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1、第八章X波段海水介电常数的计算模型数学是结果量化的工具数学是结果量化的工具数学是思维方法的应用数学是思维方法的应用数学是研究创新的钥匙数学是研究创新的钥匙数学是科学发展的基础数学是科学发展的基础杨东方杨东方内容提要背景和意义模型的组成和结构建模过程和技巧问题与讨论本课程的核心不在于数学公式本身，而在于本课程的核心不在于数学公式本身，而在于数学思维数学思维。本文的数学公式相对复杂，请同学们不必纠缠于公式本文的数学公式相对复杂，请同学们不必纠缠于公式本身，而应该释放自己的本身，而应该释放自己的想象力想象力！背景遥感技术应用日趋广泛。根据IEEE 521-2002标准，X波段是指频率在8-12 GH
2、z的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波。而在某些场合中，X波段的频率范围则为7-11.2 GHz。通俗而言，X波段中的X即英语中的“extended”，表示“扩展的”调幅广播。遥感技术具有观测范围宽广、实时获取、减少样品运输和处理过程中的误差等优势。将X波段遥感技术应用于海水介电常数的计算基于重要的意义。模型的组成和结构参考文献：周长宝, 应国玲. X波段海水介电常数于海面温度关系的测量研究.海洋通报.1987,6(2):57-63.理论和实验研究表明,海水的微波发射特性与海水表面温度直接有关。由此可以用2.65-10GHz频段的微波辐射计遥感海面温度,其测温精度为1K左右,而有感海面温度的最
3、佳频段为5.4GHz。用理想的微波辐射计遥感海洋时,得到的海面亮度温度TB和海面物理温度TS有如下关系：(1)(1)式中式中，e e为海面微波发射率为海面微波发射率，e e是一个受多种因素影响的复杂函数是一个受多种因素影响的复杂函数, ,与海水与海水介电常数、海水化学组成以及微波频率、极化方式、观测角等密切相关介电常数、海水化学组成以及微波频率、极化方式、观测角等密切相关。考虑平静海面状态、垂直入射时考虑平静海面状态、垂直入射时,e,e主要决定于介电常数主要决定于介电常数, ,海水介电常数与海水介电常数与e e的关系是的关系是: :( (2 2) )复介电常数复介电常数有实部有实部和虚部和虚部
4、组成组成, ,即即=+ =+ (3) (3)由上面可见由上面可见, ,研究海水介电常数的变化规研究海水介电常数的变化规律律, ,探索它与海面温度的关系探索它与海面温度的关系, ,对海洋微波遥对海洋微波遥感信息的解译具有直接意义感信息的解译具有直接意义。高精度地测量高精度地测量海水介电海水介电常数常数, ,可以校准微波辐射计的测温可以校准微波辐射计的测温精度并验证其测量结果精度并验证其测量结果。介电常数计算方法很多，采用如下的计算公式介电常数计算方法很多，采用如下的计算公式: :( (4 4) )( (5 5) )上面的绝对测量方法上面的绝对测量方法, ,由于样品管尺寸的测量误差、信号源频由于样
5、品管尺寸的测量误差、信号源频率漂移以及测量速度等原因而影响了测量精度率漂移以及测量速度等原因而影响了测量精度, ,故采用相对测量故采用相对测量的方法的方法, ,即用一根样品管分别测量蒸馏水和海水的频移和品质因即用一根样品管分别测量蒸馏水和海水的频移和品质因数数, ,这样就可以消去样品管测量误差及系统误差这样就可以消去样品管测量误差及系统误差. .由于蒸馏水已作由于蒸馏水已作了精确的测量了精确的测量, ,因此作为参考样品因此作为参考样品. .设蒸馏水和海水的介电常数分设蒸馏水和海水的介电常数分别为别为w和和s,谐谐振振频频率率为为fw和和fs,频频移移w和和Qs,品品质质因数因数Qw和和Qs,则
6、则有有：( (6 6) )( (7 7) )结论通过本模型在实验室进行的海水介电常数测量中通过本模型在实验室进行的海水介电常数测量中,得得到了预期的效果到了预期的效果。测量精度也得到了提高测量精度也得到了提高X X波段海水波段海水介电常数于海面温度关系的测量研究介电常数于海面温度关系的测量研究, , 相对误差分相对误差分别在别在5%5%和和10%10%以内以内, ,将为微波辐射计遥感海面温度提将为微波辐射计遥感海面温度提供判读依据供判读依据, ,而且结果还表明海水介电常数与海面温而且结果还表明海水介电常数与海面温度的关系是符合变化规律的。度的关系是符合变化规律的。建模过程与技巧问题的提出问题的
7、分析方法的选择资料的收集海水介电常数是一个重要的海洋环境参数，如何迅速、准确、大范围的获取？分析海面亮度温度、海面物理温度、海面微波发射率分析海面亮度温度、海面物理温度、海面微波发射率和海水介电常数之间存在的关系，将遥感技术应用于和海水介电常数之间存在的关系，将遥感技术应用于海洋环境化学调查，无疑是一个很好的思路。海洋环境化学调查，无疑是一个很好的思路。X波段海水介电常数计算模型为微波辐射计遥感海面温波段海水介电常数计算模型为微波辐射计遥感海面温度提供判读依据度提供判读依据,而且结果还表明海水介电常数与海面而且结果还表明海水介电常数与海面温度的关系是符合变化规律的。温度的关系是符合变化规律的。
8、微波辐射实验数据、经验公式、实测数据微波辐射实验数据、经验公式、实测数据结果的分析结果的应用微波辐射计遥感解译、海面微波发射率与海水介微波辐射计遥感解译、海面微波发射率与海水介电常数模型，海水节点常数计算公式电常数模型，海水节点常数计算公式在实验室进行的在实验室进行的X波段海水介电常数测量中波段海水介电常数测量中,得到了预期得到了预期的效果的效果，测量精度也得到了提高测量精度也得到了提高。问题与讨论问题1：什么叫遥感？请举例遥感在海洋环境监测中的应用？此部分为课堂讨论。课堂讨论是本课程教学的重要组成部分，旨在激发同学们的积极性和创造性。要求每一位学生每堂课都参加讨论或回答问题1次以上，教师记录
9、学生的课堂表现情况，课堂表现结果占考核成绩的30%。问题2: 本模型使用了一系列的手段和方法，请总结。此部分为课堂讨论。课堂讨论是本课程教学的重要组成部分，旨在激发同学们的积极性和创造性。要求每一位学生每堂课都参加讨论或回答问题1次以上，教师记录学生的课堂表现情况，课堂表现结果占考核成绩的30%。问题3: 假如叫你应用遥感技术，结合传统方法监测某海湾的浒苔爆发，有什么思路和方法？没有标准答案，越创新越好！此部分为课堂讨论。课堂讨论是本课程教学的重要组成部分，旨在激发同学们的积极性和创造性。要求每一位学生每堂课都参加讨论或回答问题1次以上，教师记录学生的课堂表现情况，课堂表现结果占考核成绩的30%。本堂课结束。谢谢！本堂课结束。谢谢！
