陈晓玲教授--海洋遥感技术与应用（行业知识）

1、海洋环境遥感技术与应用陈晓玲 教授武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 Email:cecxl测绘遥感新技术在智慧城市中的应用培训班，深圳，2013.12.10 -13海洋蕴藏着丰富的宝藏2海洋国土需要足够重视21世纪进入大规模开发利用海洋的时代：世界资源走向枯竭，覆盖地球71%的海洋成为重点争夺的领地根据世界海洋法：海洋国土包括内海、领海（宽度12海里）、专属经济区（领海基点外延200海里）、大陆架。我国299.7万平方公里海洋国土，大于500平方米的岛屿6000多个，海洋资源丰富，仅南海石油储量占全球12%，号称第二个波斯湾争议海区广大朝鲜和韩国：18万平方公里日本钓鱼岛：16万平方公里

2、南海：120万平方公里，被强占：越南24个，马来西亚9个，菲律宾8个，印度尼西亚2个 ，文莱1个3海洋国土需要足够重视海洋国土管理需要精确的动态测绘信息支持（国情监测）海岛消失是巨大的国土损失：1996年印度哈恰拉岛被海水淹没，成为第一座从地图上消失的有人居住的小岛。一个小岛礁，可获1500多平方公里的领海（3个新加坡），4600多平方公里毗连区，43万平方公里（浙江4倍）专属经济区自然因素：海平面上升、海流冲刷、季风作用、台风侵蚀人为因素：如连岛填海针对不同类型和功能的岛屿，需要建立不同的保护模式和资源利用模式：防波堤、人工鱼礁、移植栽培耐盐植物海洋环境保护需求迫切：据国家海洋局2012年民

3、意调查，普遍欠缺海洋知识，对海洋污染缺乏足够认识4海洋环境污染5海洋环境自净能力6海洋环境污染的危害7海洋生态破坏8海洋环境污染与生态破坏9遥感获取地球观测信息海洋参数获取：海温海洋水色：浊度、叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度海洋水深海冰海洋盐度海流海洋监测：海洋污染监测河口及海岸环境生态监测海洋气象与海况监测海洋资源调查：海洋生物资源海岸带资源其他资源10遥 感 的 特 点宏观性和经济性：大面积同步测量，较高空间分辨率时效性：实时或准实时性综合性和可比性：动态观测和长期监测可达性：船舶、浮标不易抵达的海区局限性11遥 感 的 类 型按平台地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感按探测波段紫外遥感（0.

4、05-0.38um）、可见光遥感（0.38-0.76um）红外遥感（0.76-1000um）微波遥感（1mm-10m）多波段遥感按工作方式主动遥感、被动遥感成像遥感、非 成像遥感12遥 感 的 类 型按领域研究领域外层空间遥感大气层遥感陆地遥感海洋遥感应用领域资源遥感环境遥感农业遥感林业遥感渔业遥感地质遥感气象遥感水文遥感城市遥感工程遥感灾害遥感军事遥感13遥 感 的 发 展平台高度的发展14遥 感 的 发 展传感器的发展波谱感知范围可见光红外、微波、紫外波谱分辨率多光谱高光谱空间分辨率遥感信息的处理分析发展胶片目视判读数字图像自动处理定性分析定量分析应用领域自然环境和资源普查、动态侦察和监测

5、趋势预报和生产管理15海洋遥感的发展1950年美国大规模湾流调查中首次使用了航空遥感技术1960年4月1日美国全球第一颗气象卫星成功发射TIROS-1 ，在获得气象资料的同时，还得到了无云海区的温度场信息，从而开创了卫星遥感海洋的新纪元。1978年世界第一颗海洋专用卫星，美国“Seasat-A”成功发射目前，“海洋卫星”、“云雨-7”及全球环境观测卫星已广泛应用于海洋动力学、海洋环境资源普查中国从1977年开始海洋遥感技术研究，先后在海岸带与滩涂资源调查、海洋环境监测、海洋气象预报、渔场分析、海冰观测、大尺度海洋现象研究和基础理论研究方面进行了遥感技术试验，其中，台风跟踪、海冰遥感和海洋污染航

6、空遥感技术已进入使用阶段。目前已广泛应用于海洋物理学、海洋生物学、海洋地质学、海洋化学等方面，使内波、中尺度涡、大洋潮汐、波浪、海冰、海气交换、洋底地形等研究取得了新进展。16遥感获取海洋环境参数17沿岸冷水和暖水环18MODIS传感器19水色传感器20地球生物圈21有色溶解有机物22我国科技发展中长期规划已将空间信息技术中的基础部分 高分辨率对地观测系统工程列入国家16个重大发展专项之一遥感在我国科技发展中的地位2008年6月，前总书记胡锦涛：“要加快遥感、地理信息系统、全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成，建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台”23我国的海

7、洋遥感观测24多源、多尺度、多维、多时相的海量数据记录了人类对地球的改造人类需要利用遥感捕获的地球信息来进行科学管理25目前太空中已有800余颗对地观测卫星在轨 但“数据多信息少”是瓶颈问题海量遥感数据的应用潜力需要挖掘获取可广泛应用的地球空间信息，则是一个亟待解决的值得探讨的重大科学问题？数据-信息-知识转化环境保护 资源管理 灾害监测26湖底地形湖泊变化悬浮泥沙湖泊采砂影响遥感为大型通江湖泊洪旱灾害、水沙时空动态监测管理提供了一套可行的业务化方法基础遥感数据应用潜力需要深度挖掘湖泊水量收支27海洋环境业务化监测预警信息提取遥感和数值模拟结合传感器网络地面传感器地面监测航空卫星物理/生物/化

8、学参数规划调度决策预警耦合主要思路“信息提取”是沟通“传感器网络”和“业务化监测与预警”之间的桥梁。 28主要内容传感网天-空-地一体化组网观测信息提取遥感&数值模拟业务化信息共享服务29主要内容传感网天-空-地一体化组网观测 仪器平台 观测经验30长江中下游湖泊群滇池长江源参数获取优化布局参数获取优化布局31仪器设备支撑两个平台船载观测平台室内分析平台一个系统无线传感网监测系统其他支撑条件高分辨率卫星地面站MODIS数据地面接收站LEICA ADS40推扫式航测仪LiDAR LEICA ALS50机载激光扫描系统无人遥感直升机平台32船载观测平台水质观测水文观测光学观测船载观测平台 水质观测

9、CDOM叶绿素浊度多参数水质与传感网控制中心级联，实现远程无线传输显示可选择日常水质监测与科学研究观测两种模式监测参数包括：COD、BOD、TOC、浊度、叶绿素浓度、藻蓝素含量、PH、电导率、温度、NO2/NO3、NH4科学研究观测可添加：水体吸收、散射系数COD在线监测船载观测平台 水文观测GeoSwath Plus综合多波束条带测深仪湖底地形Eclipse前视多波束成像仪湖底三维地形、底质类型ADCP声学多普勒流速剖面仪 电火花浅地层剖面仪湖底地层信息35船载观测平台 光学观测102F傅里叶变换热红外光谱仪NEC H2640 热红外成像仪SVC HR1024 光谱仪Ocean Optics

10、 HR2000 光谱仪Trios 水下光谱仪 wetlabs 水下光场测量系统36成像光谱仪 野外观测平台HeadWall 可见光 近红外成像仪37其余可搭载传感器 大气参数LIDARHOBO 小型气象站CE318太阳光度计MICROTOPs II手持式太阳光度计38实验室分析平台 水质参数 有色溶解有机物吸收系数测定系统Multisizer 3 库尔特粒度分析与颗粒计数仪Elementar vario Macro CNS元素分析仪Smartchem200间断分析仪RF-5301PC 荧光分光光度计AA 7000 原子吸收分光光度计UV2550 岛津紫外可见光光度计39支撑条件 卫星地面接收站

11、泰国高分辨率卫星（接收系统已建成）MODIS40现场观测经验洪湖武汉东湖梁子湖鄱阳湖渤海南中国海黄东海近岸中国近岸41水上测量与样品采集42水下观测-Deep Bay43主要内容信息提取遥感处理&数值模拟遥感直接定量获取水域边界/水量水质数值模拟与遥感结合更高精度的水量水质信息流域过程影响-水污染预警44水域边界与水量：水体范围变化每年的最大淹没面积与最小面积之比达2.3 3.211年间最大可能淹没范围是最小可能淹没范围的14倍平均淹没范围有减小趋势Remote Sensing of Environment.水量：水底地形提取2000到2009年间，鄱阳湖水底地形有提升趋势. Remote S

12、ensing of Environment.水量：水量收支平衡利用遥感估算鄱阳湖的逐月水量收支状况2003年的三峡蓄水不仅使得鄱阳湖当年出湖水量的增大，更直接导致鄱阳湖流域径流系数的显著性减小Geophysical Research Letters水质： 鄱阳湖HJ卫星CCD悬浮泥沙反演Cloud HJ-1B CCD2, 2008年10月2日HJ-1A CCD2, 2008年10月20日48水质： 鄱阳湖悬浮泥沙浓度变化与采砂活动分析492000到2010年间，四个季节鄱阳湖悬浮泥沙浓度分布情况2000到2010年间，鄱阳湖悬浮泥沙浓度距平分布情况2002年以后泥沙异常与采砂活动加剧有关，20

13、08年禁砂，泥沙异常较小，2009、2010年泥沙异常跟采砂屡禁不止有关第 49 页水质： 苏北浅滩HJ星CCD浊度 珠江口SeaWiFS叶绿素浓度第 50 页2009年4月27日2009年5月26日SeaWiFS 叶绿素浓度HJ CCD 浊度苏北浅滩水质：珠江口NOAA悬浮泥沙浓度时空变化分析时间: 19952000影像数: 152传感器: AVHRR/NOAA51水质：2002-2010年MODIS珠江口悬浮泥沙时空动态三峡对下游海岸带水环境的影响数值模拟：潮汐影响下的HJ星深圳湾水体范围与悬沙浓度变化低潮涨潮高潮落潮数值模拟：港珠澳大桥对流速和泥沙分布的影响迎流测水位抬高桥墩截面收缩作用

14、，水流拥堵而水位抬高B 涨急A 涨急B 落急A 落急流速变化等值线影响流速范围在2-3千米55数值模拟结果 （16/6/2005）; c) 遥感反演结果 （MERIS, 16/6/2005）;数值模拟结果 （19/6/2005）; d) 遥感反演结果 （MERIS, 19/6/2005）. 采用遥感反演结果作为模型的初始输入 数值模拟与遥感反演相耦合，用于率定模型参数 结果表明该方法有助于实现水环境三维动态的业务化监测数值模拟与遥感结合：水环境参数动态分析悬浮泥沙数值模拟结果与遥感反演结果对比56监测与预警：流域地表过程模糊分类57遥感获取LUCC第 58 页土壤侵蚀Soil erosion

15、distribution pattern in 1990 and 2000Rate of soil erosion change from 1990 to 20001990200059数据处理子流域产流面积与坡度汇流距离Catch-mentArea/km2Slope/Catch-mentArea/km2Slope/Catch-mentArea/km2Slope/11518.886.61137901.656.29257033.529.1123993.9812.86144317.889.77263068.828.6332389.763.63157371.423.87271303.908.59442

16、80.262.89162613.746.09282584.5713.0252231.015.43176425.5710.04292802.1912.1867980.469.59182176.089.12302720.169.88710067.889.13196201.355.35314055.879.5981662.495.58205016.187.49324673.919.7094280.261.36215177.267.90333058.078.89103216.691.82229049.928.17347709.599.89114426.058.70234232.469.56352309

17、.360.73124365.5211.12243927.4610.72361871.583.79Catchment123456789Conv.distant/m3367910360344515391062869554725521518990626666Catchment101112131415161718Conv.distant/m487516842422131883386413032995767594319963844Catchment192021222324252627Conv.distant/m562344858852025609984416741968397164594075558Ca

18、tchment282930313233343536Conv.distant/m437814469155222877404032477204273662053387701流域地表过程：产汇流模型60流域面源污染物负荷估算流域面源污染物负荷估算62数值模拟与遥感结合：泥沙输移和营养盐输移SSTNTPSS（泥沙）TN（总氮）TP（总磷）63 A断面、B断面6月24日9时实测泥沙浓度数据（中间）、未加入流速同化模拟泥沙（左边）和加入流速同化模拟泥沙对比（右边）验证站点SA02(a)、SB03(b)实测垂线平均泥沙数据（Meas）、未加入流速同化模拟泥沙（Comp）和流速同化模拟泥沙浓度结果（Comp With CVA）对比数据同化：泥沙输移64图4. 潮汐落急（左）和涨急（