海洋環(huán)境檢測(cè)與氣候預(yù)警

劉江海+吳博+錢(qián)雍+范仕霖

摘 要：通過(guò)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)海水光譜匹配系數(shù)的變化來(lái)預(yù)測(cè)氣候的變化，以此預(yù)防極端天氣帶來(lái)的危害。

關(guān)鍵詞：光譜匹配

引言：

隨著科技的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)業(yè)的增加，隨之而來(lái)的海洋污染也在日趨嚴(yán)重，厄爾尼諾現(xiàn)象的出現(xiàn)就是一個(gè)典型的例子。厄爾尼諾現(xiàn)象主要指太平洋東部和中部的熱帶海洋的海水溫度異常地持續(xù)變暖，使整個(gè)世界氣候模式發(fā)生變化，造成一些地區(qū)干旱而另一些地區(qū)又降雨量過(guò)多。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，大范圍的海水溫度可比常年高出3～6攝氏度。太平洋廣大水域的水溫升高，改變了傳統(tǒng)的赤道洋流和東南信風(fēng)，導(dǎo)致全球性的氣候反常。海水的溫度改變，其光譜匹配系數(shù)改變，由此可以達(dá)到檢測(cè)海洋的目的。

一、技術(shù)框圖

二、技術(shù)原理

1.衛(wèi)星遙感攝像頭：

在地球同步衛(wèi)星上架設(shè)高清光譜攝像頭，拍攝海面，獲取海水的光譜響應(yīng)特性，計(jì)算出其匹配系數(shù)，與正常值進(jìn)行比較，分析海水的溫度報(bào)告給氣象部門(mén)分析氣候變化情況。

2.光譜響應(yīng)特性：

光譜響應(yīng)特性是指像管的響應(yīng)能力與入射波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，像管的光譜響應(yīng)特性實(shí)際上是其光陰極的光譜響應(yīng)特性，它決定了像管工作的光譜范圍。像管的光譜響應(yīng)特性通常用光譜響應(yīng)率、量子效率、光譜特性曲線等來(lái)描述，像管的光譜響應(yīng)之和成為積分響應(yīng)率。

光譜響應(yīng)率是像管對(duì)單色入射輻射的響應(yīng)能力；響應(yīng)率是像管對(duì)全色入射輻射的響應(yīng)能力。他們分別以Rλ和R表示。由于在實(shí)際應(yīng)用中，像管接受的往往不是單色輻射，而是某一光源的全色輻射，所以響應(yīng)率更具有實(shí)際意義。

根據(jù)響應(yīng)率的定義——入射輻射功率所產(chǎn)生的輸出光電流，則

R=I/P=∫0∞PλRλdλ/∫0∞Pλdλ

考慮到Pλ=P（λ）Pm，Rλ=R（λ）Rm。

式中，P為入射輻射功率；I為輸出信號(hào)電流；Pλ為單色輻射功率；Rλ為光陰極光譜響應(yīng)率；P（λ）為單色輻射功率相對(duì)值；R（λ）為光陰極相對(duì)光譜響應(yīng)率；Pm為單色輻射功率最大值；Rm為光陰極光譜響應(yīng)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

假設(shè)：α=∫0∞P（λ）R（λ）dλ/∫0∞P（λ）dλ

則 R=αRm.

式中，α稱(chēng)為光譜匹配系數(shù)。它反映了在像管響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光源與光陰極，熒光屏與光陰極及熒光屏與人眼光譜光視效率之間在光譜上的吻合程度。如果匹配良好，就能獲得搞的整管響應(yīng)度。下表給出了常用的輻射源和光陰極的光譜匹配系數(shù)值。

三、總結(jié)

海洋環(huán)境是人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的自然環(huán)境的重要組成部分，包括海洋水體、海底和海面上空的大氣，以及同海洋密切相關(guān)，并受到海洋影響的沿岸和河口區(qū)域。通過(guò)這類(lèi)技術(shù)，只能對(duì)氣候進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)防極端天氣的危害，并不能從根本上解決海洋環(huán)境的問(wèn)題，但是這警示我們要愛(ài)護(hù)環(huán)境，海洋環(huán)境與我們的生活息息相關(guān)，愛(ài)護(hù)海洋環(huán)境就是愛(ài)護(hù)我們賴以生存的地球。

參考文獻(xiàn)：

[1]操樂(lè)林，武春風(fēng)，侯晴宇，等.基于光譜成像的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)綜述 [J].光學(xué)技術(shù)，2010，36（1）.

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