本书从海洋遥感对海洋环境监测的应用需求出发，阐述了海洋遥感的基本理论、方法和应用技术，主要内容包括海洋遥感的基本原理、海洋遥感平台和传感器、海洋水色遥感、海洋表面温度遥感、海洋微波遥感、海洋遥感定标与真实性检验、海洋遥感的应用。本书是海洋技术专业本科生的专业课堂教材，可供海洋科学、地理科学、测绘科学等相关领域的科技人员及高等院校相关专业的师生阅读、参考，也可作为地球科学和相近学科的教材。本书提供电子课件，可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。

前 言 海洋覆盖了地球表面积的71%，容纳了全球97%的水量。1992年联合国《21世纪议程》提出：“海洋是全球生命支持系统的一个基本组成部分，也是一种有助于实现可持续发展的宝贵财富”。随着海洋学的迅速发展，大范围海洋资源普查、海洋制图，以及海洋污染监测等对区域海洋学研究乃至全球气候变化研究的需求越来越凸显出来。海洋遥感以海洋及海岸带作为监测、研究对象，通过运用电磁波和大气、海洋之间相互作用的原理来观测和研究海洋，成为海洋环境监测的重要手段。 本书从海洋遥感的应用需求出发，力求帮助读者构建完善的理论与技术体系方面的概念，并在理论技术与综合应用方面达到一种平衡。海洋遥感的基本原理部分以理解海洋遥感辐射传输基础、海洋遥感探测平台为目标，通过介绍电磁波与大气、海水的相互作用，加深对海洋遥感探测技术的理解；海洋水色遥感、海洋表面温度遥感、海洋微波遥感部分，是按照海洋遥感探测的研究对象来顺序安排的，以便更好地与应用需求相结合；海洋遥感定标与真实性检验和海洋遥感的应用部分，侧重于海洋遥感技术的实际应用，在理解其本质理论的基础上，加深对海洋遥感的直观认识。 本书是在国家自然科学基金项目“黄海海水透明度时空演化规律及其影响机理研究”（42106172）的支持和齐鲁工业大学教材建设基金的资助下完成的，是多位编者共同劳动的结晶。本书由齐鲁工业大学（山东省科学院）禹定峰统编。其中，第1～3章由中国科学院大学唐家奎、王五华、王艳娇、徐雪峰、张安安编写；第4～5章由赣南师范大学王远东、田进明、陈晓洁编写；第6～8章由齐鲁工业大学（山东省科学院）禹定峰、周燕、杨雷、安德玉、姜丽媛、盖颖颖、高皜、刘晓燕、卞晓东、赵春燕编写。我们相信，随着海洋遥感探测技术和卫星技术的可持续发展，海洋遥感将在维护我国海洋权益、保护海洋环境、开发海洋资源、减轻海洋灾害和实施海域使用管理等方面发挥更大的作用。 本书内容综合了编者对海洋遥感技术的理解与实践经验，但水平有限，书中难免存在不足，敬请广大读者批评指正。 编者 2022年11月于青岛

目 录 第1章 绪论 1 §1.1 海洋遥感简介 1 1.1.1 海洋遥感的定义 2 1.1.2 卫星海洋遥感系统 2 1.1.3 海洋遥感分类 2 §1.2 海洋遥感的发展史 5 1.2.1 我国海洋遥感卫星的发展与趋势 6 1.2.2 国外海洋遥感卫星的发展与趋势 8 1.2.3 近年来全球主要海洋遥感相关的卫星计划 16 §1.3 国际上主要的海洋遥感机构 19 1.3.1 我国国家卫星海洋应用中心 19 1.3.2 美国国家航空航天局 20 1.3.3 美国国家海洋和大气管理局 20 1.3.4 美国海军研究实验室 20 1.3.5 美国伍兹霍尔海洋研究所 20 1.3.6 美国斯克利普斯海洋研究所 21 1.3.7 欧空局 21 1.3.8 加拿大遥感中心 21 1.3.9 法国国家空间研究中心 21 1.3.10 法国海洋开发研究院 22 1.3.11 德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心 22 1.3.12 英国国家海洋中心 22 1.3.13 英国国家遥感中心 23 1.3.14 日本宇宙航空研究开发机构 23 1.3.15 日本海洋科学技术中心 23 1.3.16 荷兰海洋研究所 23 1.3.17 挪威极地研究所 24 1.3.18 波兰科学院海洋研究所 24 1.3.19 俄罗斯科学院希尔绍夫海洋研究所 24 习题 25 参考文献 25 第2章 海洋遥感的基本原理 26 §2.1 遥感辐射基础 26 2.1.1 麦克斯韦方程组 27 2.1.2 电磁波的基本特性 28 2.1.3 电磁辐射的度量参数 30 2.1.4 电磁辐射的基本定律 35 §2.2 大气辐射传输 38 2.2.1 大气及其传输特性 38 2.2.2 可见光与近红外遥感的大气传输 41 2.2.3 热红外辐射的大气传输 46 2.2.4 微波辐射的大气传输 49 §2.3 电磁波与海水的相互作用 50 2.3.1 可见光近红外与海水的相互作用 51 2.3.2 红外辐射与海水的相互作用 56 2.3.3 微波辐射与海水的相互作用 58 习题 65 参考文献 65 第3章 海洋遥感平台和传感器 67 §3.1 卫星轨道 67 3.1.1 地球同步轨道 68 3.1.2 太阳同步轨道 69 3.1.3 近赤道低倾角轨道 70 3.1.4 高度计卫星轨道 70 §3.2 卫星传感器分类 72 3.2.1 主动与被动传感器 72 3.2.2 成像与非成像传感器 74 3.2.3 扫描与非扫描方式传感器 74 §3.3 卫星分辨率 76 3.3.1 光学遥感分辨率 76 3.3.2 微波遥感分辨率 78 §3.4 典型用于海洋遥感的卫星与传感器 80 3.4.1 海洋遥感卫星的分类 80 3.4.2 海洋水色/水温卫星 81 3.4.3 海洋地形卫星 90 3.4.4 海洋动力环境卫星 92 习题 97 参考文献 98 第4章 海洋水色遥感 99 §4.1 水体的光学特性 99 4.1.1 表观光学特性 99 4.1.2 固有光学特性 100 4.1.3 水体中重要的光学组分 102 §4.2 水体生物-光学模型 103 4.2.1 水体成分的固有光学特性及模型 103 4.2.2 二类水体的固有光学特性 105 §4.3 水色遥感资料的处理 105 4.3.1 水色遥感资料的预处理 105 4.3.2 水色要素反演 110 4.3.3 水色遥感产品的类型和级别 116 习题 117 参考文献 117 第5章 海洋表面温度遥感 119 §5.1 红外遥感概述 119 §5.2 海洋表层的热结构 120 5.2.1 海水的红外特性 120 5.2.2 海水皮层效应与表层温度结构 122 §5.3 海洋-大气红外辐射传输 123 5.3.1 红外辐射传输方程 123 5.3.2 红外遥感的有关因素分析 125 §5.4 海洋表面温度反演与校正方法 129 5.4.1 单通道大气校正与海温反演 129 5.4.2 多通道大气校正与海温反演 129 5.4.3 多角度观测的大气校正 132 §5.5 海洋表面温度遥感资料的处理 132 习题 134 参考文献 134 第6章 海洋微波遥感 136 §6.1 海洋表面风场遥感 136 6.1.1 海洋表面风场的反演原理 137 6.1.2 卫星微波散射计的数据产品 146 §6.2 海洋表面动力地形测量 147 6.2.1 卫星高度计的测高原理及误差修正 148 6.2.2 卫星高度计测波（或浪）原理 152 6.2.3 卫星高度计的数据产品 156 §6.3 海洋内波遥感探测 157 6.3.1 海洋内波的物理海洋描述 158 6.3.2 海洋内波的合成孔径雷达探测 161 6.3.3 合成孔径雷达的数据产品 165 习题 166 参考文献 166 第7章 海洋遥感定标与真实性检验 169 §7.1 海洋遥感定标与检验的现场测量 169 7.1.1 现场测量平台 169 7.1.2 光学与红外遥感的现场测量 173 7.1.3 微波遥感的现场测量 180 §7.2 海洋遥感的辐射定标 181 7.2.1 辐射定标的基本概念 181 7.2.2 可见光和红外遥感的辐射定标 181 7.2.3 微波遥感的辐射定标 185 §7.3 海洋遥感产品的真实性检验 188 7.3.1 遥感产品的真实性检验 188 7.3.2 海洋可见光和红外遥感产品的真实性检验 190 7.3.3 海洋微波遥感产品的真实性检验 193 习题 195 参考文献 196 第8章 海洋遥感的应用 198 §8.1 海洋遥感资料应用技术 198 8.1.1 海洋遥感资料重构 198 8.1.2 海洋遥感资料融合 199 8.1.3 海洋遥感资料同化 201 §8.2 海洋遥感技术在海洋环境监测中的应用 203 8.2.1 水色三要素遥感监测 203 8.2.2 透明度遥感监测 206 8.2.3 浒苔绿潮遥感监测 209 8.2.4 马尾藻金潮遥感监测 212 8.2.5 海冰遥感监测 214 习题 219 参考文献 219

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