从太空看海水盐度变化

海表盐度遥感对海洋环境的监测、水团的形成和循环研究以及气候预测有着非常重要的作用,是近年来国内外空间地球科学的研究热点。近年来,欧空局(ESA)发射了一颗L波段综合孔径辐射计卫星SMOS,美国宇航局(NASA)分别发射了L波段主被动结合遥感卫星AquariusSMAP进行海表盐度遥感观测。

泡沫发射率理论模型简图
泡沫发射率理论模型简图

海表盐度卫星遥感的观测手段是低频微波辐射计,其原理是海水盐度的改变会影响海水本身的介电常数,进而影响海表的微波辐射亮温。由于海水盐度对海水介电常数的改变量以及由此引起的海面辐射量度温度变化很小,如在3237psu的典型海洋盐度变化范围内,L波段辐射计所能观测到的最大亮温变化值仅为4K左右;同时海面辐射亮温还受到海面温度、海面粗糙度等其它海表环境参数的影响,如海表粗糙度在L波段贡献的辐射亮温与盐度变化的贡献相当或更大。海表盐度的精确反演需要在对盐度敏感的L波段亮度温度进行高精度测量的同时,同步获取海表粗糙度信息,并在反演模型中进行修正。要进一步提高海洋盐度的测量精度,必须注重进一步加深和完善对电磁波与海洋表面(包括海浪和泡沫等)交互机理的认识,采用基于物理过程的模型量化相关环境因素的影响,建立高精度微波辐射传输模型。

中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术院重点实验室殷晓斌研究员(IEEE高级会员)与国家海洋局、法国、美国和英国学者近期基于不均匀介质理论模型从新建立了L波段泡沫发射率模型。该泡沫发射率理论模型考虑能量由大气进入泡沫层并被泡沫大小尺寸不均匀分布的泡沫层吸收和耗散的过程。分析表明,新模型在0-55°入射角以及0-22m/s风速范围内计算获取的L波段粗糙海面辐射亮温与欧空局SMOS计划以及美国宇航局Aquarius计划测量数据比较吻合。新模型已被欧空局SMOS卫星计划最新的V6版本盐度反演算法采用。该工作是殷晓斌等人20122014年关于盐度遥感算法的后续。该项研究成果对于提高盐度遥感反演精度有着重要意义,发表于遥感领域顶级学术期刊RemoteSensingof Environment(2015年影响因子6.39)。该项研究成果将为被列入空间科学先导专项十三五备选项目的全球水循环观测卫星(WCOM)以及列入民用航天十三五规划的海洋盐度探测卫星的发展和应用提供重要支撑。

论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425716300335

(据中国科学院国家空间科学中心)

 

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