本书论述了海洋遥感技术的基础理论和专业知识，主要内容包括海洋表面性质、电磁理论、可见光和红外谱段遥感、被动微波遥感、主动微波遥感、重力场和海面盐度观测以及海冰、极地冰盖观测等与海洋遥感相关的知识，并详细介绍了大气特性、海洋/大气界面等基础理论和可见光海洋水色反演、红外海面温度反演、海面与大气被动微波反演等技术。本书内容系统覆盖了海洋遥感的理论与方法，内容全面完整，列举了许多研究实例，并回顾了1975―2013年间卫星海洋学的发展，描绘了未来的卫星发展计划。本书可作为高等院校海洋遥感领域的高年级本科生和研究生参考教材，也可作为相关专业工程技术人员的参考书。
Swwlye Martin（希利?马丁），1967年在美国约翰斯霍普金斯大学获得工程力学士，随后两年在麻省理工大学气象系担任研究助理，1969年开始在华盛顿大学海洋学院工作。现任该学院物理海洋学教授。1987年开始讲授海洋遥感课程，1979年丌始潜心于被动微波遥感、可见光和红外和雷达等测冰技术的研究。
李庶中，高级工程师，长期从事雷达与导航方面的科研工作，海用雷达装备论证与技术研究工作等。主持和参与完成多项海用雷达论证研究课题，获得国家发明专利多项。翻译出版包括《雷达与APAR手册》（第3版）在内的雷达专业相关书籍和教材等。
第1章 绪论\t1
1．1 引言\t1
1．2 遥感的定义\t2
1．3 卫星轨道\t3
1．3．1 卫星轨道及其应用\t3
1．3．2 卫星空间环境：太阳风暴、辐射压、南大西洋异常、重力扰动、空间碎片、死亡轨道
和射频干扰（RFI）\t6
1．4 地球同步轨道卫星\t8
1．5 太阳同步轨道卫星\t9
1．6 成像技术\t11
1．6．1 地球表面观测几何原理\t11
1．6．2 交轨或摆扫式扫描仪\t11
1．6．3 沿轨或推扫式扫描仪\t13
1．6．4 混合式交轨扫描仪\t14
1．6．5 分辨率\t15
1．7 数据处理级别、存档、记录和处理\t16
1．7．1 卫星影像数据的处理级别\t16
1．7．2 数据存档\t17
1．7．3 数据记录的格式类型\t17
1．7．4 数据处理和存档中心\t18
1．8 过去、现在和将来的卫星计划\t18
1．8．1 美国的海洋卫星计划\t19
1．8．2 其他卫星计划和卫星星座\t20
1．8．3 2015年以前的卫星计划\t21
第2章 海洋表面现象\t25
2．1 引言\t25
2．2 海洋表面的风和浪\t25
2．2．1 波剖面随振幅的变化\t27
2．2．2 波浪破碎、能量吸收和泡沫特性\t28
2．2．3 均方根振幅和有效波高\t31
2．2．4 海浪斜率\t32
2．2．5 表面油膜\t32
2．3 洋流、地转流和海面高度\t32
2．4 海冰\t35
第3章 电磁辐射\t38
3．1 引言\t38
3．2 电磁辐射的描述\t38
3．2．1 电磁波谱段的划分\t39
3．2．2 色散关系和折射系数\t40
3．2．3 极化和斯托克斯参数\t42
3．2．4 立体几何回顾\t43
3．3 描述电磁辐射的方法\t44
3．3．1 朗伯面\t46
3．3．2 光谱特性\t47
3．4 理想发射体的辐射\t47
3．4．1 普朗克方程的特性\t48
3．4．2 普朗克方程的频率形式\t49
3．4．3 普朗克方程的一些极限形式\t49
3．4．4 热发射\t50
3．4．5 基尔霍夫定律\t50
3．5 理想仪器\t51
3．5．1 瑞利准则\t52
3．5．2 简单望远镜\t52
3．5．3 斜视观测仪器\t54
3．5．4 有限带宽仪器和噪声处理\t55
第4章 大气特性与辐射传输\t57
4．1 引言\t57
4．2 大气成分\t57
4．2．1 大气中的水\t59
4．2．2 云\t59
4．2．3 气溶胶\t60
4．2．4 臭氧\t61
4．2．5 电离层自由电子\t62
4．3 分子吸收与发射特性\t62
4．3．1 分子消光\t63
4．3．2 光学厚度与透过率\t64
4．3．3 发射特性\t65
4．4 散射\t65
4．4．1 各向同性散射与散射相函数\t66
4．4．2 瑞利散射和气溶胶散射\t67
4．4．3 分子散射或瑞利散射\t67
4．4．4 气溶胶散射或米氏散射\t69
4．5 大气衰减\t69
4．6 在理想仪器中的应用\t73
4．7 辐射传输方程\t74
4．7．1 热发射源项\t74
4．7．2 散射源项\t74
4．7．3 辐射传输方程的一般形式\t76
4．8 特定条件下辐射传输方程的解\t76
4．8．1 以吸收-发射为主的情形\t77
4．8．2 单次散射近似\t78
4．8．3 气溶胶单次散射\t80
4．9 漫射透过率和天空光\t80
4．9．1 漫射透过率\t80
4．9．2 天空光\t81
第5章 海-气界面的反射、透射和吸收\t82
5．1 引言\t82
5．2 海-气界面\t83
5．2．1 散射的一般考虑\t84
5．2．2 镜面反射与透射\t85
5．2．3 毛细波表面的反射\t86
5．3 穿过界面的透射\t88
5．3．1 界面上下的入射辐射\t88
5．3．2 折射收敛与发散\t90
5．4 海水的吸收和散射特性\t91
5．4．1 清洁海水的光学特性\t92
5．4．2 辐照度反射率\t94
5．4．3 离水辐亮度\t95
5．4．4 两种遥感反射率\t96
5．4．5 漫衰减系数\t97
5．5 泡沫反射\t97
第6章 海洋水色\t99
6．1 引言\t99
6．2 浮游植物、颗粒物和溶解物的吸收和散射特性\t101
6．2．1 吸收光谱特性\t102
6．2．2 散射特性\t105
6．3 海洋水色卫星载荷\t107
6．4 SeaWiFS、MODIS、VIlRS载荷特点和定标方法\t110
6．4．1 SeaWiFS\t111
6．4．2 SeaWiFS定标\t112
6．4．3 MODIS\t113
6．4．4 VIIRS\t115
6．5 大气纠正和离水辐亮度反演\t116
6．5．1 对总辐亮度的贡献\t116
6．5．2 气溶胶程辐射的确定\t120
6．5．3 CZCS大气校正算法\t123
6．6 海表验证数据集与替代定标\t123
6．6．1 海表验证数据集\t124
6．6．2 替代定标\t124
6．7 叶绿素反射率与荧光\t126
6．7．1 反射率\t126
6．7．2 荧光\t127
6．8 经验算法、半解析算法与生物地球化学算法\t127
6．8．1 NASA归档数据\t128
6．8．2 生物光学经验算法\t128
6．8．3 Garver-Siegel-Maritorena（GSM）半解析算法\t135
6．8．4 NASA海洋生物地球化学模式（NOBM）\t138
6．9 PACE计划\t140
第7章 红外遥感海表面温度\t143
7．1 引言\t143
7．2 什么是SST\t145
7．3 AVHRR、MODIS和VIIRS用于SST反演的波段特征\t148
7．3．1 AVHRR、MODIS和VIIRS热红外波段\t148
7．3．2 AVHRR数据形式\t149
7．4 大气和海洋的红外特性\t150
7．4．1 热红外波段的发射和反射\t150
7．4．2 太阳辐射反射的贡献率\t152
7．5 SST算法\t153
7．5．1 背景知识\t154
7．5．2 AVHRR业务化SST算法\t156
7．5．3 Pathfinder、MODIS和VIIRS算法\t157
7．5．4 SST匹配数据集\t158
7．5．5 Reynolds和OSTIA SST数据集\t161
7．5．6 先进沿轨扫描辐射计（AATSR）\t162
7．6 云检测和掩模算法\t163
7．6．1 云检测算法的基础知识\t164
7．6．2 海洋先进晴空处理器（ACSPO）业务化算法\t165
7．6．3 MODIS和VIIRS的云检测算法\t167
7．7 数据的误差和偏差\t168
7．7．1 SST数据误差分析\t168
7．7．2 火山灰和沙尘暴的影响\t169
7．8 其他GHRSST数据集和融合产品\t170
7．8．1 数据产品和存档\t170
7．8．2 GHRSST多源数据产品集（GMPE）\t171
7．9 图解与实例\t171
7．9．1 AVHRR图像分析\t171
7．9．2 全球MODIS SST图像分析\t173
7．9．3 从厄尔尼诺到拉尼娜的演变\t173
第8章 微波成像仪简介\t175
8．1 引言\t175
8．2 常规天线特性\t176
8．2．1 功率方向图\t177
8．2．2 与功率方向图有关的立体角\t178
8．2．3 增益\t179
8．3 天线对表面辐射的观测\t179
8．4 圆锥扫描仪和表面发射率\t181
8．5 天线方向图校正（APC）\t182
8．6 被动微波成像仪\t184
8．6．1 多通道微波扫描辐射计（SMMR）\t185
8．6．2 专用传感器/微波成像仪（SSM/I）\t186
8．6．3 TRMM微波成像仪（TMI）和GPM微波成像仪（GMI）\t188
8．6．4 先进微波扫描辐射计EOS（AMSR-E）及其后续者AMSR2\t189
8．6．5 WindSat辐射计\t191
第9章 大气和海洋表面的被动微波观测\t193
9．1 引言\t193
9．2 微波的大气吸收和透射\t193
9．2．1 大气中氧气和水汽的吸收特性\t194
9．2．2 氧气和水汽对大气透射率的贡献\t195
9．2．3 水滴的透射率\t196
9．3 微波辐射传输\t198
9．3．1 辐射传输方程\t198
9．3．2 太阳的影响\t199
9．3．3 射频干扰（RFI）\t200
9．3．4 法拉第旋转\t201
9．3．5 反演的参量\t202
9．4 表面波和泡沫对发射率的影响\t202
9．4．1 海浪对发射率的贡献\t203
9．4．2 无泡沫风生粗糙海面的方位向平均发射率\t204
9．4．3 泡沫对发射率的贡献\t205
9．4．4 方位角与垂直极化发射率和水平极化发射率的关系\t207
9．4．5 4个斯托克斯参数与方位角的关系\t209
9．5 温度和盐度\t212
9．6 开阔海域算法\t214
9．6．1 开阔海域算法的细节\t214
9．6．2 SSMI算法\t214
9．6．3 TMI、AMSR-E、AMSR2和WindSat算法\t216
9．7 WindSat风速和风向反演\t219
9．8 海冰算法\t222
第10章 雷达\t229
10．1 引言\t229
10．2 雷达方程\t229
10．2．1 点目标和面目标的雷达后向散射\t230
10．2．2 极化\t232
10．2．3 海洋和大气对雷达回波信号的影响\t232
10．3 视场内σ0的确定\t233
10．4 距离分辨\t234
10．4．1 线性调频信号\t236
10．4．2 脉冲重复频率\t236
10．5 多普勒分辨\t237
10．5．1 与观测角有关的多普勒频移\t237
10．5．2 多普勒分辨率\t240
10．5．3 地球的自转\t240
10．6 海洋的后向散射\t241
10．6．1 镜面和角反射\t241
10．6．2 两种类型的海洋后向散射\t241
10．6．3 机载观测试验\t243
第11章 散射计\t246
11．1 引言\t246
11．2 背景\t247
11．3 散射计风速反演\t250
11．3．1 地球物理模式函数\t251
11．3．2 用模式函数反演风速矢量\t253
11．4 NSCAT散射计\t254
11．5 AMI和ASCAT散射计\t256
11．5．1 先进微波仪器（AMI）\t256
11．5．2 METOP卫星搭载的高级散射计（ASCAT）\t257
11．6 旋转波束散射计\t258
11．6．1 SeaWinds散射计\t258
11．6．2 内定标和噪声去除\t261
11．6．3 大气透射率和降雨\t262
11．6．4 风速和风向的反演精度\t262
11．7 不同散射计的优缺点\t264
11．8 ISS-RapidScat散射计\t265
11．9 交叉定标的多平台风场\t266
11．10 应用与实例\t267
11．10．1 QuikSCAT观测大气锋面\t267
11．10．2 半球风场\t268
11．10．3 特万特佩克湾\t269
11．10．4 极地冰研究\t269
第12章 雷达高度计\t271
12．1 引言\t271
12．2 地球的形状\t272
12．3 卫星高度计的发展历程\t275
12．4 TOPEX/POSEIDON高度计\t276
12．4．1 TOPEX/POSEIDON高度计轨道\t276
12．4．2 TOPEX微波辐射计（TMR）\t278
12．4．3 电离层\t279
12．4．4 精密定轨（POD）\t279
12．4．5 海上定标\t281
12．5 JASON-1和JASON-2\t283
12．5．1 JASON-1\t283
12．5．2 JASON-2\t283
12．5．3 在轨定标验证阶段\t284
12．6 高度计脉冲与平坦海面的相互作用\t284
12．6．1 可变指向角对测高的影响\t284
12．6．2 脉冲有限覆盖区域\t285
12．6．3 脉冲传播时间的确定\t287
12．7 波浪对高度计回波的影响\t288
12．7．1 小尺度粗糙度和风速U的确定\t288
12．7．2 自动增益控制（AGC）和脉冲平均\t288
12．7．3 涌浪的影响\t289
12．8 海面高度反演中的误差分析\t291
12．8．1 高度计仪器噪声\t291
12．8．2 大气误差源\t291
12．8．3 海况偏差\t291
12．8．4 轨道误差\t292
12．8．5 小结和误差讨论\t292
12．8．6 环境误差源\t293
12．9 应用与实例\t294
12．9．1 大尺度的地转流\t294
12．9．2 海面高度的季节变化\t295
12．9．3 20年全球海平面变化趋势\t297
12．9．4 涡流的西向传播\t298
第13章 成像雷达\t300
13．1 引言\t300
13．2 背景知识\t301
13．2．1 概述\t301
13．2．2 分辨率和像元尺寸\t302
13．2．3 极化\t303
13．2．4 干涉雷达\t303
13．2．5 过去、现在和将来的SAR卫星\t305
13．3 SLR分辨率\t306
13．4 SAR如何达到它的分辨率\t306
13．4．1 由多普勒波束锐化推导SAR的分辨率\t307
13．4．2 PRF的限制\t308
13．4．3 信噪比限制\t310
13．4．4 斑点噪声\t310
13．4．5 辐射平衡\t310
13．4．6 距离走动\t310
13．5 RADARSAT-2 SAR卫星\t311
13．5．1 成像模式\t313
13．5．2 数据的存储和下传\t315
13．6 其他运行的SAR卫星\t316
13．6．1 先进合成孔径雷达（ASAR）\t316
13．6．2 ALOS PALSAR\t316
13．6．3 Sentinel-1A与Sentinel-1B\t316
13．7 应用与实例\t317
13．7．1 开阔海域\t317
13．7．2 海冰\t321
第14章 其他卫星任务：重力场测量任务、ICESat-1/2、CryoSat-2、SMOS和
Aquarius/SAC-D\t326
14．1 引言\t326
14．2 重力场测量任务\t326
14．2．1 挑战小卫星载荷任务（CHAMP）\t327
14．2．2 重力恢复与气候试验任务（GRACE）\t327
14．2．3 重力场与稳态海洋环流探测器（GOCE）\t329
14．3 ICESat-1、ICESat-2和CryoSat-2任务\t330
14．3．1 ICESat-1\t330
14．3．2 ICESat-2\t331
14．3．3 ICESat-1的观测结果\t332
14．3．4 CryoSat-2\t335
14．4 SMOS和Aquarius/SAC-D\t336
14．4．1 土壤湿度与海洋盐度（SMOS）\t337
14．4．2 Aquarius/SAC-D\t337
参考文献\t341
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