扩散的范围、油膜厚度及污染油的种类）。
（6）海冰监测
海冰是海洋冬季比较严重的海洋灾害之一，海冰遥感能确定不同类型的冰及其分布，从而提供准确的海冰预报。
SAR具有区分海水和海冰的能力，可准确获得海冰的覆盖面积；并且可以区分不同类型的海冰以及海冰的运动信息。
热红外与其它的微波传感器也是获得海冰定量资料的有效手段。
（7）海洋盐度测量
海水含盐量的变化，会改变海水的介电常数，从而影响海水的微波特性。基本原理是基于微波频率上盐度对海表亮温的敏感度来进行测量的。
（8）船舶和尾迹探测
船舶由于其制作原料的原因，在SAR图像上会形成非常亮的目标（具有强烈的后向散射特征），如1978年首次在SeaSat图像上发现延伸20km的舰船及其尾迹。
6、海洋遥感的意义
（1）遥感已成为地球科学研究的重要信息源；
（2）遥感已成为地理及地球研究的重要手段和方法；
（3S集成：GPS、GIS、RS）
第二章 海洋遥感卫星与传感器
1、按照轨道卫星的分类
太阳同步轨道卫星
太阳同步近圆形极轨气象卫星（meteorological satellite with Sun-synchronous, polar and near-circular orbit）可以在大约八百公里的高空巡视全球表面，缺点是对某一地区每天只能观测两次。
地球同步或地球静止轨道卫星。
地球静止气象卫星（geostationary meteorological satellite）可以在大约三万五千公里的高空对地球表面近五分之一的地区连续地进行气象观测，实时将资料送回地面；用四颗卫星均匀地布置在赤道上空，就能对全球的中，低纬度地区天气系统的形成和发展进行连续监测。缺点是不能观测纬度大于55°的地区。
高度计轨道卫星
- 高度计卫星不能使用太阳同步轨道，因为太阳同步轨道不能分辨潮汐。
- 卫星在“升轨”运行时其星下点在地球表面形成一条投影线，在“降轨”运行时其星下点在地球表面又形成一条投影线。为了更好地分析表面斜率的两个分量，相交的两条星下点投影线的夹角应该接近90。对于极轨和近极轨卫星，由于轨道倾角太大，其相交的两条星下点投影线的夹角太小，所以高度计卫星不能采用极轨和近极轨方式运行。
- 高度计卫星需要在轨道设计上采用较小的轨道倾角；然而，较小的倾角又限制了卫星对于极地区域的探测。
- 相邻两个升轨点之间的时间区间被称为节点周期（nodal period）或者轨道周期（orbit period）。
- 在一个节点周期内，卫星环绕地球完成一圈公转（revolution）。
- 最南端与最北端之间的星下点轨迹被称为一个“PASS”，对应的时间长度等于半个节点周期；
- 卫星环绕地球多圈后回到原来位置对应的星下轨迹被称为一个“CYCLE”。一个“CYCLE” 对应着一个重复周期（repeat period）。
精确的循环轨道卫星
卫星环绕地球多圈后能恰好回到原来轨道位置，这样的轨道是精确的循环轨道（exactly recurring orbit）或回归轨道 。
2、循环周期（recurrent period）、重复周期（repeat period）、再访问时间（revisit time）比较区分
循环周期：卫星从出发到近似地回归到原来的轨道位置，对应的时间区间也称为循环周期或回归周期。
重复周期（卫星重复周期、传感器重复周期）：
- 卫星的重复周期（repeat period of the satellite）指卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后回到原地上空时所需要的天数。卫星的重复周期也被称为卫星地面轨迹的重复周期（ground track repeat period of the satellite）。对于采用循环轨道的卫星，重复周期等于循环周期。例如高度计卫星的重复周期（repeat period）和循环周期（recurrent period）经常被等价地使用。
- 传感器的重复周期（repeat period of sensor）是卫星装载的传感器对目标完成一次全部或全球覆盖的时间周期。
再访问时间（revisit time）：指地球上某一局部地点被传感器先后两次观测的时间区间
- 一般地，三种时间概念的关系是：卫星的循环周期= 卫星的重复周期，卫星的重复周期≥传感器的重复周期，传感器的重复周期≥传感器的再访问时间。对高度计卫星，重复周期和循环周期经常被等价地使用。然而，上述三个概念在网站和文献中经常混淆使用。
第三章 海洋遥感物理基础
1、电磁现象基本规律的方程-----麦克斯韦方程
电磁辐射：电磁波传递能量的过程，是能量的一种动态形式，只有当它与物质相互作用（包括发射、吸收、反射、透射）时，才表现出来。
电磁波的波粒二象性：电磁波在传播及与物质相互作用中，既反映出波动性，又反映出粒子性。
波动性：电磁波以波动的形式（光滑连续的波）在空间传播，可用波长、频率、振幅等来描述；表现出波的干涉（波的叠加合成）、衍射、偏振等现象（波动性的体现）。
粒子性: 电磁辐射能以密集的光子微粒流（离散形式）有规律的运动，如光电效应、黑体辐射等现象。
注意事项：粒二象波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。
电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与介质相互作用时，主要表现为粒子性。
1）干涉：同振幅、同频率和固定相位关系的两列（或多列）波（相干波）的叠加合成而引起振动强度重新分布的现象干涉现象中，在波的交叠区有的地方振幅增加，有的地方振幅减小，振动强度在空间出现强弱相间的固定分布，形成干涉条纹。
2）衍射：波在传播过程中遇到障碍物时，障碍物边缘的一部分波改变传播方向而绕到障碍物后面，称为 “衍射现象”.
3）偏振：电磁波是一种横波，传播方向确定后其振动方向并不是唯一的,振动方向可以是垂直于传播方向的任何方向，它可以是不变的，也可以随时间按一定方式变化或按一定规律旋转，即出现偏振现象（微波中称为“极化” ）。
垂直极化--电场强度方向垂直于地面; 水平极化--电场强度方向平行于地面。
电磁波普：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线；
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。
电磁波的传输及电磁现象的基本规律，电磁波的波动方程可由麦克斯韦（Maxwell）方程组导出和描述。沿z方向传播的平面电磁波的波动方程是
对于沿Z方向传播的电磁波的平面电磁波，其电场的解是
（式中EX 是电场强度，EX0 是电场强度的振幅。作为横波，平面电磁波沿Z方向传播时，其电场沿X方向振动，磁场沿Y方向振动 。）
2、电磁波波段
（波段波长或者频率和波段名称）
微波雷达波段：
C波段、X波段和Ku波段常常被用于海洋遥感：(这三种波段属于微波波段)
主要原因是厘米量级波长的微波能够与海面上风生毛细重力波发生布喇格共振，并通过共振带回海面信息。
L波段用来反演海水盐度（此波段也属于微波波段）
3、辐射术语
（水平和垂直极化）（立体角和天顶角）（辐照度和辐亮度）（绝对黑体概念及其性质、菲涅尔反射率、基尔霍夫定律）
水平极化：电场矢量与地面平行时的线极化波就称为水平极化波；
垂直极化：电场矢量与地面垂直时的线极化波就称为垂直极化波。
立体角：
假设电磁波从波源dA自发辐射，到达半径为R的球面的一个波束对应着一个立体角微分元。
卫星天顶角：卫星观测方向与被观测海面法线之间的夹角，也称为观测的天顶角。入射角（incidence angle）和卫星天顶角是相同的概念。
卫星的观测角:卫星观测方向与星下点海面法线之间的夹角;
（卫星天顶角与卫星观测角，两者是互余的关系）
辐射能（Q）：电磁场所具有的能量，称之为辐射能量，单位为焦耳（J）、卡（cal）。任何物体都可以是辐射源。它既可能自身发射能量（即发射辐射，又称热辐射）；又可能被外部能源激发而辐射能量（即反射辐射）。
辐射通量（ ）：又称为辐射功率单位时间内通过某一面积的辐射能量， =dQ/dt， 辐射通量密度（E）：单位时间、单位面积的辐射能量。
辐射通量密度：单位时间通过单位面积上的辐射能量,单位:W/m2。
出射度/发射度（M）：辐射源物体表面单位面积上发射出的辐射能量，即物体单位面积上发射出的辐射通量，单位为（w m-2）。
辐照度（E）：被辐射物体表面单位面积上,单位面积上接收的辐射能量，即照射到物体单位面积上的辐射通量，单位为瓦/米2（w m-2 ），表达为：
辐射强度（I）：指点辐射源在单位立体角、单位时间内，向某一方向发出的辐射能量，即点辐射源(O)在某一方向上(θ、φ)单位立体角(dΩ)内发出的辐射通量，单位为 瓦/球面度 (w sr-1 )，表达为：
辐射亮度（L）：面辐射源在某一方向、单位投影表面、单位立体视角内的辐射通量。
遥感观测到的是辐射亮度值L。
光谱辐亮度L(λ)（Spectral Radiance）单位波段内沿辐射方向单位面积和单位立体角的辐射通量：
绝对黑体：如果一个物体在任何温度下对任何波长的电磁辐射全部吸收（即吸收系数恒等于1），则这个物体称为绝对黑体。黑色的烟煤、恒星、太阳接近绝对黑体。
理论和实验表明，物体的吸收本领越大，其辐射本领也越大。
结论：黑体吸收最强，辐射也最强。
发射率也被称为一个物体的灰度，以鉴别它距离黑体的靠近程度。
- 发射率（emissivity）、反射率（reflectance）、吸收率（absorptance）和 透射率（transmittance）属于描述固有光学性质的光学量，它们的值与外界光强无关，只与介质的固有光学性质（IOP：inherent optical properties）密切相关。
菲涅尔反射率：两介质界面处的菲涅耳反射率ρ(λ,θ,φ) （Fresnel Reflectance）定义为反射的辐亮度与入射的辐亮度之比
一般地，我们使用ρ表示与立体角相关的反射率，使用r表示与立体角无关的反射率。
基尔霍夫定律：
式中i 表示入射，r表示反射，a表示吸收，t表示透射。
式中：a(λ)吸收率， r(λ)反射率， t(λ)透射率。
- 基尔霍夫定律（Kirchoff Law）基本表达:如果介质处于局部热力学平衡条件下，那么它吸收能量的速率和辐射能量的速率相等：
- 式中e是介质的发射率，a是吸收率。
- 如果该式不满足，就会导致介质变热或者变冷，这违反了局部热力学平衡条件。
- 既可应用于两介质界面处，也可应用于某介质内部。
另一种等价表达：
式中M是发射度。公式表达黑体（blackbody）的发射度等于吸收的辐亮度，灰体的发射度等于入射的辐亮度与灰度的乘积。对于灰体，其灰度等于吸收率a(λ)，也等于发射率e(λ)。
对于海洋整个垂直水柱，在大多数情况下t（λ）≈0， 因此有
在遥感理论研究中，这是一个很有用的公式。
推广公式1：
- 用菲涅耳反射率ρ(λ,θ,φ)代替反射率r(λ)，则
此公式是仅适用于两介质界面处的基尔霍夫定律表达式，它表达在局部热力学平衡条件下，除掉反射的部分以外，所有吸收的能量都被发射出去了。
- 在海表面温度、海表面盐度和海面风的遥感中，人们经常使用这个公式。
推广公式2：
- 大气某些成分对于某些波段的电磁波具有较强吸收能力，形成了大气吸收带。 忽略大气的漫反射率，大气发射率等于大气吸收率，大气发射率eA（λ,θ）等 于1减去大气透射率t（λ,θ），即：
- 该公式是仅适用于介质内部的基尔霍夫定律表达式，表现了大气吸收带的发射率特征，它可应用于大气垂直剖面温度和湿度的遥感。
- 与基尔霍夫定律相结合，此公式能够解释许多海洋大气的遥感理论问题
4、黑体和灰体
黑体：理想辐射体，黑体发射的辐亮度只与温度有关。如果一个物体的发射率e等于1，那么该物体是黑体。
- 灰体：如果一个物体的发射率e小于1，那么该物体就是灰体（gray body），它黑体辐射遵循普朗克辐射定律、斯特藩—玻耳兹曼辐射定律和维恩位移定律三条基本的物理定律。
- 黑体辐射特征—唯一由温度决定的发射率e俗称灰度。
5、黑体辐射三大定律有哪些？内容和对遥感的意义？
- 黑体辐射遵循普朗克辐射定律、斯特藩—玻耳兹曼辐射定律和维恩位移定律三条基本的物理定律。
- 黑体辐射特征----唯一由温度决定。
A、普朗克辐射定律（Planck ’s Law）-热辐射理论中最基本的定律
黑体辐射的能量只与波长、温度有关，与物质组成无关，发射能量是一个连续的波长谱。
B、斯特藩—玻耳兹曼辐射定律（Stefan—Boltzmann）
即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。
M—总辐射出射度 σ—斯忒藩-玻尔兹曼常数，T 为发射体的绝对温度（K）。
C、维恩位移定律（Wien’s displacement law）
维恩位移定律，描述了物体辐射的峰值波长与温度的定量关系为：
λmax为最大辐射强度对应的波长，μm; T 为绝对温度，K ；A 为常数，2898(μm·k)。
黑体辐射3个定律的意义
普朗克定律：通过普朗克定律得到两个重要的黑体辐射定律
斯特藩—玻尔兹曼定律：热红外遥感的理论依据；
维恩位移定律：针对不同的探测目标选择最佳工作波段。
6、亮温和瑞利金斯
亮温：如果已知海面发射的辐亮度，那么直接代入普朗克辐射定律经过计算可以获得一个黑体等效辐射温度。这样获得的温度不是真实的海表面温度，它被称为海表面亮温（brightness temperature）TB ，或称为黑体温度（blackbody temperature）TB。欲获得真实的海表面温度，除了从卫星遥感获得的辐亮度要经过大气校正以外，还要在计算中考虑到海水的灰度，即海面发射率（emissivity）。
基尔霍夫定律
普朗克辐射定律
瑞利-金斯定律
微波辐射计探测的亮温与海表面温度SST的关系。
- 频率低于300 GHz的微波满足瑞利-金斯定律的适用条件。根据瑞利-金斯定律，在微波波段范围，海面辐亮度L和海面亮温T有线性关系。
- 设TSST代表海表面一个薄层海水的温度。将瑞利-金斯定律（Rayleigh-Jeans Law）代入基尔霍夫定律（Kirchoff Law），
从而得：
- 式中T（λ,θ,φ,TSST）代表海表面之上的传感器能够探测到的亮温，它可能是波长、海表面的热力学温度和立体角的函数；TSST是海表面一个薄层海水的温度，它代表海表面的物理温度或热力学温度，当然它与常规水桶采水法在一定深度取水测得的海表面温度略有差别。
实际物体的发射特征：一般地物的辐射不适用黑体的辐射定律，一般地物的辐射都比较小，因此，引进发射率来描述地物的发射能力。
发射率：地物单位面积上辐射能量与同温度下同面积黑体辐射能量之比，即：
（ε它也是遥感探测的基础和出发点。）
或通俗理解为：地物的反射能量与入射总能量之比，用百分数表示。
影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。入射光的波长、入射角的大小、地物表面粗糙度和地表颜色。
意义：
反射率大的地物 →传感器记录的亮度值大→图像上色调浅→遥感图像判读的重要标志。
7、大气对太阳辐射的影响（大气散射、大气吸收）
（1）大气散射：瑞利散射、米氏散射、无选择散射（条件：大气粒子直径与入射波长的关系）
1瑞利散射：粒子直径d <<λ 散射强度与波长的四次方成反比。
瑞利散射的影响：
- 短波长的散射较多，例如蓝光散射>绿光> 红光。
- 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。
- 多波段中不使用蓝紫光的原因
无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
在晴朗的天气里空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质，当太阳光通过空气时太阳光中波长较长的红光、橙光、黄光都能穿透大气层，直接射到地面，而波长较短的蓝、紫、靛等色光，很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡，从而使光线散射向四方，使天空呈现出蔚蓝色。
朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
这是光的散射所致，大气中的微粒尘埃或大气密度起伏不定，都会引起大气光学性质不均匀，对光产生散射。蓝光比红光易于散射。仰望无云的天空，看到的是被大气散射的太阳光，蓝光较强，故天空呈蓝色。清晨和黄昏时，太阳光沿地平线方向横穿大气层，蓝光被散射，到达眼中的是红光，故太阳呈红色。中午太阳光垂直穿过大气层，通过距离较短，各种色光散射都较少，太阳光呈现白色。
2米氏散射：粒子直径d ≈λ 散射强度与波长的二次平方成反比。
- 大气中烟尘、小水滴、气溶胶等的散射属此类。多在大气低层0-5km。
- 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。潮湿天气米氏散射影响较大。
3无选择性散射：粒子直径d >>λ 符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同 （大气中水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。）
- 云雾为什么通常呈现白色？
- 天空中的云是小水滴和空气中的粉尘组成的,它们的直径要比太阳光的任何一种颜色的光的波长都要长得多,所以发生瑞利散射的情况很少.一部分阳光被反射到空中；一部分发生迈以散射,然后散射的光射到地球,但迈以散射不改变太阳光中任何颜色的光；还有一部分直接穿透水滴之间的缝隙.上述3种情况都对阳光的成分没有影响,所以看上去天空中的云是白色的.但是当云层越来越厚时,小水滴越来越多,几乎连成一片,太阳光和迈以射散的光不能或者很少能穿透云层,这时白云就变成乌云了.
正是在太阳光通过大气层入射到地球表面的过程中,大气层中的空气分子或其他微粒会对阳光有吸收,反射、透射等作用,从而形成了蓝天、白云和绚丽的落日余辉和晨时朝霞.如果没有大气层和其他微粒,即使是白天,太阳看上去也只是一个孤零零的明亮的球,天空也将是漆黑一片,所以空气不但给我们提供了赖以生存的条件,也使我们的天空变得多姿多彩. - 阴天的云层很厚，而且大颗粒物较多，少量阳光照射到云层上发生丁达尔散射（白光散射后仍然是白光），大量阳光遇到云层后直接漫射开来，整个天空就像是一块大的柔光布，所以阴天的自然光很少有颜色上的倾向而显现出灰白色。
| 颜色 | 红 | 橙黄 | 黄 | 绿 | 青兰 | 紫 | 紫外线 |
| 波长 | 0.7 | 0.62 | 0.57 | 0.53 | 0.47 | 0.4 | 0.3 |
| 散射率 | 1 | 1.6 | 2.2 | 3.3 | 4.9 | 5.4 | 30.0 |
散射是由于介质中存在的微小粒子或者介质分子对光的作用，使光束偏离原来的传播方向而向四周传播的现象
（2） 大气散射对遥感的影响
- 大气散射降低了太阳光直射的强度，改变了太阳辐射的方向；造成遥感图像辐射畸变、图像模糊。
- 大气散射产生天空散射光，增强了地面的辐照和大气层本身的“亮度”；使人们有可能在阴影处得到物体的部分信息；并使暗色物体表现得比它自身的要亮，降低了遥感影像的反差（对比度），降低了图像的质量（清晰度）及图像上空间信息的表达能力（灵敏度）。
- 因此，遥感器常利用滤光片，阻止兰紫散射光透过。
散射对低层大气尤为重要（约低于3 km，湿度大、气溶胶集中）。大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。
（3）大气吸收（不同空气分子的吸收带在哪里）
- 氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。
- 臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。
- 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。
- 二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。
（4）大气窗口的概念
大气窗口——电磁波通过大气层时，较少被反射、散射或吸收，透过率较高的波段。
大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。
8、电磁波的衰减
(1)皮层深度：电场强度衰减为初始值的1/e（微波在海水中的衰减）
(2)穿透深度：辐照度衰减为初始值的1/e（可见光在海水中衰减）
(3)光学厚度：辐射强度衰减为初始值的1/e, (大气和海洋中的衰减)
思考与练习：
- 太阳辐射衰减的原因是什么？
- 在可见光和近红外波段，大气最主要的散射作用是什么？
- 无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
- 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
- 微波为什么具有极强的穿透云层的作用？
- 为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大气层的散射和吸收作用？
第四章 水色遥感
1、水色遥感概念
- 水色和海色：
所谓水色（water color）或海色（ocean color）是太阳光经水体或海水散射后，可见光和近红外辐射计监测到的散射光的颜色。
水色的概念涵盖了，我们使用中文“水色”既可以代表水体的颜色，又可以代表海洋的颜色。
2、水色三要素：浮游植物的叶绿素、无机悬浮物、有机的黄色物质；水色三要素的种类和浓度决定了水体的颜色。
因为无机的和有机的悬浮物不易于通过光学方法分辨，人们常使用总悬浮物浓度（total suspended matter concentration）代表二者浓度之和。
辐射计（radiometer）是一种根据被动遥感理论制作的传感器。辐射计本身并不发射电磁波，它只接收地球表面反射和散射的太阳光或者地球表面包括陆地、海面和大气层的自发辐射；人们依靠反演算法可从辐射计测量数据中提取有关地球表面、海洋和大气的物理信息。
可见光和红外辐射计（visible and infrared radiometer）分为宽带辐射计和窄带辐射计两种。可见光和红外波段的宽带辐射计一般装载在气象卫星和陆地卫星上。
可见光和红外波段的窄带辐射计一般装载在水色卫星或者水色兼气象卫星上。
2、水色三要素有哪些（了解下如何实验室测量，荧光法的原理）
浮游植物的叶绿素、无机悬浮物、有机的黄色物质
因为叶绿素-a受到蓝光（450/470 nm）激发能产生红色（685/695 nm）荧光，利用这个性质可使用荧光光度计/荧光计（fluorophotometer / fluorometer）测量海水中的叶绿素-
使用活体荧光法在海水中现场测量获得的叶绿素-a数据被称为“活体叶绿素-a浓度”，多传感器水体参数观测仪AAQ1183荧光探头测量的“活体叶绿素-a浓度”以ppb（parts per billion）为单位。
ppb与我们平常规范的μg/L单位不同。需要将活体叶绿素的测量数据与传统规范的测量方法（例如萃取荧光法）获得的数据进行比较，完成从ppb到mg/m3的单位转换；这种方法是“现场标定法”，“现场标定法”的优点是考虑了海水浑浊度对转化公式的影响。
优点：虽然水下活体荧光法还未被规范接受，但是它的测量过程简单、快速，而且能测量垂直剖面的叶绿素-a的浓度分布，所以它开始被越来越多的调查者青睐。缺点：在太阳光很强的时候，在海洋近表层采用水下活体荧光法测量叶绿素浓度可能伴随由于荧光熄灭（photoinhibition of fluorescence）带来的测量误差。
3、一类水体和二类水体
一类水体：如果浮游植物及其“伴生”腐殖质对水体的光学特性起主要作用，则该水体被称为第一类水体（Case I waters）。
二类水体：如果无机悬浮物或黄色物质（又称溶解的有色有机物）对水体的光学特性有不可忽视的明显作用， 则该水体被称为第二类水体（Case II waters）。
有色溶解有机物（CDOM：Colored Dissolved Organic Matter）是DOM中的主要成分，它能吸收蓝色的光而散射黄色的光，从而使水呈浅黄色，故被人们通俗地称为黄色物质。
因为黄色物质不便于取样称重，人们通常使用只含有黄色物质海水的吸收系数广义地代表它的浓度，其单位是μm-1。
4、水色遥感预处理（几何定位、辐射校正）
- 数据解包：是由L0数据解包处理为L1A级HDF格式数据的过程。主要是解读CCSDS格式的0级产品，提取时间、扫描线、各种视场数据帧、丢失包、遥测数据、工程数据、卫星姿态信息、星历信息以及各种分辨率的探测数据等，将这些数据按HDF格式分层，和分类存放
- 几何定位：经过几何定位处理后，每个空间单元都包含地理纬度、高度、卫星天顶角、卫星方位角、卫星范围、太阳天顶角和太阳方位角8个参数
- 辐射校正：根据星载定标系数和一些辅助输入数据计算各通道探测数据的反射率或辐射值，是从原始电子计数到绝对辐射率的过程，结果以HDF格式存放。
5、水色遥感术语（表观光学量、固有光学量分别有哪些？其中什么是遥感反射率）
表观光学量由光场和水中的成分而定，包括向下辐照度、向上辐照度、离水辐亮度、遥感反射率、辐照度比等，以及这些量的衰减系数。
固有光学量与光场无关，只与水中成分分布及其光学特性有关，直接反映媒介的散射和吸收特征，如：吸收系数；散射系数；体积散射函数等。
遥感反射率Rrs (λ)（remote sensing reflectance）
6、大气校正（大气校正的原理和过程）
大气校正的原理：
大气校正的基本方程：
为水色传感器接收到的总辐亮度；
为来自大气分子的瑞利散射；
为大气的气溶胶散射；
来自瑞利与气溶胶之间的多次散射；
为太阳直接透过率；
为直射太阳光在海洋表面的反射（又称太阳耀斑）；
为大气漫射透射率
为白帽反射影响；
为离水辐亮度
8个λ，其中第一项是大气分子瑞利散射，2是气溶胶贡献，3大气分子和气溶胶多重散射，4是离水辐亮度，5白冠就是白沫子，6太阳镜面反射做的贡献（可以尽量避免的，如果不可避免就不要了）
大气校正的的过程：
大气校正的目的是为精确获取海面归一化离水辐亮度或者归一化离水辐射率，消除大气分子和太阳天顶角对离水辐射的影响。能够较客观的描述水下成分对离水辐亮度的影响，是海洋水色遥感算法及其水色产品的基础。
水中物质
太阳
传感器
海表
具体模型描述：
- 太阳光子进入大气层后，与大气分子和气溶胶等物质发生碰撞（吸收和散射）
- 部分向下辐射到海面，一部分直接反射回去，有部分透射过海水，与水中水分子、叶绿素、黄色物质和悬浮物等发生了吸收和散射，其中有小部分辐射通过水体散射回大气（离水辐射）。
- 离水辐射和海表面反射辐射在上行过程中与大气再次发生吸收和散射，部分辐射透过大气返回外太空，有部分能经过大气反射回海面，再次与海面和水体发生光学作用。
1、大气分子吸收与散射作用
- 散射：与大气发生碰撞发生散射，改变光场能量分布。太阳辐射的波长远大于大气分子半径，为瑞利散射。
2、气溶胶的吸收散射作用
大气校正就是将辐射亮度或者表观反射率转换为地表实际反射率，目的是消除大气散射、吸收、反射引起的误差。主要分为两种类型：统计型（经验模型）和物理型（分析方法）。
统计型是基于陆地表面变量和遥感数据的相关关系，优点在于容易建立并且可以有效地概括从局部区域获取的数据，例如经验线性定标法。
另一方面，物理模型遵循遥感系统的物理规律，它们也可以建立因果关系。比较复杂、包含大量的变量
7、一类水体的大气校正的思路
一类大气校正算法的精度主要取决于实际海面近红外波段的离水辐射是否可忽略。由于其气溶胶一般属于非吸收性或弱吸收性气溶胶，而且其在近红外波段的离水辐射甚微，因而大部分一类水体处理精度可以达到业务化需求，其校正后得到的离水辐射率误差在5%以内。
8、水色遥感机理
海洋水色遥感是基于传感器接收的离水辐射（透射入水的辐射经过水体反射离开水面的辐射）所进行的。
水中各重要成分浓度变化→水体吸收和散射光学性质变化→离水辐射度变化→传感器接收信号发生变化。
水色遥感过程：通过大气校正，得到离水辐射，再根据各成分浓度与离水辐射之间的相关关系，反演得到各水色要素浓度。
海洋遥感应用篇
第五章 热红外遥感
1、热红外波段的大气窗口（ 3.7-4.1微米,10-12微米）
红外窗口:1). 3.7-4.1微米, 2)10-12微米
2、海温遥感的意义
海洋表面温度（sea surface temperature，SST）是一个重要的海洋环境参数，是海洋环境非常重要的基础信息。几乎所有的海洋过程，特别是海洋动力过程都直接或间接的与温度有关
2. SST遥感的应用及意义
热红外辐射计和微波辐射计观测得到的全球海表面温度可应用与下列研究领域
（1）气候学 ：海水热容是大气的1000倍左右,海温微小变化引起气候变化
（2）全球海表面温度变化 ：全球变暖与SST变化，二氧化碳与SST变化
（3）SST异常 : 如ENSO，拉尼娜现象
（4)天气预报:如恶劣气象_台风预报
（5)大洋涡旋:如中尺度涡
（6)上升流:如中尺度涡
（7)海洋锋:两水团或流系边界
（8)经济与渔业
3、热红外辐射计反演海表面温度中应用到哪些原理
1.海表面温度（SST）的反演可依据普朗克黑体辐射定律计算，在热红外波段目前没有现成的公式去计算海水的发射率（又称为“灰度”）。对于可见光和近红外光来说，海水接近于黑体，海表面接近于朗伯表面，其发射率接近1。通常使用经验方法反演海表面温度，这可以回避海水的红外波段发射率的未知问题。
第六章 遥感的应用
1、微波辐射计的应用
微 波 辐 射 计 的 海 表 面 温 度 反 演 算 法
微 波 辐 射 计 的 海 上 风 速 反 演 算 法
2、微波散射计的应用
- 散射计（scatterometer）是一种专门监测全球海表面风的主动微波雷达（active microwave radar）。使用卫星携带的散射计可获得全天候、高分辨率的全球海洋近表面风资料。
3、卫星高度计的应用
大洋环流、海洋潮汐、中尺度海洋现象： 中尺度海洋现象包括涡旋、上升流和锋面等、水准面与重力异常：大地测量的基本任务是确定大地水准面与重力异常。.有效波高、海面风速、海冰、水深、厄尔尼诺现象。
4、SAR工作原理和应用
- SAR可以获得大范围、高分辨率图像。（主动遥感，在微波频率下工作），是一种可以获得陆地和海洋表面高分辨率图像的成像仪器。
- 真实孔径雷达的空间分辨率d
（式中λ是电磁波的波长, D是接收天线的长度, H是天线距离地面的高度。）
- 通过数字合成形成在飞行路径上的大的孔径，从而大大提高分辨率。
- Doppler（多普勒）原理
（ K是电磁波的波数，U是速度）
- 当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率会产生差别，这种现象叫做多普勒效应
- 两者相互接近时，观察者接收到的频率升高。
- 两者相互远离时，观察者接收到的频率降低。
合成孔径的原理（它是如何工作的？）
- 一种在飞行中通过数字合成来获得更大天线尺寸的技术。
- 对于特定的目标，当从A到B飞行时，从SAR获得的连续信号等于从A到B尺寸较大的天线获得的连续信号。
- 多普勒频移用于区分信号在特定时间来自哪里。
飞行方向
一个目标点的合成孔径 数字合成
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