卫星海洋学试题

卫星海洋学试题 问答题 ?11.1 复习题(Questions for Review) 第一套复习题 1( 请将下列电磁波按频率由小到大排序:C波段、Ku波段、X波段、红光、蓝光、绿光、紫外光、黄光、黄绿光、近红外、远红外、无线电波。 2( 什么波长范围的电磁波称为可见光,其对应的频率范围是什么, 3( 菲涅耳反射率与发射率有何关系,与吸收率、透射率的关系,推导中用了什 )在海水可见光红外波段情况下b)在海水微波波段情么定律,举出两个例子a 况下菲涅耳反射系数和反射率的数值。 4( 写出德拜方程的达式。为什么L波段的微波辐射计适于测海表面盐度,相对电容率的变化通过什么公式导致辐射计接收到的亮温etTs也随之变化, 5( 写出普朗克定律的表达式，解释公式中出现的每一个物理量和常数，并由此推导瑞利—金斯定律。这两个定律分别适用于红外、可见光、微波波段三个波段中哪些波段的辐射度计算, 6( 简要阐述米氏散射和瑞利散射的适用条件。大气层空气分子的散射属于那一种,气溶胶散射对可见光、红外和微波(例如5.3GHz)波段各属于那一种,指出气溶胶粒径的主要分布范围和5.3GHz微波波长。 7( 分别写出兰伯—比尔定律的微分和积分形式，并指出衰减系数与复折射率的关系。 8( 写出水色遥感大气校正的最基本方程，并介绍各项的物理意义。指出在440纳米和清洁水条件下，各项对卫星信号的贡献占多少, 10. 画出典型的一类水体叶绿素的离水辐射的光谱曲线图。以SeaWiFs为例，利用那两个波段(用中心波长表示)的离水辐亮度的比值可以反演叶绿素浓度,该方法通常又叫什么名字, 11. 分别写出镜面反射和布喇格共振理论计算化雷达后向散射截面σ0的公式。二者通过什么函数与风速相联系, 12. 解释概念:Range，Geoid，Topography，Dynamic height，Geoid Undulation，Reference Ellipsoid。大地水准面起伏主要是由什么原因引起(回答一个最主要原因),其变化的范围是什么,海面地形是由什么原因引起(回答三个最主要原因),其变化的范围是什么, 13. 卫星到海面距离如何测得,Topex/Poseidon测量海平面高度的精度精度可达多少,海面到地心的距离如何计算,海面地形异常可用什么公式计算, 14. 写出合成孔径雷达的纵向距离分辨率。合成孔径雷达的采样距离与卫星速度、采样时间长度有什么关系,与真实孔径雷达有什么关系,与真实孔径雷达分辨率比较，采样距离与孔径有什么关系, 第二套复习题 1( 请将下列电磁波按波长由小到大排序:C波段、Ku波段、X波段、红光、蓝光、绿光、紫外线、黄光、黄绿光、近红外、远红外、热红外。 2( 计算地球同步轨道卫星的近似高度和太阳同步轨道卫星(卫星绕地球旋转周期是100分钟)的近似高度。列出万有引力定律与牛顿第二定律的公式。并列出角速度与旋转周期的关系式。 3( 在可见光和红外波段电磁波于海气界面的传递中，复折射率、菲涅耳反射率和发射率是多少,在10GHz的微波于20?C的海气界面的传递中，相对电容率、 菲涅耳反射率而后发射率是多少,指出菲涅耳反射率有什么公式计算,相对电容率有什么公式计算, 4( 麦克斯韦方程组是关于电磁场传播的波动方程。请完成下列问题: 1) 出麦氏方程组 2) 写出电场的一个特解 3) 写出光速C与真空电容率ε0以及真空磁导率μ0的关系式 4) 写出在有介质(非真空)情况下复折射率与相对电容率的关系式 5) 分别说明复折射率的实部和虚部的各自的物理意义。 5( 阐述光学厚度和穿透深度的定义和单位，以及二者之间的关系。对于10GHz的电磁波，20?C海水的衰减系数和穿透深度是多少,这些数据的物理意义是什么, 6( 在有边界的电磁波的传输中，哪几个物理过程对传感器接收的信号做出贡献,在方程T = TA(1 - t)+ t eSTS + t(1-eS)+ t(1-eS)(1 - t)TA中，右侧三项各代表什么,每一个字母表示什么,三项中每一项的贡献大约是多少(假设海水27?C，35psu的盐度，电磁波频率5GHz，大气清洁), 7( 写出离水辐亮度Lw(λ,θ)与平均日地距离处大气层外垂直入射的太阳辐照度 (λ)的关系。指出图6-3中五个箭头代表的物理量的名称。 出六种与水色遥感有关的卫星与传感器的名称(中文全称和英文缩写)，8( 写 并指出水色遥感涉及海洋水体要素的三种主要产品名称。 9( 布喇格共振条件是什么,指出其中各符号名称。已知σ0[dB]=10 log(σ0)，式中左侧σ0[dB]是用分贝表示的标准化雷达后向散射截面，右侧σ0是无数学单位的标准化雷达后向散射截面。如果σ0增加到原来的100倍，σ0[dB] 增加多少, 10( 散射计测海面风一般给出几组解,如果使用5.3GHz的C波段散射计，当入射角是45?时，水面上什么波长的波浪与入射的电磁波共振, 11( 大地水准面起伏由何原因引起,其变化尺度和变化范围是什么,海面地形的定义及产生原因是什么,潮汐、海流、海表面风和大气压可引起多大尺度的海面地形变化。 12( 高度计测有效波高的原理是什么,测卫星到海面距离的原理是什么,测风速的原理是什么, 13( 写出合成孔径雷达的距离分辨率(range resolution)、方位分辨率(azimuth resolution)、方位角分辨率(azimuth angle resolution)的表达式。哪一个分辨率与采样时间的卫星通过的距离有关,与真实孔径雷达的距离分辨率相比，哪一个量相当于“合成孔径”, 14( 写出菲涅耳反射率的表达式，以及菲涅耳反射率与菲涅耳反射系数的关系式。 第三套复习题 1. 请分别采用纳米(nm)和微米(μm)为单位阐述什么波长范围的电磁波称为可见光,如果一个雷达的频率是1.5GHz, 它的波长应是多少厘米, 2. 什么叫水平极化和垂直极化, 3. 给出反射比、吸收比、发射比、透射比的定义和英文表述，它们的基本关系是什么,基尔霍夫定律(Kirchoff Law)条件是什么,在条件满足的情况下该定律表达什么思想, 4. 发射率e在海气边界与菲涅耳反射率ρ的关系是e=1-ρ;发射率e大气内部与透射率t的关系是e=1-t 。试用基尔霍夫定律(Kirchoff Law)对以上两个公式做出解释。已知大气光学厚度，如何计算透射率t ? 5. 简要阐述米氏散射和瑞利散射的适用条件。大气层空气分子的散射属于那一种,气溶胶散射对可见光、红外和微波(例如5.3GHz)波段各属于那一种,指出稳定气溶胶粒径的主要分布范围和5.3GHz微波波长。 6. 写出合成孔径雷达纵向距离分辨率(azimuth resolution on the surface)的包含采样距离的表达式。合成孔径雷达的采样距离与卫星速度、采样时间长度有什么关系,合成孔径雷达的采样距离与真实孔径雷达的孔径有什么关系, 7. 请给出下列变量的定义和相互关系:复折射率(回答其实部和虚部的物理意义)、相对电容率、光学厚度、衰减系数和穿透深度(又称皮层深度)。分别对于微波和可见光，请举例说明复折射率或相对电容率的大小、穿透深度的大小。 8. 在不考虑大气效应的情况下，微波辐射计探测到的海面亮温与海面真实温度的关系是TR=eTS。请说明哪一项是亮温,哪一项是海面温度,如何计算海面发射率e,利用这个公式可以反演海面温度和盐度。在哪一个波段范围的微波辐射计适合用来探测海面盐度,在哪一个波段范围的微波辐射计适合用来探测海面温度,为什么, Resonant Scatter)、镜面反射(Specular 9. 布喇格共振散射(Bragg- Reflectance)、多普勒效应(Doppler Effect)、海面发射率(Sea Surface Emissivity)和德拜方程(Debye Equation)这五个物理概念中，哪些与微波辐射计遥感有关,哪些与高度计遥感有关,哪些与散射计遥感有关,哪些与合成孔径雷达(SAR)遥感有关, 10. 辐射度L和辐照度E有如下关系: LQ=E。试从辐射度L和辐照度E的定义出发，推导各向同性介质内部光场的Q因子(Q factor of light field)。 11. 请简要介绍高度计、水色扫描仪、红外辐射计、微波辐射计、合成孔径雷达、散射计的一至两项主要用途。指出属于被动(不辐射电磁波而只接受被检测体的辐射)还是主动(既辐射电磁波又接受其在被检测体的回波信号)遥感方式，并指出属于可见光、红外、微波三种波段类型中何种。 12. 写出单位角dΩ的定义和微面积元dS的表达公式，式中包括单位的英文缩写，计算整个球面的立体角。 13. 有那些物理量能够描述电磁波的辐射功率,请给出它们的定义和中英文名称和单位。辐亮度与辐照度有什么区别,反射率与发射率有什么区别。 14. 热红外测海面亮度温度或微波测海面亮度温度的理论依据是什么,根据哪个定律(或方程)进行计算,使用主动还是被动的传感器测海温，为什么,测温传感器接收信号是海面的辐射度L还是辐射强度I,为什么, 第四套复习题 1. 什么是光学厚度(optical thickness)和皮层深度(skin-depth), 2. 复折射率 的实部有什么物理意义，与哪个定律相联系，用公式说明，对可见光波段如何测量,对微波波段如何计算, 3. 写出垂直入射和反射情况下的菲涅耳反射率的表达式。如果界面两处都不是空气或真空，表达式如何写, 4. 请回答在微波波段的辐射传输方程(radiative transfer equation) 各项和每个字母代表什么意义, 大气介质内部的基尔霍夫定律体现在何处, 5. 填空:平静海面的微波亮温T通过_______与海面发射率e相联系，海面发射率e通过_______与菲涅耳反射率ρ相联系，菲涅耳反射率ρ通过_______与相对电容率εr相联系，相对电容率εr通过_______与海表面温度和盐度相联系。(选择:?基尔霍夫定律，?菲涅耳公式，?德拜方程，?瑞利-金斯定律，?两尺度模型) 6. 填空:在1-40GHz频率范围内，菲涅耳反射率ρ在_______随海表面盐度变化最大，在_______随海表面温度变化最大，在_______随海表面温度和盐度变化最小，(选择:?X波段，?C波段，?L波段，?Ka波段，?Ku波段) 7. 请给出下列名词的详细解释:Argo，AVHRR，COCTS，HRPT，MODIS，NOAA/POES，SeaWiFS，SMMR，TOGA，TAO，TOPEX。a)写出缩写的英文原文;b)基本用途或作用;c)如果是传感器的话，回答它属于哪个波段(例如可见光、红外、微波波段),哪些卫星携带了它, 8. 什么是“海面亮温”,在不考虑大气效应的情况下，微波辐射计探测到的“海面亮温”与海面真实温度之间有什么关系,相对电容率的变化通过哪些公式导致微波辐射计探测到的“海面亮温”也随之变化,某处海水的真实温度为297.67K，然而一个5GHz微波辐射计探测的“海面亮温”却是T=107.16K，为什么相差如此之大, 9. 请给出下列变量的定义及其相互关系:复折射率(回答其实部和虚部的物理意义)、相对电容率、衰减系数、光学厚度和穿透深度(又称皮层深度)。对于10GHz的电磁波，20?C海水的衰减系数(光束衰减系数ka或者电场强度的衰减 ke中任何一个均可)和穿透深度是多少,这些数据的物理意义是什么, 系数 10. 写出合成孔径雷达的距离分辨率和方位分辨率。合成孔径雷达的采样距离与卫星速度、采样时间长度有什么关系,与真实孔径雷达分辨率比较，采样距离与孔径有什么关系, 11. 请将下列电磁波按频率由小到大排序:C波段、Ku波段、X波段、Ka波段、红光、蓝光、绿光、紫外线、黄光、黄绿光、近红外、远红外、无线电波、X射线。 12. 填空:For TOPEX/POSEIDON, each measurement of sea level height has a precision of _____ and an accuracy of _____ for typical oceanic conditions, with small geographically correlated errors. In this context, precision ( _____ ) is the ability to determine changes in sea level over distances of 20 km, and accuracy ( _____ ) is the uncertainty of each measurement of sea level when expressed in geocentric coordinates. (选择:?2.4 cm;?14 cm;?rms;?standard deviation;?absolute mean error) 13. 高度计测量海面风速的原理是什么,请列出有关公式。TOPEX/Poseidon高度计测量海面风速的刈幅宽度(swath width)是多少, 14. 什么是卫星的重复周期,ERS-1/2和TOPEX/POSEIDON的重复周期分别是多少,高度计测量的误差来源主要有哪些,