海洋环境检测与气候预警

刘江海+吴博+钱雍+范仕霖

摘 要：通过卫星监测海水光谱匹配系数的变化来预测气候的变化，以此预防极端天气带来的危害。

关键词：光谱匹配

引言：

随着科技的发展，工业产业的增加，随之而来的海洋污染也在日趋严重，厄尔尼诺现象的出现就是一个典型的例子。厄尔尼诺现象主要指太平洋东部和中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖，使整个世界气候模式发生变化，造成一些地区干旱而另一些地区又降雨量过多。当这种现象发生时，大范围的海水温度可比常年高出3～6摄氏度。太平洋广大水域的水温升高，改变了传统的赤道洋流和东南信风，导致全球性的气候反常。海水的温度改变，其光谱匹配系数改变，由此可以达到检测海洋的目的。

一、技术框图

二、技术原理

1.卫星遥感摄像头：

在地球同步卫星上架设高清光谱摄像头，拍摄海面，获取海水的光谱响应特性，计算出其匹配系数，与正常值进行比较，分析海水的温度报告给气象部门分析气候变化情况。

2.光谱响应特性：

光谱响应特性是指像管的响应能力与入射波长的对应关系，像管的光谱响应特性实际上是其光阴极的光谱响应特性，它决定了像管工作的光谱范围。像管的光谱响应特性通常用光谱响应率、量子效率、光谱特性曲线等来描述，像管的光谱响应之和成为积分响应率。

光谱响应率是像管对单色入射辐射的响应能力；响应率是像管对全色入射辐射的响应能力。他们分别以Rλ和R表示。由于在实际应用中，像管接受的往往不是单色辐射，而是某一光源的全色辐射，所以響应率更具有实际意义。

根据响应率的定义——入射辐射功率所产生的输出光电流，则

R=I/P=∫0∞PλRλdλ/∫0∞Pλdλ

考虑到Pλ=P（λ）Pm，Rλ=R（λ）Rm。

式中，P为入射辐射功率；I为输出信号电流；Pλ为单色辐射功率；Rλ为光阴极光谱响应率；P（λ）为单色辐射功率相对值；R（λ）为光阴极相对光谱响应率；Pm为单色辐射功率最大值；Rm为光阴极光谱响应率最大值，所以

R=∫0∞P（λ）PmR（λ）Rmdλ/∫0∞P（λ）Pmdλ

=Rm∫0∞P（λ）R（λ）dλ/∫0∞P（λ）dλ

假设：α=∫0∞P（λ）R（λ）dλ/∫0∞P（λ）dλ

则 R=αRm.

式中，α称为光谱匹配系数。它反映了在像管响应的波长范围内，光源与光阴极，荧光屏与光阴极及荧光屏与人眼光谱光视效率之间在光谱上的吻合程度。如果匹配良好，就能获得搞的整管响应度。下表给出了常用的辐射源和光阴极的光谱匹配系数值。

三、总结

海洋环境是人类赖以生存和发展的自然环境的重要组成部分，包括海洋水体、海底和海面上空的大气，以及同海洋密切相关，并受到海洋影响的沿岸和河口区域。通过这类技术，只能对气候进行监测，预防极端天气的危害，并不能从根本上解决海洋环境的问题，但是这警示我们要爱护环境，海洋环境与我们的生活息息相关，爱护海洋环境就是爱护我们赖以生存的地球。

参考文献：

[1]操乐林，武春风，侯晴宇，等.基于光谱成像的目标识别技术综述 [J].光学技术，2010，36（1）.

[2]白廷柱， 金伟其. 光电成像原理及技术[M]. 北京理工大学出版社， 2015.