卫星海洋学试题.doc
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问答题
§11.1复习题(QuestionsforReview)
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?
推导中用了什么定律?
举出两个例子a)在海水可见光红外波段情况下b)在海水微波波段情况下菲涅耳反射系数和反射率的数值。
4. 写出德拜方程的表达式。
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标准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,Dynamicheight,GeoidUndulation,ReferenceEllipsoid。
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)+teSTS+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。
8. 写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),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]=10log(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(rangeresolution)、方位分辨率(azimuthresolution)、方位角分辨率(azimuthangleresolution)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(KirchoffLaw)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(KirchoffLaw)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(azimuthresolutiononthesurface)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?
9. 布喇格共振散射(Bragg-ResonantScatter)、镜面反射(SpecularReflectance)、多普勒效应(DopplerEffect)、海面发射率(SeaSurfaceEmissivity)和德拜方程(DebyeEquation)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(Qfactoroflightfield)。
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(opticalthickness)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(radiativetransferequation)
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:
①基尔霍夫定律,②菲涅耳公式,③德拜方程,④瑞利-金斯定律,⑤两尺度模型)
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:
①X波段,②C波段,③L波段,④Ka波段,⑤Ku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。
要求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系数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?
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:
ForTOPEX/POSEIDON,