摘要：海洋内波是当今海洋遥感探测的热点。星载可见光传感器已成为海洋内波研究的重要
手段之一。本文回顾了光学遥感海洋内波的研究进展。利用

Cox-Munk 模型初步探讨了光学

遥感利用太阳耀斑探测海洋内波的可见光成像机理。
　　关键词：遥感探测

 海洋内波 光学遥感 太阳耀斑

　　中图分类号：

P714 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0225-02

　　

1、引言

　　海洋内波是海洋中的一种普遍现象，是界面水体波动的现象。这种波动现象发生在海面
表现为波浪，在海洋内部则为内波。其最大振幅出现在海洋内部，对自由海面没有多大影响。
波动频率介于惯性频率和频率之间，其恢复力在频率较高时主要是重力与浮力的合力，当
频率低至接近惯性频率时主要是地转科氏惯性力，所以内波也成为内重力波或内惯性

-重力

波。本文主要论述了海洋内波的可见光遥感探测及成像机理研究。
　　海洋内波

[1]发生具有很强的随机性，直接观测海洋内波不仅花费昂贵，且只能局部观

测。随着遥感技术的发展，可见光、高度计和

SAR 遥感逐步成为探测海洋内波的主要方法。

相对于传统的观测海洋内波的方法，遥感探测的方法具有空间覆盖范围广，分辨率相对较
高，资料获取费用相对较低且信息记录在影像上比较直观等优点。目前，机载和星载雷达或
光学传感器都可以在大空间内观测到海洋内波。
　　

2、国内外研究现状

　　最早就是利用遥感技术光学手段观测到内波的，

Shand 1953 年利用航空摄影的方式记

录了内波引起海面明暗的条带现象。此后就不断地有这方面的研究报告。

Apel （1975）利用

陆地卫星

Land Sat 可见光遥感图像观测到了内波，并指出卫星遥感是探测研究海洋内波的

新技术。

Hennings 等（1994）证明了内波的太阳耀斑成像机制的一阶理论。Weidemann et al.

（

2000）利用光学方法研究内波发现内波在海洋底部深层浑浊水的扰动可以利用离水辐射

率探测到。

Shan CHEN 和 A.J.CHEN[2]（2000）分别利用 ERS-1/2 上 SAR 图像和 SPOT1-3

可见光图像资料来调查南中国海和苏禄海内孤立波在海面的特征，比较了海洋内波的特征
在

SAR 和可见光图像上相似和不同，同时给出了内波可见光图像特征在耀斑区和非耀斑区

域的差异。

Msheimer（2001）进一步论述了可见光内波遥感的机理，在 Cox

—Munk 模型理

论的基础上，研究了海表面的太阳耀斑在内波可见光成像中起着重要的作用，内波的波流
作用导致海洋表面发生辐聚辐散的变化，该过程改变了海面小面元的起伏程度，即改变了
海面的粗糙度，进而影响了光学传感器接收到海面适当倾斜小面元对太阳耀斑镜面反射的
辐亮度，影响了可见光遥感图像上明暗条纹的光亮成度。

Jackson 利用 2002 年 8 月到 2004

年

5 月收集的 3581 幅 MODIS 内波图像数据对全球范围的海洋内波进行了总结，得到了全

球范围的高频非线性内波的分布图。观测表明，内波不仅在大陆架和大陆坡处常见，而且在
各 个 大 洋 也 观 测 到 了 大 量 内 波 的 存 在 。

Yang  ding-tian （ 2009 ） 利 用 中 巴 资 源 卫 星

（

CBERS）的可见光遥感数据探测和计算了海南岛东部的内波分布、传播方向、波长和振幅

等信息，结果表明此区域内波的传播方向是背离海岸的。

Matthews 等（2010）利用太阳耀

斑信息，

 从全色遥感立体测绘仪影像中观测到了 Lombok 海峡附近的内波。

　　这些研究表明，内波引起的光学图像的变化可以由可见光遥感探测到。
　　

3、海洋内波可见光遥感成像机理

　　

Cox 和 Munk[3] 1954 年利用航空拍摄的照片中的太阳耀斑信息测量了海表面小斜坡的

分布，通过试验得到了太阳耀斑区域辐亮度与海面小坡度概率分布的关系，并且得到了不
同风速下海表面小坡度的概率分布函数的经验关系式，同时假设海表面波都是由许多类似
于镜面的小平面组成，每一个小平面具有特定的斜率，海表面波中的大部分可以为水平风
向函数被描述为统计斜率分布的平均。假设在海表面存在确定的坐标系如图

1 所示。轴正向

指向逆风方向，轴的正向指向为轴正向逆时针旋转，即侧风方向，

Z 轴指向天顶，单位向