卫星星海洋学学年秋季本科.docx
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卫星星海洋学学年秋季本科
海洋环境学院本科生课程教案
单位：
海洋环境学院
学年：
2006
课程名称：
卫星海洋学
课程类型：
专业课
使用教材名称：
推荐使用教材1：
卫星海洋学（双语教材）
编者：
刘玉光
出版社：
暂时未出版（集体复印）
推荐使用教材2：
AnIntroductiontoOceanRemoteSensing
编者：
SeelyeMartin（UniversityofWashington）
出版社：
CambridgeUniversityPress
出版时间及版次：
October2004,1stversion
适用专业：
海洋科学、大气科学、海洋管理、军事海洋学
授课教师：
刘玉光
考试方式：
平时成绩（出席和提问）10％
大作业20％（锻炼学生的动手能力和科研能力）
期中考试35％（检验学生对于基本概念和基本理论的理解和记忆）
期末考试35％（检验学生对于书本知识的熟悉程度和科技英语能力）
月 份
9月
10月
11月
12月
2007年
周 次
暑假
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
十三
十四
十五
十六
十七
十八
十九
星期一
28
4
11
18
25
2
9
16
23
30
6
13
20
27
4
11
18
25
1
8
15
星期二
29
5
12
19
26
3
10
17
24
31
7
14
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28
5
12
19
26
2
9
16
星期三
30
6
13
20
27
4
11
18
25
1
8
15
22
29
6
13
20
27
3
10
17
星期四
31
7
14
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28
5
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2
9
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7
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21
28
4
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星期五
1
8
15
22
29
6
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20
27
3
10
17
24
1
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星期六
2
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4
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2
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23
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6
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星期日
3
10
17
24
1
8
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22
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5
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3
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7
14
21
特殊事项
本学期共计95个教学日；
9月10日注册报到，11日开始上课；
新生9月2日、3日报到，9月4日至17日军训，9月18日开始上课；
“十一”国庆节有法定假日三天，元旦有法定假日一天；
2007年1月13日－1月21日安排课程考试。
海洋环境学院本科生课程教案
周次
1
第1周
第1次课
时间
9月14日
章节或主题：
第一章绪论（Introduction）
授课方式：
讲授√实践学时数：
3
教学内容（包括基本内容、重点、难点）：
基本内容：
§1.1卫星海洋遥感的应用
§1.2中国气象卫星的发展
§1.3中国海洋遥感的进步
§1.4中国卫星发展的现状与目标
§1.5数据分发
§1.6海洋遥感信息和数据相关网站
§1.7讲解和布置大作业
重点：
§1.6海洋遥感信息和数据相关网站
§1.7讲解和布置大作业
难点：
无
教学手段与方法：
多媒体教学、大作业样本展示
思考题、讨论题或作业：
1举例说明什么是卫星海洋学，它主要包括哪些方面的研究？
2名词解释：
ElNiño、LaNiña、ENSO、TOGA、TAO、NOAA/TIROS、TOPEX/Poseidon。
3请简要解释我国气象和海洋卫星的发展现状。
4请上网查询3个国外政府卫星遥感网站、3个国外大学卫星遥感网站和3个国内遥感网站，并叙述如何检索、下载文献和数据。
5请从网站中下载一幅遥感图像，给予中英文解释，并注名网站地址。
6阅读下列网站之一，并使用中文和英文做出简要的介绍（不超过2页）
a）欧空局的网页http:
//earth.esa.int/ers/satconc/中关于欧洲遥感卫星ERS-1/2的介绍。
b）美国宇航局喷气推进实验室的网页http:
//topex-www.jpl.nasa.gov/对TOPEX/POSEIDON和Jason-1的介绍。
c）美国宇航局喷气推进实验室物理海洋学数据分发存档中心（PODAAC）的两个网页http:
//podaac.jpl.nasa.gov/topex/www/ssa.html和http:
//podaac.jpl.nasa.gov/order/对高度计卫星TOPEX/Poseidon的数据资料的介绍.
d）http:
//podaac.jpl.nasa.gov/order/order_qscat.html/对散射计SeaWinds数据产品的介绍。
http:
//podaac.jpl.nasa.gov/order/order_nscat.html/对NSCAT数据资料做出的介绍。
e）美国德克萨斯大学空间研究中心的网页http:
//www.csr.utexas.edu/eqpac/和网页http:
//www.csr.utexas.edu/sst/gsdata.html对使用TOPEX/Poseidon资料进行海洋学研究做出的介绍。
f）日本国家航天发展局（NASDA）http:
//kuroshio.eorc.nasda.go.jp/ADEOS/index.html/对高级地球观测卫星一号ADEOS-1做出的介绍。
7大作业（Project）
a）请上网查阅并下载海表面温度（SST）、海表面风速（wind）、海平面异常SLA（SeaLevelAnomaly）、海水叶绿素浓度（chlorophyllconcentration）、臭氧浓度（ozoneconcentration）、垂程水汽含量（verticalwatervaporcolumnthickness）、气溶胶光学厚度、卫星云图等数据资料或图像资料中的任何一种。
要求一个数据产品的样本资料，并写出资料来源和有关信息的说明。
b）编制程序读、写二进制数据、压缩数据或者配有色度标尺的图像数据。
c）依据读取的数据，作图表现一个特定海域的图像、一个物理量的时间序列，或以空间为横坐标、以时间为纵坐标的多维时间序列。
提示：
不要求全部遵照要求去做，根据自己爱好学到需要的知识和技能即可。
8大作业（Project）
a）请上网（http:
//www.jisao.washington.edu/pacs/additional_analyses/soi.html），根据网上提示查阅并下载塔希提岛和达尔文港海平面气压（SLP：
SeaLevelPressure）的时间序列数据。
b）根据本章介绍的公式，计算1866年以来逐月的南方涛动指数（SOI）。
c）依据计算结果，画图显示1866年以来南方涛动指数（SOI）随时间的变化。
d）请上网下载美国大气研究高校协会UCAR（UniversityCorporationforAtmosphericResearch）（http:
//www.cgd.ucar.edu/cas/catalog/climind/soiAnnual.html）的南方涛动指数（SOI）数据和曲线图。
e）通过网站（CentersforEnvironmentalPrediction）的网站，并下载太平洋任意一个海域的风场数据，并作图显示之。
f）从一个英文网站下载一篇关于卫星遥感的PDF格式文献，综述其精华部分（不少于2页），文中要交代网站地址、文献索引和作者名称。
注：
一般的每两个课时为一个教案单元。
每次三课时的可按三课时为一个教案单元。
海洋环境学院本科生课程教案
周次
2
第2周
第2次课
时间
9月21日
章节或主题：
第二章气象卫星与水色卫星
授课方式：
讲授√实践学时数：
3
教学内容（包括基本内容、重点、难点）：
基本内容：
§2.1遥感和遥感技术
§2.2气象卫星和主要传感器
§2.3中国风云卫星和传感器
§2.4水色卫星和主要传感器
§2.5中国“海洋一号”卫星及数据产品
§2.6NOAA气象卫星和Argos数据收集传输系统重点：
重点：
§2.2气象卫星和主要传感器
§2.4水色卫星和主要传感器
难点：
无
教学手段与方法：
多媒体教学、大作业样本展示
思考题、讨论题或作业：
1什么波长范围的电磁波称为紫外、可见光、红外和微波等波段？
请分别用纳米（nm）和微米（μm）作为单位叙述。
在热红外范围的哪两个波段可应用于海表面温度遥感？
微波遥感在哪个方面比可见光和红外遥感具有优势？
可见光和红外遥感在哪个方面比微波遥感具有优势？
并使用英文写出以上使用的专门名词。
2请简要介绍中国和美国发射的极轨气象卫星和地球静止气象卫星的名称和它们的轨道信息，极轨气象卫星的轨道信息包括卫星高度、节点、倾角和轨道周期；地球静止气象卫星的轨道信息包括卫星高度、经纬度位置。
解释什么是升轨和降轨？
并使用英文写出以上使用的专门名词。
3请简要介绍美国发射的NOAA/TIROS系列卫星携带的主要传感器—AVHRR和TOVS，包括它们的波段（通道）对应的波长和主要用途、AVHRR的刈幅宽度和星下点分辨率，并使用英文写出以上使用的专门名词。
4请简要介绍中国发射的“风云一号”（FY-1）系列卫星携带的主要传感器—多通道可见光和红外扫描辐射计（MVISR），包括它们的波段（通道）对应的波长和主要用途、MVISR的刈幅宽度和星下点分辨率。
并使用英文写出以上使用的专门名词。
5请简要介绍中国发射的“风云二号”（FY-2）系列卫星携带的主要传感器—可见光和红外自旋扫描辐射计VISSR，包括它们的波段（通道）对应的波长和主要用途、VISSR的刈幅宽度和星下点分辨率。
并使用英文写出以上使用的专门名词。
6请解释名词：
高分辨率图像传输（HRPT）、自动图像传输（APT）、中国高分辨图像传输CHRPT。
7水色传感器与陆地资源或气象传感器的主要不同点是什么？
8请简要介绍美国发射的NIMBUS-7、SeaStar、EOS-AM（TERRA）和EOS-PM（AQUA）的发射时间和轨道信息，并简要叙述这些卫星携带的主要传感器—CZCS、SeaWiFS和MODIS的波段（通道）、星下点分辨率和刈幅信息。
9请简要介绍中国发射的HY-1A的发射时间和轨道信息，并简要叙述该卫星携带的传感器—中国海洋水色和温度扫描仪COCTS和CCD的波段（通道）、星下点分辨率和刈幅信息。
并介绍HY-1A卫星地面应用系统数据产品种类。
10名词解释：
Argos、GPS、TOGA、TAO、NOAA/POES、Aqua、ADEOS、MOS-1。
给出下列传感器AMSR、SeaWinds、AMSR-E、AMSU、MODIS的英文全名和装载它们的卫星名称。
11大作业（Project）：
a）请上网查阅，进而阐述海表面温度（SST:
SeaSurfaceTemperature）的AVHRR反演算法，或者其它任何一种物理量的任何一个传感器算法。
b）编制程序读取AVHRR或者中国海洋水色和温度扫描仪COCTS的水平1B数据集的压缩数据，或者其它任何一种网上遥感数据的读取程序。
注：
一般的每两个课时为一个教案单元。
每次三课时的可按三课时为一个教案单元。
海洋环境学院本科生课程教案
周次
3
第3周
第3次课
时间
9月28日
章节或主题：
第三章海洋卫星与陆地卫星（OceanicSatellite&Land-ObservingSatellite）
授课方式：
讲授√实践学时数：
3
教学内容（包括基本内容、重点、难点）：
基本内容：
§3.1携带微波传感器的海洋卫星（OceanicSatelliteswithMicrowaveSensors）
§3.2欧洲遥感卫星ERS-1/2和ENVISAT（EuropeanRemoteSensingSatelliteERS-1/2&ENVISAT）
§3.3携带高度计的卫星TOPEX/Poseidon和Jason-1（SatellitesCarryingAltimeter）
§3.4携带合成孔径雷达的加拿大卫星RADARSAT（Canada’sRADARSATwithSAR）
§3.5携带散射计的卫星（SatellitesCarryingScatterometer）
§3.6陆地和海岸带观测卫星（Land&CoastalZoneObservationSatellite）
§3.7高分辨率商业和军事卫星（SatelliteswithHighResolutionforCommercial&MilitaryPurpose）
§3.8历史上著名的海洋观测卫星（FamousOcean-LookingSatellitesinHistory）
重点：
§3.1携带微波传感器的海洋卫星（OceanicSatelliteswithMicrowaveSensors）
§3.8历史上著名的海洋观测卫星（FamousOcean-LookingSatellitesinHistory）
难点：
无
教学手段与方法：
多媒体教学
思考题、讨论题或作业：
1写出带有微波传感器的六种海洋卫星和传感器的中英文名称。
2哪一个卫星携带的什么传感器采用的C波段？
如果一个雷达的频率是5.3GHz,它的波长应是多少厘米？
哪一个卫星和什么传感器采用的Ku波段？
如果一个雷达的频率是13.4GHz,它的波长应是多少厘米？
（提示：
电磁波的相速度等于光速）。
3举例介绍可见光和近红外辐射计、热红外辐射计、微波辐射计、合成孔径雷达、高度计、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。
如果一个雷达的频率是1.5GHz,它的波长应是多少厘米？
4简要介绍下列卫星：
ERS1/2、ENVISAT、TOPEX/Poseidon、Jason-1、RADARSAT、ADEOS1/2、QuikSCAT、Landsat-7、SPOT-5、MOS-1、CBERS1/2、Seasat-A、Nimbus-7、GEOSAT、GEOS-3、EOS、AQUA、TERRA，写出发射时间、资助国家或机构、携带的主要传感器、和传感器的主要用途。
5简要介绍下列传感器：
NSCAT、SeaWinds、AMSR、AMSR-E、SAR、NRA、SSALT、TMR、JMR、ALT、AMI、RA、ATSR、ASAR、SASS、TM、ETM+，指出它们属于可见光、红外、微波哪个波段？
指出英文全名（如果存在的话）和装载它们的卫星名称。
6请给出3种水色遥感的传感器名称（英文缩写或者中文都可以，以下要求相同）、1种气象卫星的传感器名称、我国能够接收到的3个气象卫星的名称、2个高度计专用卫星的名称、3个装载合成孔径雷达的卫星名称、3个携带散射计的卫星名称。
注：
一般的每两个课时为一个教案单元。
每次三课时的可按三课时为一个教案单元。
海洋环境学院本科生课程教案
周次
4
第4周
第4次课
时间
10月5日
章节或主题：
第四章卫星轨道与分辨率（OceanicSatellite&Resolution）
第五章电磁辐射（ElectromagneticRadiation）
授课方式：
讲授√实践学时数：
3
教学内容（包括基本内容、重点、难点）：
基本内容：
第四章卫星轨道与分辨率（OceanicSatellite&Resolution）
§4.1卫星轨道（OrbitsofSatellite）
§4.2分辨率（Resolution）
第五章电磁辐射（ElectromagneticRadiation）
§5.1电磁波的波段（BandsofElectromagneticWaves）
§5.2麦克斯韦方程组和它们的解（Maxwell′sEquations&TheirSolutions）
重点：
§4.1卫星轨道（OrbitsofSatellite）
难点：
§4.1卫星轨道（OrbitsofSatellite）
教学手段与方法：
多媒体教学
思考题、讨论题或作业：
第四章
1计算地球同步轨道卫星的近似高度，和太阳同步轨道卫星（设卫星绕地球运行的轨道周期是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。
并列出角速度与轨道周期的关系式。
2光学望远镜或者权函数f（x）=1的微波雷达的角分辨率Δα和空间分辨率d与_______成正比，与_______成反比。
（选择：
①天线的孔径D，②电磁波的波长λ，③观测的天顶角θ）。
3简要解释：
太阳同步轨道（sun-synchronousorbit）、地球同步轨道（geo-synchronousorbit）、高度计卫星轨道（altimetersatelliteorbit）、精确的循环轨道（exactlyrecurringorbit）、轨道倾角（inclination）、升轨点（ascendingnode）、降轨点（descendingnode）、节点（nodes）、星下点（sub-satellitepoint）、天底点（nadir）、节点周期（nodalperiod）、轨道周期（orbitperiod）、卫星绕地球的公转（revolution）、重复周期（repeatperiod）、再访问时间（revisittime）、循环周期（recurrentperiod）、PASS、CYCLE。
4填空：
1997年美国发射的装载着宽视场海洋观测传感器SeaWiFS的SeaStar卫星，SeaStar卫星的循环周期（recurrentperiod）是______，传感器SeaWiFS完成全球覆盖的重复周期为______，每个重复周期（repeatperiod）包含29个轨道周期，每个轨道周期（orbitperiod）为1.648小时。
在低纬度地区，SeaWiFS的再访问时间（revisittime）是______；在高纬度地区，SeaWiFS的再访问时间（revisittime）是______。
（选择：
①1天；②2天；③16天；④35天）
5可见光、红外辐射计和微波雷达的角分辨率和空间分辨率分别由哪三个参数确定，请给出计算公式。
6大作业（Project）
使用多媒体（MicrosoftOfficePowerPoint）绘制几幅示意图，以解释循环周期（recurrentperiod）、轨道周期（orbitperiod）、重复周期（repeatperiod）、再访问时间（revisittime）、太阳同步轨道（sun-synchronousorbit）、地球同步轨道（geo-synchronousorbit）、高度计卫星轨道（altimetersatelliteorbit）、精确的循环轨道（exactlyrecurringorbit）、轨道倾角（inclination）、升轨点（ascendingnode）、降轨点（descendingnode）、节点（nodes）、星下点（sub-satellitepoint）等。
第五章：
1请将下列电磁波按波长由小到大顺序排列：
近红外，远红外，中红外，C-band，Ku-band,X-band，红光，蓝光，绿光，紫外线，黄光，黄绿光，黄红光，热红外线。
2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）写出电场的一个特解。
2）写出光速c与真空中介电常数ε0和和磁导率μ0的关系。
3）写出在有介质（非真空）情况下复折射率n与电磁波复速度的关系。
4）分别说明复折射率n、复波数k和复速度v的实部和虚部的物理意义。
注：
一般的每两个课时为一个教案单元。
每次三课时的可按三课时为一个教案单元。
海洋环境学院本科生课程教案
周次
5
第5周
第5次课
时间
10月12日
章节或主题：
第五章电磁辐射（ElectromagneticRadiation）
授课方式：
讲授√实践学时数：
3
教学内容（包括基本内容、重点、难点）：
基本内容：
第五章电磁辐射（ElectromagneticRadiation）
§5.3辐射术语（RadiometricTerms）
§5.3辐射术语（RadiometricTerms）
§5.3.1极化和立体角Ω（Polarization&SolidAngleΩ）
§5.3.2辐射术语（RadiometricTerms）
§5.3.3朗伯表面（Lambertsurface）
§5.4基尔霍夫定律（KirchoffLaw）
§5.5黑体辐射（BlackbodyRadiation）
§5.5.1黑体（Blackbody）
§5.5.2普朗克定律和瑞利-金斯定律（PlanckLaw&Rayleigh-JeansLaw）
§5.5.3亮温（BrightnessTemperature）
§5.6菲涅耳公式（FresnelFormula）
§5.7菲涅耳反射率ρ的公式（EquationsofFresnelReflectanceρ）
§5.8相对电容率的公式（EquationsofRelativePermittivity）
重点：
§5.4基尔霍夫定律（KirchoffLaw）
难点：
§5.5.3亮温（BrightnessTemperature）
教学手段与方法：
多媒体教学
思考题、讨论题或作业：
第五章：
3写出立体角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。
4有哪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？
5热红外波段传感器测海面亮温或微波波段传感器测海面亮温的理论依据是什么？
根据哪个定律（或方程）进行计算？
卫星遥感测海温使用主动还是被动的传感器，为什么？
测温传感器接收信号是海面的辐亮度L还是辐射强度I？
为什么？
6给出反射率、吸收率、发射率、透射率的定义和英文表述，它们的基本关系是什么？
基尔霍夫（Kirchoff）定律条件是什么？
在条件满足的情况下该定律表达什么思想？
7简要阐述普朗克定律、斯忒藩-玻耳兹曼定律、瑞利-金斯定律、维恩位移定律的联系，并从普朗克定律推导其余三个定律
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