1、,卫星海洋遥感导论An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing,第三部分 海洋参数的遥感反演第十一章 卫星海洋盐度测量,武汉大学 遥感信息工程学院刘良明 教授lm_,对研究全球海洋循环和降雨以及由此而提高季节性气候预测的能力十分重要。 研究大洋环流、海洋动力学、降雨量及季节气候预测、海洋渔业养殖、水声学及海洋资源的重要参数。 还有一些关键性的技术问题尚未解决。,重要性与必要性,海表发射率e是海水的相对复介电常数的函数：,11.1 海水盐浓度遥感原理,其中 为介电常数，它与盐度、温度和电磁波的频率相关。,一般认为1.4GHz（L波段）用于
2、航空或航天遥感是最佳的。同时用S波段或C波段来修正测量海表盐浓度时海水表面温度和风速的影响。,50入射，垂直极化时海表亮温（TB）对海表温度（SST）、海表盐度（SSS）、海表风速（u）的敏感度与频率的关系。,50入射，水平极化时海表亮温（TB）对海表温度（SST）、海表盐度（SSS）、海表风速（u）的敏感度与频率的关系。,海面亮温对海水盐浓度的响应度：亮温随盐度SSS的变化率：,11.1.1 海表盐度遥感的物理基础,用 Ellison模型预测入射角为40时海表亮温对海水含盐量的敏感度,频率为2.65GHz时，平滑海面的亮温随海面物理温度的变化关系,用Ellison模式测得的盐浓度为35psu
3、的海表亮度温度对海水盐浓度的敏感度与入射角的关系，其中最下一图为（Tv+Th）2对海水盐浓度的敏感度与入射角的关系。,海水在L-波段的发射率计算通常采用作为温度和盐度的函数的盐水发射模型。,在无风浪的平静海水面上，海水的亮度温度可以表达为：,入射角,极化方式,海水的实际物理温度,海表的极化发射率,11.1.2 数学模型,其中为表面的反射率；i取h或v。,盐水的极化发射率的计算公式,用微波辐射计测量海表盐浓度（SSS）时，影响海表微波辐射测量误差的地球物理误差源有：大气中干空气、水蒸汽和云、海洋表面温度、海表粗糙度、电离层、太阳系和宇宙辐射等。,19GHz频段上KS模型的测量偏差为几个K；Ell
4、ison模型使海洋表面的卫星微波观测具有更好的观测精度； 用Ellison模型亮温（TB）对含盐量更高更暖的水的SSS更敏感，并且垂直极化比水平极化对SSS更敏感。,11.2.1 灵敏度的影响,对于冷水（Ts10C）时，TB随温度Ts的升高而增加；当水温20C时，Tb随温度Ts的升高而下降；在水温=15C时，TB不随温度Ts的变化而变化；而当海水盐度为3237 psu时，水温变化1C，则Ellison模型预测TB的变化为0.1K。,11.2.2 海洋表面温度的影响,大气传输路径上影响微波辐射计天线接收微波辐射的主要有：大气透射率大气顶层上行辐射大气辐射经地表反射的下行辐射实验表明，后两者的影响
5、几乎相等。,11.2.3 大气干空气和水蒸汽的影响,在L波段上，云的辐射和散射可通过Rayleigh散射模式来解释。用MPM模型中的云的传输模型来估计云所造成传输损耗和辐射。,11.2.4 云的影响,海表的雷达后向散射对海表的粗糙度敏感，而对海表温度和盐度不敏感。,雷达可提供独立的海表粗糙度信息以供修正辐射计的观测结果。,11.2.5 表面粗糙度的影响,受法拉第旋转的影响，亮度温度误差为：,地表面辐射的第三斯托克斯（Stokes）参数,第三斯托克斯参数测定使得用估计的电离层法拉第旋转值来纠正观测值 和 成为可能，改正后的亮温残差为：,11.2.6 电离层的影响,太阳系和宇宙辐射远源包括太阳、月
6、亮、行星、宇宙背景和氢云团。,1. 太阳辐射的影响：,太阳辐射通过天线旁瓣直接进入天线，其对亮温的贡献用视在天线温度TAd表示：,11.2.7 太阳系和宇宙辐射的影响,太阳圆盘的张角,朝向太阳方向的天线增益,太阳辐射通经地球反射后进入天线，其对亮温的贡献用视在天线温度TAr表示：,对于光滑海表面，假设菲涅尔反射系数为R，则视在天线温度为：,另一个特殊情况是对应于一个带有一常数 （全向散射）的粗糙反射表面，此时 可从整体中分离出来，如果进一步假设天线波束较窄，则其中的余弦因子也可以分离出来，且G =4，因此：,从太阳系中月亮和行星以及远距离星星的辐射通常是可以忽略的，除非它们的反射点正对着天线主瓣。,2. 月亮、行星及其他宇宙辐射的影响,卫星探测海面盐浓度尚处于实验研究阶段,反演海水盐浓度算法还有待进一步研究目前海洋盐浓度、海冰工作组（SSIWG）已确立的海洋盐浓度遥感的三大主要的科学目标：提高季度至年度的气象预报能力 提高海洋降雨估计和全球水文预算能力 监测大范围的海水盐浓度异常现象,11.2.8 卫星研测海面盐浓度的算法研究,
