遥感教程第14-13页

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The oceans teem with life but of course fish and even whales are not resolvable by the usual satellite sensors. But sealife has to eat and at the base of their foodchain is microscopic plant and animal life known as plankton. Algae, in particular, are fundamental food (even for whales). Being marine plants, they experience the same responses to light owing to chlorophyll content (absorbing in the blue and red). Satellites can determine plankton content by analyzing the color variations (mainly in the visible) of seawater inasmuch as much of the color changes correspond to presence of life. Two satellites, the Coastal Zone Color Scanner (CZCS) on Nimbus 7 and SeaWiFS provide valuable data on ocean color. This translates into practical information for the fisheries industry. Satellite sensors also are very effective in scoping the patterns of sediment distribution, using mainly the Vis-NIR bands.


czcs和Seafis

世界上的海洋(以及淡水体)充满了生命。海洋食物链的中心是浮游植物——一种在海水中光合化学物质的微型植物。这个过程取决于浮游生物中叶绿素a的含量,叶绿素a是一种能强烈吸收红光和蓝光的色素。随着浮游生物浓度的增加,光谱辐射也相应增加,在绿色区域达到峰值。含有浮游植物的上升流的大量水(通常与热对流有关)呈现出绿色,而深海蓝色的海水却几乎没有营养。

海岸带彩色扫描仪(CZCS)是专门研究海洋颜色特性的传感器。它于1978年10月启动,作为Nimbus-7仪器补充的一部分,一直运行到1986年底。它在四个波段中感知可见区域的颜色,每个波段的带宽为0.02微米,中心为0.44(1)、0.52(2)、0.57(3)和0.67(4)微米。第五个波段在0.7和0.8微米之间监测地表植被,第六个波段在10.5-12.5微米感知海面温度。在监测海洋颜色时,波段1(蓝色)测量叶绿素吸收;波段2(绿色)跟踪叶绿素浓度;波段3(黄色)对黄色色素(“gelbstoff”)敏感;波段4(红色)对气溶胶吸收反应。根据这些波段的数据,我们计算了叶绿素变化,这与海洋浮游植物的相对丰度密切相关,即波段1与波段2的比值(对于低于1.5 mg/m的浮游植物浓度而言)。3 )带2到带3(>1.5 mg/m3

在这里可以找到如何使用czcs和类似数据集的良好用户指南。 CZCS Starter Kit .

下一对图片是czcs颜色合成图:左边的图片强调了新英格兰海岸乔治河岸的叶绿素富集(红色)(bgr=波段3,2,1),而右边的图片则模拟了自然海洋颜色(bgr=波段1,2,3)。

|左图:CZCS彩色合成图,显示了新英格兰乔治银行和新斯科舍附近强叶绿素(主要是植物生命)的分布;1979年6月6日;右图:同一场景现在呈现为自然色。γ

利用所有相关波段的数据,我们得出如下结果:1978-1979年秋季至春季大西洋叶绿素浓度分布:

`|大西洋中的绿叶浓度平均为9个月。|

<originals/fig14_82.jpg>`uuu color key to previous image.。|

1978年至1986年间全球范围内叶绿素的平均分布如下:

Generalized distribution of chlorophyll based on integrating measurements made by CZCS from 1978 through 1986.

` <>`__14-33这些叶绿素分布图显示的浓度梯度似乎与逻辑(或直觉)背道而驰,因为最低数量的叶绿素(因此是浮游生物)在赤道和亚热带地区。这些区域温度越高,植物的生长量就越大(陆地上的热带地区也是如此)。这里是什么? **ANSWER**

我们可以将czcs的热数据与叶绿素关联起来,如图所示:

Chlorophyll concentrations measured by the CZCS in the Atlantic from North Carolina to Nova Scotia; temperature data added from another satellite.

在颜色编码中,蓝色代表浮游植物的最低水平,红色代表最高水平。热数据本身并没有直接影响到这幅图像的颜色合成,而是由另一颗卫星的热数据对水中的暖区和冷区进行标记。注意涡流或圆环。浮游植物倾向于沿着温暖的核心环(顺时针旋转)的边缘集中,但集中在寒冷的核心环(逆时针运动)。这些环的运动类似于大气高压和低压系统的循环。暖核环可以延伸数百公里,如这张HCMM,夜间红外,热成像(左或上)所示,它显示了在非洲海岸加那利群岛附近的大西洋水域中不同发展阶段和连贯性的“旋回”。冷核环的形状通常不太好,但可能在1976年6月19日冰岛西南海岸水域的Landsat-1波段4(绿色)图像(右侧或底部)中显示;浮游植物的浓度部分与也可能与sedi有关的较浅色调有关。“黑暗”。

` <>`__14-34在上面的两幅图像中,漩涡似乎是以什么方式旋转的? **ANSWER**

这些观测类型(海洋颜色和热模式)有助于确定大型鱼群可能生活的位置,因此商业和体育渔民积极应用它们来确定当前最佳的渔业位置。

CZCS的后续产品是美国航天局戈达德的海景传感器,于1997年8月1日成功发射。它是由轨道成像公司(OrbImage)运营的商业卫星OrbView-2(原名Seastar)上的主传感器。传感器系统再次监测海洋颜色的变化,特别是由浮游生物和其他海洋生物浓度引起的变化,这些浓度强烈地减缓了叶绿素的反应,可以从光谱上检测到。因此,主要目标是:1)量化海洋浮游生物的产量;2)确定物理/生物过程的可观测耦合;3)表征河口和沿海生态系统。我们在这里显示主传感器:

SeaFis传感器由8个通道组成,分别为:412、443、490、510、555、670、765和865纳米(纳米:1微米=1000纳米),每个通道的带宽为20或40纳米。仪器可偏离最低点±58度。从705公里(438英里)的轨道高度来看,局部区域覆盖(LAC)模式的空间分辨率约为1.1公里(0.68英里)(在最低点的最佳分辨率为0.6公里),在全球区域覆盖(GAC)模式下,为4公里(2.5英里)。铺条宽度为:lac=2801 km,gac=1502 km。有关此仪器的更多信息(加上其他图像)可在线访问: SeaWiFS .

像czcs一样,海带产生区域尺度的图像,其中旋涡和环流模式是明显的。在这片北美大陆西部的视野中,围绕夏洛特女王的不列颠哥伦比亚海岸形成了海洋旋涡;在西部,仍然是云形成的另一个漩涡状图案。

海洋生物基金会做得很好的一项工作是监测沉积模式。下面是墨西哥湾西部的一幅图像,显示沉积为棕色或绿色(沉积物浓度低得多,但足以将水色改为浅色调)。(将这张图片与下面的四幅插图联系起来。)

但海洋国际单项体育联合会的主要工作是监测海洋中的有机活动。这是一张具有特色的区域地图,利用1997年9月4日至11月20日的数据,使用与czcs相同的颜色编码,显示了海藻衍生的全球叶绿素含量:

接下来的两张图片显示了1997年9月30日在美国东部海岸绘制的(顶部)叶绿素图,以及9月25日在佛罗里达州南部绘制的(底部)海洋颜色图,绿色表示浮游植物浓度很高。

Colorized SeaWiFS image showing chlorophyll content off of the East Coast of the U.S., September 30 1997.

Colorized SeaWiFS image showing phytoplankton concentrations and ocean color off of southern Florida, September 25 1997.

浮游藻类的叶绿素响应也很强。赤潮是一种非常可怕的藻类形式,它会隐藏并释放毒素,这种毒素对鱼类和贝类(如牡蛎)来说是致命的。1999年3月1日,墨西哥湾东北部的海景图片(浅蓝色绿色)显示了该藻华的近岸浓度:

2002年冬季,另一次不同性质的藻华影响了佛罗里达群岛以北的墨西哥湾东部。海水变黑了一段时间,然后又变成棕绿色。开花的面积比平时大。从船上看,水确实是黑色的。水华中的鱼没有被杀死,但仍然离开了该地区,直到水藻消失。这是一幅海景图片,上面是水华的高度:

Seafis制作了一张引人注目的图片,显示了挪威及周边国家波罗的海和大西洋中浮游生物的藻华,数量与绿叶数有关:

浮游生物浓度(由其叶绿素特征显示)对水温非常敏感。因此,1990年代末与厄尔尼诺事件有关的热带水域的显著温度变化可以成为浮游生物分布的控制因素,如1998年5月这两张海况图片所示,其中浮游生物以大量(右插图扩大)的形式作为温度出现。在它所代表的区域中放置:

加拉帕戈斯群岛周围的浮游生物分布和一片海洋

由海平面确定的温度变化。|

` <>`__14-35想象一下你是一个商业渔民。你将如何利用卫星图像找到最好的渔场? **ANSWER**

我们还可以使用来自Seafis的传感器数据,以局部到全局的比例绘制陆地表面。我们在介绍部分的结尾处展示了一幅全球的、真实的地球彩色地图。下一张Seafis图像描绘了气象/海洋学类卫星的另一个用途,即监测非洲撒哈拉沙漠西北部吹入海中的沙尘暴:

Adeos,这颗不幸但最有前途的多传感器卫星,有两种仪器可以进行海洋颜色和浮游植物评估。下面第一幅是1997年1月由OCTS(海洋颜色和温度扫描仪)拍摄的全球图像,下面是1997年4月由波尔德拍摄的地中海全景图。

正如在本教程其他地方的几个图像中所看到的,主要以0.4到0.7微米的光谱间隔工作的传感器能够监测沉积物(电流驱动)在循环中甚至在静水中的分布。可以定量评估非常接近水面的水域中沉积物的密度。实际上,现场测量可以提供校准点来确定密度。这里有一个例子,用来测定旧金山湾和Peninsula海岸附近沉积物密度的变化。 page 16-10 对于互补图像)。

在旧金山附近海域沉积物的分布,由ASTER测量。

南佛罗里达湾北部和邻近的圣帕布罗湾的高密度是由于沉积物从萨克拉门托河流入这些水域。


主要作者:Nicholas M.Short,高级电子邮件: nmshort@nationi.net