海洋遥感探测技术应用全解析

1.海浪遥感在海冰边缘地区的应用

在海冰覆盖地区，海浪的运动能够改变海冰的形态和位置分布，运动的海浪能够将连续的冰盖打碎，持续的海浪运动可以生成一个海冰与海洋之间变化的浮冰地区。我们可以依靠SAR监测海浪在海冰缓冲区域的传播来了解两个问题：一是了解海浪在浮冰区的传播，二是了解SAR在浮冰区的成像机理。在浮冰区，浮冰就像是一个低通滤波器，基本上消除高频海浪，使得SAR不再依赖布拉格散射，方位向截止程度也降低。这使得SAR图像上速度聚束更明显。相比进入浮冰海域之前的海浪SAR图像，浮冰地区的海浪SAR图像成像更清晰，因此通过SAR图像对海浪进行反演能够有效地监测到海面浮冰信息。

2.海浪遥感在海洋风暴监测领域的应用

发生在大西洋和北太平洋地区强（最大风速达32.7米/秒，风力为12级以上）热带气旋称为飓风，也泛指狂风和任何热带气旋以及风力达12级的任何大风。飓风中心有一个风眼，风眼愈小，破坏力愈大，其意义和台风类似，只是产生的地点不同。

飓风产生于热带海洋的一个原因是因为温暖的海水是它的动力“燃料”，它一般伴随着强风、暴雨，严重威胁人们的生命财产，对于民生、农业、经济等造成极大的冲击，是一种影响较大、危害严重的自然灾害。在北半球，台风呈逆时针方向旋转，而在南半球则呈顺时针方向旋转。

SAR能够检测海洋飓风产生的波浪，预测海浪的变化，监测海浪能量的传播。研究表明飓风区域的扇形波浪是由旋风引起的。遥感手段通过反演海浪能对飓风进行预测，警报通常在其可能到来前24小时发布，对提前进行防风准备，海上航行般只避风或躲开飓风即将经过的路线具有重要意义。

3.海浪遥感在波群监测中的应用

在实际的海洋中，经常可以观察到这样一种现象，其主要特征是在固定地点，有时出现振幅大的波动，有时出现振幅很小的波动，两者相继交错发生。看起来大波是一群一群出现的，所以这种现象叫做波群。当许多周期和波长不同但很相近的简单波动沿着同一方向传播时，就会形成波群。它是伴随着海浪经常出现的一种自然现象，且经常伴随大浪的出现而出现。实践证明，波群具有极大的破坏力，其破坏性远比单个波大得多，它是海浪破坏海洋工程建筑物的重要因子，许多防波堤被破坏并非是由单个波的作用，而是由相继出现的几个大波（波群）作用的结果。早先，人们对波群这种常见的现象研究甚少。自1974年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤被破坏之后，对波群的研究才日益受到重视。(www.xing528.com)

传统的波群测量都是用固定的浮标进行测量，它受到空间限制，因此不能对波群进行有效的监测。目前，SAR卫星能够提供单个波浪或者波群的信息，过去的二十年间ERS Envisat-1/2卫星持续地观测了海面波浪的信息，这些数据可以用来对全球范围内的波群进行研究。

利用一个基于小波的边缘检测方法和包含边缘自由区域的区域增长算法，能够估计波群的大小和波数。小波系数可以测量与波高和波陡有关的边缘强度，因此比周围海域高或者陡的波群能够被监测并分离出来。

过去几十年间，在船只航行过程中，很多船只在波浪高的危险水域发生航行事故，通过卫星遥感手段，将全球的高波浪危险地区检测出来，能够有效地避免船只进入这些危险地带。

4.Envisat波模式SAR数据反演全球海浪的应用

高质量的海浪参数对于全球海浪数值预报、海洋灾害预报、海-气相互作用研究和全球气候变化研究无疑是十分重要的。欧洲中期天气预报中心（ECMWF）已经把SAR波模式数据同化入海浪数值预报业务化运行。

欧空局卫星计划中设置的SAR波模式属于一种低数据率工作模式，每隔100km左右对5×10km小区域成像，可以获取全球范围的海浪观测数据。利用波模式SAR得到的海表二维图像，可以反演得到海浪二维方向谱，进而可以获得海浪频谱，并且还可以计算出有效波高、平均波周期、海浪传播方向等重要海浪参数。

SAR波模式数据为海浪全球观测提供了丰富的数据来源，从2002年Envisat阶段开始，SAR波模式数据本身，及通过该数据得到的图像交叉谱以及利用准线性反演算法得到的海浪谱都作为标准产品提供给用户。时至今日，已经积累了近20年SAR波模式数据，而且欧空局的后续遥感环境卫星Sentinel-1仍继续提供波模式数据。SAR波模式数据资料的时间积累正在经历着一个由量变到质变的过程，使得SAR对海浪的观测从年际尺度扩展到了年代际尺度。联合利用SAR波模式数据以及高度计和散射计数据可以研究全球风候和波候，以便更好地理解海浪对全球气候变化的影响。