陈晓玲教授--海洋遥感技术与应用

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:[e-mail]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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10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（0.05-0.38um）、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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”我国的海洋遥感观测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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/化学参数规划调度决策预警耦合主要思路28“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。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观测经验长江中下游湖泊群滇池长江源水位计叶绿素传感器多参数水质传感器无线局域网接入GPRS接入卫星接入传感器数据采集中心水位计叶绿素传感器多参数水质传感器无线局域网接入GPRS接入卫星接入传感器数据采集中心Lake-wetland-watershedeco-systemmodelingandmanagement注册中心数据处理分析模型预案仿真参数获取优化布局仪器设备支撑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LEICAADS40推扫式航测仪LiDARLEICAALS50Ⅱ机载激光扫描系统无人遥感直升机平台船载观测平台水质观测水文观测光学观测船载观测平台—水质观测水面潜水泵一级过滤器测量舱测量舱数据采集器电池舱排水口排水口现场控制显示中心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GeoSwathPlus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——湖底地层信息船载观测平台—光学观测102F傅里叶变换热红外光谱仪NECH2640热红外成像仪SVCHR1024光谱仪OceanOpticsHR2000光谱仪Trios水下光谱仪wetlabs水下光场测量系统成像光谱仪—野外观测平台37HeadWall可见光近红外成像仪其余可搭载传感器—大气参数LIDARHOBO小型气象站CE318太阳光度计MICROTOPsII手持式太阳光度计实验室分析平台—水质参数有色溶解有机物吸收系数测定系统Multisizer3库尔特粒度分析与颗粒计数仪ElementarvarioMacroCNS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支撑条件—卫星地面接收站泰国高分辨率卫星（接收系统已建成）MODIS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水上测量与样品采集水下观测-DeepBay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2.3–3.211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RemoteSensingofEnvironment.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.RemoteSensingofEnvironment.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GeophysicalResearchLetters第48页水质：鄱阳湖HJ卫星CCD悬浮泥沙反演CloudHJ-1BCCD2,2008年10月2日HJ-1ACCD2,2008年10月20日水质：鄱阳湖悬浮泥沙浓度变化与采砂活动分析492000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，2008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HJCCD浊度苏北浅滩水质：珠江口NOAA悬浮泥沙浓度时空变化分析第51页时间:1995～2000影像数:152传感器:AVHRR/NOAA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2020/1/26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55迎流测水位抬高桥墩截面收缩作用，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a)数值模拟结果（16/6/2005）;c)遥感反演结果（MERIS,16/6/2005）;b)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监测与预警：流域地表过程模糊分类遥感获取LUCC土壤侵蚀Soilerosiondistributionpatternin1990and2000Rateofsoilerosionchangefrom1990to200019902000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/°11518.886.61137901.656.29257033.529.1123993.9812.86144317.889.77263068.828.6332389.763.63157371.423.87271303.908.5944280.262.89162613.746.09282584.5713.0252231.015.43176425.5710.04292802.1912.1867980.469.59182176.089.12302720.169.88710067.889.13196201.355.35314055.879.5981662.495.58205016.187.49324673.919.7094280.261.36215177.267.90333058.078.89103216.691.82229049.928.17347709.599.89114426.058.70234232.469.56352309.