卫星遥感海表温度反演研究

我国遥感技术应用于海洋渔业的研究始于八十年代初。当时东海水产研究所立项开展了气象卫星红外云图在海洋渔业上应用的可行性研究，并通过与上海交大的合作在通用微机图像处理上开发成功利用外部定标方法提取卫星红外云图中的海面水温信息技术。在此基础上，同时采集利用非遥感源的海况环境信息和渔场作业生产情况，经过综合分析，手工制作成东海渔区海渔况速报图。从1987年冬汛开始，定期连续向渔业生产单位提供信息服务。1991年在上海市科委的支持下，东海水产研究所与上海气象科学研究所合作开展了气象卫星海渔况情报业务系统的应用研究。主要开展气象卫星遥感海面信息的接收与处理，海渔况信息的实时收集与处理，东海环境历史资料的统计与管理，海渔况速报图与渔场预报图的实时制作与传输，海渔况速报图的应用等方面的研究。其研究成果水平基本达到当时日本同类水平。

国家海洋局海洋环境预报中心、海洋技术研究所等单位在海军航空兵的配合下，也曾在80年代对东海近海冬季带鱼汛渔场作了航空遥感测温速报的试验，取得了良好的效果。在此期间，国家海洋局第二海洋研究所与生产单位配合，也曾进行过卫星遥感海渔况速报的试验工作。

国外在这一领域开展较早，技术水平也高于我国，美国SST在线公司已在互联网上更新发布美国东海岸北部沿岸渔区的海面温度图[1]，提供给这一地区的渔业作业者。

McClain[1985]等人采用多通道（MCSST）AVHRR反演算法对海表温度进行监测[2]，使海温反演精度有较大提高，达0.7度。从80年代初开始，美国国家环境卫星数据信息服务中心（NESDIS）向社会提供全球范围大尺度的海水表面温度场分布图，目前其采用非线性反演算法（NLSST）求取SST。

2 海表温度反演模型研究

利用现有遥感技术建立的海温反演模型有两种求解方法[3]，一种是理论方法，基于大气物理模型的方法，要求对大气及海洋各项参数有较准确的了解，对其物理机制及相互间关系能正确的描述，该方法的优点是准确且时空变化适应性强，由于很难确定当时当地海洋大气状况[4]，特别是水汽垂直分布状况，为此采用另一种方法——间接方法即统计回归的方法，该方法的优点是需要参数少，对一定区域精度高，缺点是区域适应性差。

（1）计算公式说明

非线性法反演的计算公式[5]如下：

SST = aT4 + bTfld(T4 - T5) + c(T4 - T5)(secθ ?1 ) + d;

式中：

SST: 海表温度，单位摄氏度；

a, b, c, d: 为模型系数，由回归分析得到；

T4, T5: 为NOAA第4，5通道亮温，单位K；

Tfld : 为海表温度的预先估值，可通过实测或估计得到，这里通过多通道法进行估计，计算公式如下：

SST = aT4 + b(T4 - T5) + c(T4 - T5)(secθ ?1 ) + d;

式中变量意义及求取方法同上。

θ:卫星观测角，可通过下式计算：

θ= sin-1 [((R + h) / R)( sinφi )];

式中：

R: 地球半径（=6378.388km）;

h: 卫星高度（=833km）;

φi : 卫星扫描角，通过下式计算：

φi = - 55.4 + 55.4 i / 1024;

式中：

i: 某象元在扫描行中的扫描序号；

（2）船舶报及卫星数据处理

在使用过程中，发现船舶报数据空间分布较均匀，但数值不太稳定，因此，对经纬度1度范围内，相邻点数值差大于2.5的点作为奇异值作剔除处理。

卫星数据处理则较复杂。从NOAA接收系统得到的AVHRR数据（1b格式），首先经过预处理，包括数据定标、可见光及近红外通道的太阳高度角订正、热红外通道的普朗克公式亮温计算及临边变暗订正和麦卡托投影，得到可见光及近红外通道的反射率和热红外通道的亮温。然后作云检测，先作反射率云检测和亮温云检测，再作综合云检测，得到云检测的亮温数据，即可参加回归分析。共使用了95-98年的30多轨NOAA-14 AVHRR数据。

（3）模型系数

对搜集的76规的卫星数据进行了处理，对12个月反演模型进行了修改。由于4、5两通道差值DeltaT代表了大气水汽的成分含量，使用T4-T5将数据分为两类，以2.0为界限划分，使模型精度大为提高。其结果如表1-表4。

DeltaT<=2.0

表.1 MCSST 模型参数及使用数据（d=-280）

　 a
 b
 C
 
1月
 1.0311
 0.579
 1.4655
 
2月
 1.0221
 1.8552
 0.4817
 
3月
 1.0221
 1.8552
 0.4817
 
4月
 1.03944
 1.80363
 -0.78354
 
5月
 1.02284
 2.10089
 -0.6772
 
6月
 1.0245
 1.7132
 2.9412
 
7月
 1.0245
 1.7132
 2.9412
 
8月
 1.0322
 0.5987
 -0.5569
 
9月
 1.0322
 0.5987
 -0.5569
 
10月
 1.0306
 0.83196
 1.13087
 
11月
 1.03272
 2.6155
 0.8637
 
12月
 1.0231
 1.9856
 1.1878
 

表.2 NLSST模型参数及使用数据(d=-260)

　 a
 b
 C
 
1月
 0.9601
 0.05742
 0.753
 
2月
 0.95205
 0.127
 0.226
 
3月
 0.95205
 0.127
 0.226
 
4月
 0.96508
 0.04737
 -2.5486
 
5月
 0.9534
 0.10736
 -1.18396
 
6月
 0.9564
 0.07654
 2.0762
 
7月
 0.9564
 0.07654
 2.0762
 
8月
 0.9638
 0.0309
 -0.6976
 
9月
 0.9638
 0.0309
 -0.6976
 
10月
 0.96255
 0.0369
 0.8996
 
11月
 0.96428
 0.1139
 0.4428
 
12月
 0.9562
 0.078535
 1.09
 

DeltaT>2.0

表.3 MCSST 模型参数及使用数据（d=-280）

　 a
 b
 C
 
1月
 1.0067
 1.8745
 -0.1405
 
2月
 1.0120
 1.7847
 -0.5020
 
3月
 1.0056
 2.3054
 0.3108
 
4月
 1.0030
 2.3479
 0.5757
 
5月
 1.0016
 2.1713
 0.8128
 
6月
 0.9962
 2.9363
 -0.2222
 
7月
 1.02198
 1.1913
 -0.1261
 
8月
 1.0249
 0.4157
 -0.2527
 
9月
 1.0164
 0.8249
 1.0575
 
10月
 1.0102
 1.5840
 -0.2407
 
11月
 1.0226
 0.2371
 0.2334
 
12月
 1.0063
 1.6401
 0.3145
 

表.4 NLSST模型参数及使用数据(d=-260)

　 a
 b
 C
 
1月
 0.9399
 0.0965
 -0.1315
 
2月
 0.9455
 0.0990
 -0.1816
 
3月
 0.9451
 0.0754
 0.2561
 
4月
 0.9400
 0.09227
 0.1463
 
5月
 0.9354
 0.0944
 0.8504
 
6月
 0.9342
 0.0942
 0.1064
 
7月
 0.9513
 0.0557
 -0.2614
 
8月
 0.9539
 0.0287
 -0.3607
 
9月
 0.9498
 0.0305
 0.9955
 
10月
 0.9409
 0.0755
 -0.3049
 
11月
 0.9482
 0.0512
 -0.0331
 
12月
 0.9426
 0.0593
 0.3652
 

参考文献

刘建强，互联网络上的遥感卫星与卫星遥感信息资源，卫星应用，1997年第二期，56-63。

McClain E.P., Pichel W.G. and Walton C.C., Comparative performance of AVHRR-based multichannel sea surface temperatures, JGR, 1985, 90,11587-11601.

李万彪，气象卫星遥感西太平洋海温的研究，气象学报，1997,Vol.55,No.1,43-52.

张春桂，福建省近海区域海面表层温度的卫星遥感应用研究，国土资源遥感，No.1,1999，25-28。

Jorge Vazquez，Kelly Perry，Kay Kilpatrick，NOAA/NASA AVHRR Oceans Pathfinder Sea Surface Temperature Data Set User's Reference Manual（Version 4.0），April 10, 1998，JPL Publication D-14070。

William J. Emery, Cary A. Wick, and Peter Schluessel, Skin and Bulk Surface Temperatures: Satellite Measurement and Corrections, Oceanographic Applications of Remote Sensing, CRC Press, 1995, 145-165.

Strong A. E. and Paul McClain E. P., Improved ocean surface temperature from space-comparisons with drifting buoys. Bulletin American Meteorological Society, 1984, 65:138-142.

龚家龙等，实时监测中国近海海冰和海面温度的卫星遥感方法及其业务计算软件系统，国家“七五”重点科技攻关项目——海洋环境数值预报研究成果汇编，海洋出版社，1993，199-211。

<img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />

<img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />

<img src="images/post/smile/dvbbs/em01.gif" /><img src="images/post/smile/dvbbs/em02.gif" />