中国卫星海洋遥感研究进展
主题关键词： 遥感海表温度卫星遥感北极SARHY-1DCOCTS高分三号（GF-3）遥感反射率
十余年来，中国的海洋、风云、高分、环境、减灾等系列卫星以及商业和科研探索卫星的发展取得了显著的进步。这些系列卫星涵盖了可见光、红外和微波等主被动多型载荷，基本形成了对全球和区域海、陆、气、冰等多圈层综合观测能力，为我国空间对地观测发展奠定了坚实的基础。为更好地推动中国自主卫星在海洋遥感研究中的应用，服务于海洋科学研究、海洋环境保护、海洋防灾减灾、海洋资源开发利用和海洋经济发展，特推出“中国卫星海洋遥感研究进展”专刊，共11篇文章供您赏析！
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HY-2卫星微波散射计海面风场地球物理模式函数研究
摘要：地球物理模式函数GMF（Geophysical Model Function）在星载微波散射计海面风场反演中具有关键作用。本文以C波段MetOp/ASCAT散射计风场数据为参考数据，通过改进现有Ku波段NSCAT-4 GMF中后向散射系数对海面风速和风向的依赖关系，以及增加海表温度（SST）因子项，构建了适用于HY-2卫星微波散射计海面风场反演的NSCAT-5.HY-2 GMF。研究结果表明，相比NSCAT-4 GMF，采用NSCAT-5.HY-2 GMF反演得到的HY-2散射计海面风速与ASCAT散射计风速的一致性提高了约11%，特别是风速反演误差不再依赖于SST变化、不再呈现显著经向分布特点。本论文研究结果对进一步提升国内外其他Ku波段星载微波散射计数据的海面风场遥感应用具有重要参考价值。关键词：海面风场遥感;海洋二号微波散射计;ASCAT散射计;地球物理模式函数;海表温度1772|2621|4<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10北极海域SAR海浪方向谱反演及其与中法海洋卫星CFOSAT/SWIM数据的比较
摘要：北极海域的海浪与海冰相互作用是目前北极海冰变化研究的一个前沿问题。但观测数据的缺失，限制了对于该问题的深入研究。星载合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）具有独特的海面二维成像能力，是极地边缘区海浪—海冰相互作用研究重要的遥感手段。本文基于哨兵1号干涉宽幅模式IW（Interferometric Wide Swath）数据，利用SAR海浪非线性反演方法在格陵兰海及挪威海开展了海浪方向谱的反演实验，进而使用中法海洋卫星CFOSAT搭载的SWIM波谱仪的海浪谱数据和星下点有效波高数据对SAR反演结果进行了验证。结果表明，无论是海浪方向谱的结构、能量分布特征还是海浪方向谱的积分参数，SAR的反演结果都与SWIM的测量结果具有良好的一致性。其中，SAR海浪方向谱和SWIM斜率谱积分计算的有效波高的偏差和均方根误差为0.11 m和0.71 m，平均波周期的偏差和均方根误差分别为-0.52 s和0.62 s，谱峰传播方向与波长的偏差分别为-7.74 °和-0.56 m， 均方根误差分别为15.75°和52.73 m。SAR反演的有效波高与SWIM星下点测量的有效波高之间偏差为0.03 m，均方根误差为0.48 m，二者相关系数为0.95。本研究验证了利用SAR海浪非线性反演方法进行北极海域海浪方向谱及海浪参数反演的可行性，为后续的海浪向冰传播衰减过程研究奠定了数据基础和方法基础。关键词：遥感;北极;海浪;SAR;CFOSAT1345|3313|0<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10哨兵1号和高分三号SAR数据海浪谱反演精度评估
摘要：合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）是一种重要的海浪观测手段，研究其SAR图像海浪谱反演结果的精度，是其广泛应用于海浪观测的前提。欧洲航天局ESA（European Space Agency）的哨兵1号卫星（Sentinel-1）和中国自主研发的高分三号卫星（GF-3）是目前在轨运行的两颗SAR卫星，利用两颗卫星的SAR数据反演海浪和风场参数是目前国内外研究团队最为关注的问题之一。本文重点研究并对比了哨兵1号卫星SAR IW模式（Interferometric Wide swath）和GF-3卫星SAR条带模式数据海浪谱反演的精度。选取印度洋海上丝绸之路海域和太平洋、大西洋近岸海域不同海况下的两卫星SAR数据进行海浪参数反演，将反演结果分别与欧洲天气预报中心ECMWF（European Center for Medium-range Weather Forecasts）的ERA-5数据和浮标海浪数据进行了对比，结果显示，与ERA-5数据对比，Sentinel-1卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差RMSE（Root Mean Squared Error）分别为0.30 m、0.63 s，GF-3卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.37 m、0.99 s；与浮标数据对比，哨兵1号卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.40 m、0.91 s，GF-3卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.42 m、0.94 s。结果表明，基于海浪谱反演的GF-3卫星与Sentinel-1卫星SAR海浪参数反演精度满足海洋遥感领域的要求，二者海浪谱反演结果精度相当。关键词：SAR;高分三号（GF-3）;哨兵1号（Sentinel-1）;海浪谱反演;精度比对2245|4957|4<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10基于Faster R-CNN的卫星SAR图像南海海洋内波自动检测
摘要：海洋内波广泛存在于世界各大洋和边缘海中，在海洋能量串级中扮演着重要角色，在海洋资源开发、海洋工程建设和海洋军事活动等方面均具有重要学术价值与实际意义。海洋内波在合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）图像上呈现出亮暗相间的条纹状特征。本文利用2001年—2020年南海海域包含不同微波波段（C、L、X）、不同极化方式、不同空间分辨率的631幅星载SAR图像，构建了5480个SAR图像南海海洋内波样本，结合Faster R-CNN框架，利用迁移学习的方法，实现SAR图像上的海洋内波自动检测。模型识别准确率达到95.7%，召回率为92.3%，在准确率较高的同时还能保持较低的虚警率。该算法的建立使得基于海量卫星SAR数据检出海洋内波成为可能，从而为针对性地开展内波动力参数反演和过程研究提供了技术和数据基础。关键词：海洋内波;自动识别;合成孔径雷达;深度学习;Faster R-CNN2131|2697|8<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10星载成像高度计双侧独立交叉定标方法
摘要：为通过数据处理提高SWOT的观测精度，本文采用双侧刈幅独立交叉定标对相位误差和倾角误差复合输入的情况进行误差估计。本文选取横跨经度100°和纬度60°的南太平洋东部地区，以HYCOM数据作为海洋真值，根据AVISO官网提供的SWOT和Jason-2（2016年10月前）轨道参数利用SWOT simulator进行仿真采样，进行刈幅自交叉和星下点刈幅交叉实验。实验将90%的误差校正到4 cm内，近75%的交叉点残差的标准差降到2 cm内，较解算前提升一倍，表明在仪器精度较低时，双侧刈幅独立交叉定标的方法能够科学有效估计两种误差的复合输入值，显著降低了误差水平。关键词：交叉定标;误差反演;相位误差;基线倾角误差;干涉成像高度计942|2380|0<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10全球海洋偶极子涡旋特征提取与动力调制的遥感研究
摘要：中尺度涡旋具有封闭的环流结构，在海洋物质输运与能量平衡方面发挥了重要作用。观测表明海洋中涡旋并非是孤立的：气旋涡与反气旋涡倾向于相互伴随而形成稳定传播的偶极子结构。本文以1993年—2020年卫星高度计识别与追踪的中尺度涡旋数据为基础，结合涡旋的时空特征提出了偶极子涡旋的判据，建立偶极子涡旋数据集。结果表明偶极子涡旋主要分布于南北纬10°—70°纬度范围内，且平均占比约为29.53%。偶极子结构的形成对涡旋有明显的调制作用，相对于非偶极子状态，偶极子状态的涡旋振幅的增强幅度为11.09%、半径的增强幅度为7.33%、动能的增强幅度为8.58%，涡旋涡度的减小幅度为1.34%。同时，调制作用与涡旋所处的纬度和生命状态有关。在运动特征方面，偶极子状态下涡旋的传播稍有增速，变化在10%以内，而平均地转流速的最大增幅超过30%，其高值对应海洋的强流区。全球偶极子涡旋的定量分析将有助于深化对涡旋动力学的理解，为进一步剖析涡—涡相互作用机理与精细化海洋数值模拟奠定基础。关键词：遥感;卫星高度计;中尺度涡旋;偶极子涡旋;参数统计;调制作用1246|2066|1<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10中国海洋水色卫星传感器COCTS HY-1D产品初步评价
摘要：卫星遥感产品的真实性评价对利用遥感产品开展应用研究具有重要的意义。本文利用全球典型的长期固定平台现场测量数据对中国自主海洋水色卫星HY-1D所搭载的水色水温扫描仪COCTS（COCTS HY-1D）遥感反射率（Rrs）和叶绿素a（Chl-a）产品进行了评价，并在全球尺度上通过与国际主流海洋水色卫星传感器的产品进行了进一步的对比分析。结果表明，COCTS HY-1D Rrs产品与现场测量Rrs数据吻合较好，可见光波段相关系数在0.91—0.98，各波段平均绝对百分比误差平均值约为22.9%。相较于国际主流海洋水色卫星传感器MODIS Aqua与现场数据各波段平均绝对百分比误差平均值约为20.5%的比较结果，产品精度相当；在全球尺度上，与MODIS Aqua相比，Rrs产品分布趋势一致，数值大小一致，相关系数在蓝光波段较高，可达0.94，各波段相关系数平均值为0.84。Chl-a产品相关系数为0.85，高于MODIS Aqua与VIIRS-SNPP的Chl-a产品的相关系数0.76。整体上，COCTS HY-1D可以提供与国际主流海洋水色卫星传感器质量相当的水色产品，能够进行准确的海洋水色遥感观测。关键词：现场测量;海洋水色;HY-1D;COCTS;遥感反射率1344|1455|7<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10HY-1D COCTS 海表温度反演与印证
摘要：海洋一号D（Haiyang-1D，HY-1D）卫星于2020年6月成功发射，与海洋一号C（Haiyang-1C，HY-1C）卫星形成上、下午卫星组网，是中国HY-1系列卫星在轨业务化运行的海洋遥感卫星。HY-1D卫星上搭载的海洋水色扫描仪COCTS（Chinese Ocean Color and Temperature Scanner）有两个热红外通道，波段范围分别为10.30—11.40 µm和11.40—12.50 µm，可用于海表温度SST（Sea Surface Temperature）观测。本文采用HY-1D COCTS热红外通道的观测亮温，基于大气辐射传输模拟计算，开展云检测和SST反演算法研究，对2021年1月西北太平洋海域的COCTS观测数据进行SST反演，并采用现场实测和同步卫星数据对反演得到的COCTS SST进行印证。COCTS与现场实测SST的比较结果表明，二者的平均偏差为-0.04 ℃，标准偏差为0.45 ℃。且COCTS与iQuam的SST偏差与SST以及大气水汽总量之间没有明显的依赖关系。COCTS与搭载在Suomi NPP卫星上的可见光红外成像辐射计VIIRS（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite）SST产品的比较结果表明，二者的平均偏差为-0.05 ℃，标准偏差为0.49 ℃。基于以上算法得到的HY-1D COCTS西北太平洋海域的SST具有较高的精度，与国际海表温度产品达到了相当的水平。关键词：遥感;HY-1D;COCTS;海表温度;云检测;反演;印证1668|2941|2<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10HY-1/CZI卫星影像的海上运动船只自动检测方法
摘要：船只遥感检测对于海上航行安全保障和海洋权益维护具有重要意义，传统基于极高空间分辨率的合成孔径雷达（SAR）和光学卫星影像的船只检测由于重访周期长，难以实现高频监测应用。中国自主“海洋一号”系列卫星（HY-1）搭载的中分辨率海岸带成像仪（CZI），虽然空间分辨率相对较低（星下点50 m），但HY-1C、HY-1D形成双星上下午组网观测，具有重访周期短的优势，对于海上船只监测具有重要价值。本文利用卷积神经网络进行特征学习和目标提取，建立了HY-1/CZI影像船只自动检测方法。验证结果表明，相对于传统图像处理方法，本文方法具有不需要调整阈值、适应性强的特点，检测精度达到77.71%，可应用于HY-1/CZI影像的海上运动船只自动监测。关键词：海岸带成像仪;船只检测;卷积神经网络;卫星遥感1119|2414|0<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10基于Bootstrap算法的FY-3/MWRI北极海冰密集度反演
摘要：海冰作为全球气候系统的重要组成部分，不仅影响着大气与海洋环流，也是气候变化的重要指示器。海冰密集度是描述极地海冰极为重要的地球物理参数之一。本文基于风云三号卫星微波成像仪（MWRI）亮温数据开展北极海冰密集度反演研究，采用线性回归和阈值法确定了动态亮温系点值，利用天气滤波器和陆地污染修正法消除了天气和陆地对海冰密集度反演的影响，计算了2019年—2020年海冰范围和海冰面积并与同类产品进行了比对。结果表明，本研究获取的北极海冰密集度产品与NSIDC发布的海冰密集度产品有较高的相关性，海冰密集度的差异在冬季小于3%，夏季小于8%。利用SAR数据进行了不同产品的结果评估，结果表明本文算法的反演结果优于NASA Team算法，在冬季精度约有1%的提升，在夏季精度约有4%左右的提升。动态亮温系点值较好地反映了海冰辐射特性的季节变化。本研究为中国自主卫星的海冰密集度产品的业务化发布奠定了基础。关键词：遥感;微波辐射计;亮温;FY-3;海冰密集度;北极;Bootstrap算法1570|2291|0<HTML><网络PDF><Enhanced-PDF><Meta-XML>更新时间：2023-05-10
