海洋遙感是指以海洋及海岸帶作為監測、研究對象的遙感，包括物理海洋學遙感，生物海洋學和化學海洋遙感等。海洋遙感（ocean remote sensing）利用感測器對海洋進行遠距離非接觸觀測 ，以獲取海洋景觀和海洋要素的圖像或數據資料。
基本介紹
- 中文名：海洋遙感
- 外文名：ocean remote sensing
- 分類：海洋光學遙感、微波遙感
簡介,基本原理,基本性能,基本特徵,遙感方式,套用,發展情況,相關情況,
簡介
海洋不斷向環境輻射電磁波能量，海面還會反射或散射太陽和人造輻射源（如雷達）射來的電磁波能量，故可設計一些專門的感測器，把它裝載在人造衛星、宇宙飛船、飛機、火箭和氣球等攜帶的工作平台上，接收並記錄這些電磁輻射能，再經過傳輸、加工和處理，得到海洋圖像或數據資料。遙感方式有主動式和被動式兩種：①主動式遙感。先由遙感器向海面發射電磁波，再由接收到的回波提取海洋信息或成像。這種感測器包括側視雷達、微波散射計、雷達高度計、雷射雷達和雷射螢光計等。②被動式遙感。感測器只接收海面熱輻射能或散射太陽光和天空光的能量，從中提取海洋信息或成像。這種感測器包括各種照相機、可見光和紅外掃瞄器、微波輻射計等。按工作平台劃分，海洋遙感可分為航天遙感、航空遙感和地面遙感3種方式。
海洋遙感
海洋遙感海洋遙感技術，主要包括以光、電等信息載體和以聲波為信息載體的兩大遙感技術。
海洋遙感技術是海洋環境監測的重要手段。衛星遙感技術的突飛猛進，為人類提供了從空間觀測大範圍海洋現象的可能性。目前，美國、日本、俄羅斯等國已發射了10多顆專用海洋衛星，為海洋遙感技術提供了堅實的支撐平台。
基本原理
海洋不斷地向周圍輻射電磁波能量，同時，海面還會反射（或散射）太陽和人造輻射源（如雷達）照射其上的電磁波能量,利用專門設計的感測器,把這些能量接收、記錄下來,再經過傳輸、加工和處理,就可以得到海洋的圖象或數據資料。
基本性能
海洋遙感系統必須具備如下性能：①具有同步、大範圍、實時獲取資料的能力，觀測頻率高。這樣可把大尺度海洋現象記錄下來，並能進行動態觀測和海況預報。②測量精度和資料的空間分辨能力應達到定量分析的要求。③具備全天時(晝夜)、全天候工作能力和穿雲透霧的能力。④具有一定的透視海水能力，以便取得海水較深部的信息。
基本特徵
海洋遙感與陸地遙感相比，具有明顯的特點。
1、海洋反射信號弱，現象間光譜差異小。海洋遙感探測中，大氣影響是一個不可忽略的因素。在感測器所接收的輻射能中，大氣路程輻射比海洋本身輻射高一個數量級，占據了信息的絕大部分。故大氣校正是開展海洋衛星遙感的一個必不可少的步驟。在陸地遙感中， 陸地上的地物波譜差異較大，不同地物具有不同的“地物譜”，加之地物反射或發射電磁波的能力較強，感測器能夠接收到較強的信號，並能在感測器上得到很好的反映。在同一大氣條件下，大氣對不同地物輻射的影響是一致的。因此，如不作絕對定量研究，即使不做大氣校正工作，仍可以提取到滿足套用要求的地物信息。
2、海洋遙感理論性強。海洋遙感從數據的預處理到專題信息提取都是理論性很強的工作。在信息處理中，大氣輻射理論、海洋各種要素的遙感機理、反演模式等，都涉及海洋學、物理學、地理學等眾多學科，是理論性很強的科學。
3、影響海洋要素遙感信息的因素多。海洋要素處於廣闊的動態空間中，受到眾多因素的影響。 比如泥沙含量就受許多海況要素的影響，海面風會阻止懸浮泥沙下沉；波浪則會掀起海底沉積物；潮流能使海水挾沙混合運動增強；溫差則會造成海水上下渦動；沉積物和底質會影響懸浮泥沙的濃度。這些因素影響了海水泥沙含量，最終影響到所獲取的泥沙遙感信息。因此，海洋要素隨時受到不同因素的影響，遙感信息呈現很強的時態性。這使得在海洋要素遙感信息分析時，必須考慮探測周圍環境中的主要影響因素，如所研究海區的特徵和探測時的海況條件 (如海面風、浪、流等)，以便得到正確的結論；在海洋遙感信息提取時，海洋要素的反演模式也變得較為複雜。
4、海洋遙感的特性描述方法不同於陸地遙感。 陸地地物因光譜差異明顯，往往具有特定的“地物光譜”。而海洋表層性質較為均一，反射度和對比度都較小，難以發現不同海洋要素的特徵光譜。海洋遙感是通過其它參數反映海洋要素特徵的。其中海水吸收係數、體散射函式、散射係數、衰減係數、相函式和單次散射反射比是幾個重要的海洋參量，可用來描述海水本身特徵的，我們稱之為海洋要素的“地物譜”。 比如海水吸收係數 ,是描述電磁波在傳播過程中由於海水的吸收引起強度衰減的一個物理量，它隨海水成分如鹽、葉綠素及懸浮物等的變化而變化。不同的海水吸收係數，反映了成分或成分含量不同的海水。
5、海洋遙感要求感測器有較高的時間分辨力。 廣闊的海洋是時刻處於運動中的水體，比如海洋動力環境要素中的海面風場、浪場、流場、潮汐及渦旋等等，都是瞬息變化的要素。因此，海洋遙感的時域特性是很重要的，只有保持海洋觀測很好的動態性，才能及時準確地反映海洋要素的變化過程。相對而言，陸地遙感中，往往地物變化周期要長得多，動態性要差得多。
6、海洋遙感對感測器的光譜解析度要求高。 因為不同海洋要素光譜差異很小，故只有把感測器波段細化，才能使海洋要素得到很好的反映。 如SeaWiFS就把可見光分為 7個波段 (波長分別為 443 nm, 490 nm, 510 nm， 520 nm, 550 nm, 670 nm, 750 nm)，波段範圍較窄，以適應不同水色要素的探測要求。
遙感方式
按照感測器工作方式，可以把海洋遙感劃分為主動式和被動式兩種。主動式遙感，感測器向海面發射電磁波,然後接收由海面散射回來的電磁波,從散射回波中提取海洋信息或成象。主動式感測器包括側視雷達、微波散射計、雷達高度計、雷射雷達和雷射螢光計等。被動式遙感,感測器不發射電磁波,只接收海面熱輻射能量或散射太陽光和天空光能量，從這些能量中提取海洋信息或成象。被動式感測器有各種照相機、可見光和紅外掃瞄器、微波輻射計等。按工作平台劃分，海洋遙感則可分為航天、航空和地面三種遙感方式。
套用
海洋遙感主要套用於調查和監測大洋環流、近岸海流、海冰、海洋表層流場、港灣水質、近岸工程、圍墾、懸浮沙、淺灘地形、沿海表面葉綠素濃度等海洋水文、氣象、生物、物理及海水動力、海洋污染、近岸工程等方面 。近年來對於海岸帶及海島的遙感尤為活躍，它可以提供跟蹤大尺度洋流、中尺度渦流實時調查信息 (包括風浪場的準確信息)、海面上空的雲圖和風暴潮及颱風信息、海洋初級生產力和海洋生物環境方面的信息、有關重力場、海平面、大地水準面等海面地形的測高資料及快速大尺度監測和區分海面溢油及其它海面污染的方法與圖像等方面信息。
發展情況
海洋遙感始於第二次世界大戰期間。發展最早的是在河口海岸製圖和近海水深測量中利用航空遙感技術。1950年美國使用飛機與多艘海洋調查船協同進行了一次系統的大規模灣流考察，這是第一次在物理海洋學研究中利用航空遙感技術。此後，航空遙感技術更多地套用于海洋環境監測、近海海洋調查、海岸帶製圖與資源勘測方面。從航天高度上探測海洋始於1960年。這一年美國成功地發射了世界第一顆氣象衛星"泰羅斯-1”號。衛星在獲取氣象資料的同時，還獲得了無雲海區的海面溫度場資料，從而開始把衛星資料套用于海洋學研究。美國1978年又發射了“海洋衛星-1”號（見海洋衛星）。蘇聯也於1979年和1980年先後發射了兩顆海洋衛星“宇宙-1076”號和“宇宙-1151”號。
相關情況
相關情況中國從1977年開始海洋遙感技術的研究，並先後在海岸帶與灘涂資源調查、海洋環境監測、海冰觀測、海洋氣象預報、海洋漁場分析、大尺度海洋現象研究和基礎理論工作中進行了遙感技術的試驗，其中颱風跟蹤、海冰遙感和海洋環境污染航空遙感監測已進入實用階段。
目前遙感技術已套用于海洋學各分支學科的各個方面。海洋遙感技術的套用，使得內波、中尺度渦、大洋潮汐、極地海冰觀測、海－氣相互作用等的研究取得了新的進展。如氣象衛星紅外圖象，直接記錄了海面溫度的分布，海流和中尺度渦漩的邊界在紅外圖象上非常清晰。利用這種圖象可直接測量出這些海洋現象的位置和水平尺度，進行時間系列分析和動力學研究。但是，某些感測器的測量精度和空間分辨力還不能滿足需要，很難做到定量測量；有的遙感資料不夠直觀，分析解譯難度很大；感測器主要利用電磁波傳遞信息，穿透海水的能力較弱，很難直接獲得海洋次表層以下的信息。因此，有待進一步改進。
相關情況
探索中國海洋遙感之路
海洋報記者張向冰（2004-10-15） 進入21世紀以來，遙感技術日益成為備受國際科技界關注的熱點。從套用的領域來看，科學家們通過對現狀的調查，總結出遙感科技主要有三個方面：一是陸地遙感；二是海洋遙感；三是氣象遙感。其中，科技難度係數最大的當屬海洋遙感。 “目前，我國海洋遙感技術與國際先進水平尚有較大差距，但有些部分是領先的。”10月12日，北京大學遙感與地理理信息系統研究所所長童慶禧院士，在第三屆西北太平洋海洋遙感國際研討會上，向本報記者介紹和分析了原因。一是起步較晚。我國在2002年才發射了第一海洋衛星，而已開發國家早在幾十年前就完成了這項任務；二是我國海洋遙感整體技術與先進國家有差距。原因是我國海洋遙感技術研究的基礎非常薄弱，技術隊伍不成熟；三是針對海洋遙感問題研究的深度和廣度，以及對其機理研究還沒有形成系統。童院士稱，由於海洋是全球性系統，因此要從全球的範圍進行科學研究。而我國主要還局限於近海研究和觀測，監測的範圍很小；四是對海洋遙感空間數據綜合分析能力明顯不足，主要是研究隊伍與實際需要存在差距。因此，要不斷擴大科研隊伍的建設。
在差距面前，如何審視中國海洋遙感科技？童慶禧院士認為，我國十分重視海洋遙感技術的發展，特別是我國在海洋衛星研究方面有著自己的特色。目前，正在準備發射第二顆海洋衛星，將來還要研製和發射一系列海洋衛星，這將大大縮短與世界先進國家在海洋遙感技術上的距離。目前，我國海洋衛星遙感技術，以及剛剛裝備的海洋監測飛機，已經在海洋環境監測等諸多方面發揮了重要的作用。同時還要通過遙感技術研究，建立我國獨特的遙感海洋科學，使之達到世界先進水平。
據了解，當今世界一些瀕臨海洋的已開發國家，都非常重視海洋遙感研究與發展。美國於1978年就發射了海洋衛星；日本在20世紀90年代初期也已發射了海洋衛星；俄羅斯有一系列衛星，其中“宇宙”系列衛星就包含了海洋遙感觀測技術；歐洲資源衛星主要以海洋為目標，以法國為代表；北歐海洋遙感與觀測技術的代表則首推挪威和瑞典。
那么，如何尋找到一條適應我國海洋遙感科技的高速發展之路？“拓展我國與國際間合作是必由之路。”國家海洋局第二海洋研究所潘德爐院士認為，我國海洋遙感雖然起步較晚，套用水平也不足，發展前景卻十分廣闊。只有通過加強國際間合作，才能促進我國海洋遙感事業不斷前進。目前，我國正與日本、韓國合作，進行海洋遙感監測與速報技術的研究。如果獲得成功，將使我國海洋衛星監測技術處於世界領先地位。到那時，我們獲取海洋環境信息，就像我們現在聽天氣預報一樣便利。
中國科學院南海海洋研究所博士生導師唐丹玲教授從事遙感技術研究整整十年。作為剛從日本回到祖國工作的“海歸派”，她認為我國遙感技術與國外先進國家雖然有一定距離，但整體實力上我國進步很快，基本接近世界先進水平。但我國的海洋遙感技術研究，仍需進一步加強國際間合作。由於海洋遙感技術本身具有的特性，也要求了這是一項國際間合作性的學科。她回到國內後，很快建立了熱帶海洋環境動力學重點實驗室，希望利用國內現有的條件，不斷地把國外先進的海洋遙感技術“帶進來“，帶出一支實力派的海洋遙感科技隊伍，為國家海洋遙感科學事業作出貢獻。
國際間合作，無疑已成為我國海洋遙感發展的必由之路。但是，發展我國海洋遙感科學，缺少的僅僅是國際間合作，以及部分技術上的差距嗎？國家衛星海洋套用中心唐軍武博士對我國海洋遙感技術研究存在的問題，向記者做出了分析。他認為，國外海洋遙感技術的研究與發展很快，而且很有深度，區域性合作的觀念很強烈，特別是全球性海洋觀念很強。我們缺少的不僅僅是諸如遙感器等硬體技術上的距離，主要矛盾是我國學科分割現象太嚴重，導致不能夠有效地進行學科整合。僅從這一點來說，我們就與日本存在著相當大的觀念上的距離。日本在進行海洋遙感科學中，是建立在大學科和綜合背景之中進行的，只要對該海洋遙感研究有幫助的學科，都可以“拿來”進行交叉和整合，避免了重複研究和科研投資。而這一點我們做的還遠遠不夠。
“擴大國際間合作，重要的一點就是要實實在在地進行科學交流，而目前我們的思想觀念還相對保守。”北京大學遙感與地理信息系統研究所副教授曾琪明，面對記者無奈地指出“瓶頸”之痛。他認為，在核心技術保密的情況下，應適當向國外專家開放一些實驗室，以利於國際間學科的合作與交流，以利於學習、吸收國外一些新技術。這實際上是一個觀念問題，科學發展觀的理論支撐，離不開轉變傳統的思想觀念。海洋遙感科學亦概莫能外。
