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遥感物理基础第1页，共117页，编辑于2022年，星期三主要内容主要内容第一节第一节 电磁波和电磁波谱电磁波和电磁波谱第二节第二节 电磁辐射原理及电磁辐射源电磁辐射原理及电磁辐射源第三节第三节 大气对电磁辐射传输的影响大气对电磁辐射传输的影响第四节第四节 地物波谱特征地物波谱特征第五节第五节 光和颜色光和颜色第2页，共117页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 电磁波和电磁波谱电磁波和电磁波谱一、电磁波及相关基本概念一、电磁波及相关基本概念二、电磁波的特性二、电磁波的特性三、电磁波谱三、电磁波谱第3页，共117页，编辑于2022年，星期三一、电磁波及相关基本概念一、电磁波及相关基本概念vv波波vv横波和纵波横波和纵波vv机械波机械波vv电磁波电磁波vv电磁辐射电磁辐射第4页，共117页，编辑于2022年，星期三v波：波：是振动在空间的传播。是振动在空间的传播。v横波和纵波：横波和纵波：质点的振动方向与传播方向相同质点的振动方向与传播方向相同的为的为纵波纵波；两者垂直的为；两者垂直的为横波横波。波波第5页，共117页，编辑于2022年，星期三v机械波：机械波：由机械振动产生的波。是振源发出的振由机械振动产生的波。是振源发出的振动在弹性介质中的传播。动在弹性介质中的传播。v声波、水波、地震波声波、水波、地震波v其共性是必须依赖于弹性介质，振动的是弹性介质其共性是必须依赖于弹性介质，振动的是弹性介质中质点的位移矢量，质点本身并不向前运动，传播中质点的位移矢量，质点本身并不向前运动，传播的是能量和振动形式。的是能量和振动形式。波波机械波机械波第6页，共117页，编辑于2022年，星期三v电磁波：电磁波：由电磁振动产生的波。是交变电磁场在空间的由电磁振动产生的波。是交变电磁场在空间的传播，它是物质运动，能量传递的一种特殊形式。传播，它是物质运动，能量传递的一种特殊形式。v电磁辐射：电磁辐射：电磁波能量的传递过程（包括辐射、吸收、电磁波能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射等现象）。反射和透射等现象）。v光波、热辐射、微波、无线电波光波、热辐射、微波、无线电波v由振源发出的电磁振荡在空间的传播，振荡的是空间电由振源发出的电磁振荡在空间的传播，振荡的是空间电场矢量场矢量E E和磁场矢量和磁场矢量B B。波波电磁波和电磁辐射电磁波和电磁辐射第7页，共117页，编辑于2022年，星期三v电磁波：电磁波：电磁波是横波，交变的电磁场的矢量方向始终与传播方电磁波是横波，交变的电磁场的矢量方向始终与传播方向垂直。电场矢量向垂直。电场矢量E E和磁场矢量和磁场矢量B B始终垂直于传播方向始终垂直于传播方向V V，电磁波可，电磁波可以在真空中传播，不依赖于介质。以在真空中传播，不依赖于介质。波波电磁波电磁波EBV第8页，共117页，编辑于2022年，星期三v理论依据：理论依据：麦克斯韦的电磁理论；楞茨定律；法拉第的电磁麦克斯韦的电磁理论；楞茨定律；法拉第的电磁感应定律感应定律v麦克斯韦的电磁理论：麦克斯韦的电磁理论：变化的电场在其周围空间产生变化的变化的电场在其周围空间产生变化的磁场，变化的磁场又在其周围空间产生变化的电场，这样，交变的磁场，变化的磁场又在其周围空间产生变化的电场，这样，交变的电场和磁场相互激发并向外传播，闭合的电力线和磁力线就象一个电场和磁场相互激发并向外传播，闭合的电力线和磁力线就象一个个套在一起的链条，在空间传播开来，形成电磁波。同理，电磁波个套在一起的链条，在空间传播开来，形成电磁波。同理，电磁波传播的是电磁能。传播的是电磁能。波波电磁波电磁波第9页，共117页，编辑于2022年，星期三v电磁波是物质存在的一种形式，以场的形式表现出来。电磁波是物质存在的一种形式，以场的形式表现出来。v不管是机械波还是电磁波，在运动形式上都是波动。不管是机械波还是电磁波，在运动形式上都是波动。v波动的基本特点是时空周期性，时空周期性可以由波动方波动的基本特点是时空周期性，时空周期性可以由波动方程的波函数表示：程的波函数表示：A Asinsin t-kx)+t-kx)+式中：式中：波函数；波函数；A A振幅；振幅；(t-kx)+t-kx)+位相；位相；初位相；初位相；圆频率，圆频率，2 2/T/T；k k圆波数，圆波数，k k 2 2/；t t，x x时空变量时空变量波动方程波动方程第10页，共117页，编辑于2022年，星期三描述电磁波时空周期性的主要物理量描述电磁波时空周期性的主要物理量v波长：波长：是在同一波线上两个相位差为是在同一波线上两个相位差为2 2 的质点之间的距离，的质点之间的距离，即一个完整波的长度，以即一个完整波的长度，以 表示表示v周期：周期：以任意点开始，振动传播一个波长所需的时间，以以任意点开始，振动传播一个波长所需的时间，以T T表表示。示。v频率：频率：单位时间内波动前进过程中所包含的波数，以单位时间内波动前进过程中所包含的波数，以f f表示表示v振振幅幅：振振动动点点离离开开平平衡衡位位置置两两边边的的最最大大位位移移，以以A A表表示示，也也称强度称强度v初相位：初相位：波形的时间提前或延后量，以波形的时间提前或延后量，以 表示。表示。v波波速速：波波在在单单位位时时间间内内传传播播距距离离。电电磁磁波波在在真真空空中中的的传传播播速速度为每秒度为每秒3 3 10108 8米米/秒，通常用秒，通常用C C表示。表示。第11页，共117页，编辑于2022年，星期三描述电磁波时空周期性的主要物理量描述电磁波时空周期性的主要物理量v由方程可知，波函数有振幅和位相两部分信息。一由方程可知，波函数有振幅和位相两部分信息。一般的传感器只记录地物电磁波的振幅即强度信息，般的传感器只记录地物电磁波的振幅即强度信息，而舍弃位相信息。而舍弃位相信息。v全息成像：全息成像：在全息摄影中除了记录电磁波的振幅在全息摄影中除了记录电磁波的振幅信息，同时记录位相信息。信息，同时记录位相信息。第12页，共117页，编辑于2022年，星期三二、电磁波的特性二、电磁波的特性v电磁波是一种电磁波是一种横波横波，是以电磁场的形式传播，是以电磁场的形式传播的球面波，即使在真空中也能传播。的球面波，即使在真空中也能传播。v各种不同的电磁波，在真空中的传播速度均各种不同的电磁波，在真空中的传播速度均相等，并等于光速。相等，并等于光速。第13页，共117页，编辑于2022年，星期三电磁波的特性电磁波的特性v电磁辐射以波动形式在空间传播电磁辐射以波动形式在空间传播电磁波具有波动特性（如干电磁波具有波动特性（如干涉、衍射、偏振、色散等现象）。涉、衍射、偏振、色散等现象）。v电磁波是由密集的光子微粒组成电磁波是由密集的光子微粒组成电磁波具有粒子（量子）性电磁波具有粒子（量子）性（如电磁辐射的光电效应、光化学作用等现象）（如电磁辐射的光电效应、光化学作用等现象）。v电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；当电磁辐射与物电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；当电磁辐射与物质相互作用时，主要表现为粒子性。质相互作用时，主要表现为粒子性。v一般说来，波长越短，辐射的粒子性越明显；波长越长，辐射的波动一般说来，波长越短，辐射的粒子性越明显；波长越长，辐射的波动性越明显。性越明显。v此即电磁波的此即电磁波的波粒二象性。波粒二象性。第14页，共117页，编辑于2022年，星期三三、电磁波谱三、电磁波谱v电磁波谱的概念电磁波谱的概念v电磁波谱的划分电磁波谱的划分v各谱段的特性各谱段的特性第15页，共117页，编辑于2022年，星期三电磁波谱的概念电磁波谱的概念v电磁波谱：电磁波谱：将各种电磁波按其波长的（频率）大小，依次排将各种电磁波按其波长的（频率）大小，依次排列成图表，这个图表就叫列成图表，这个图表就叫电磁波谱电磁波谱。v电磁波是粒子（电子、原子、分子等）发生能级跃迁时产生的，电磁波是粒子（电子、原子、分子等）发生能级跃迁时产生的，当粒子从较高能级跃迁到较低能级时发射电磁波；反之，吸收当粒子从较高能级跃迁到较低能级时发射电磁波；反之，吸收电磁波。电磁波。v不同的粒子，发生不同的能级跃迁，产生不同能量，也不同的粒子，发生不同的能级跃迁，产生不同能量，也就是不同波长的电磁波。就是不同波长的电磁波。第16页，共117页，编辑于2022年，星期三电磁波谱的划分电磁波谱的划分在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无线电波根据波长电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无线电波根据波长不同又分为长波、中波、短波、超短波，其次是微波、红不同又分为长波、中波、短波、超短波，其次是微波、红外线、可见光、紫外线，再次是外线、可见光、紫外线，再次是X X射线，波长最短的是射线，波长最短的是 射线，射线，见下图：见下图：10-6 m1nm0.38 m 0.76 m3 m6 m15 m 1mm1m 射射线线X X 射射线线紫紫外外线线可可见见光光近近红红外外中中红红外外远远红红外外超超远远红红外外微微波波无无线线电电波波1mm=1000 m；1m=1000nm第17页，共117页，编辑于2022年，星期三电磁波谱的划分电磁波谱的划分紫外波段紫外波段0.01-0.38 m可见光波段可见光波段0.38-0.76 m 紫色光紫色光0.38-0.43 m 蓝色光蓝色光0.43-0.47 m 青色光青色光0.47-0.50 m 绿色光绿色光0.50-0.56 m 黄色光黄色光0.56-0.59 m 橙橙 色光色光0.59-0.62 m 红色光红色光0.62-0.76 m近红外（摄影红外）波段近红外（摄影红外）波段0.76-1.2 m近红外（反射红外）波段近红外（反射红外）波段0.76-3.0 m中红外波段（热红外）中红外波段（热红外）3.0 6.0 m第18页，共117页，编辑于2022年，星期三电磁波谱的划分电磁波谱的划分远红外波段（热红外）远红外波段（热红外）6.0 15.0 m超远红外波段超远红外波段15.0-1000 m微波波段微波波段1.0mm 1m 毫米波毫米波1.0-10 mm 厘米波厘米波1.0-10 cm 分米波分米波0.1 1.0 m第19页，共117页，编辑于2022年，星期三各谱段的特性各谱段的特性共性：共性：共性：共性：在真空中具有相同的传播速度，在真空中具有相同的传播速度，c c3.0*103.0*108 8m/s m/s 遵守相同的反射、折射、干涉、衍射及偏振定律遵守相同的反射、折射、干涉、衍射及偏振定律n n紫外线紫外线紫外线紫外线n n可见光可见光可见光可见光n n红外线红外线红外线红外线n n微波微波微波微波第20页，共117页，编辑于2022年，星期三v波长波长 0.01-0.38 m，属于太阳辐射的范畴，属于太阳辐射的范畴。v波长小于波长小于0.28 m的紫外线，被臭氧层及其它成份吸收。的紫外线，被臭氧层及其它成份吸收。v只有波长只有波长0.28-0.38的紫外线，能部分穿过大气层，但散射严重，的紫外线，能部分穿过大气层，但散射严重，只有部分投射到地面，并使感光材料感应，可作为遥感工作波段，只有部分投射到地面，并使感光材料感应，可作为遥感工作波段，称为称为摄影紫外摄影紫外。主要用于探测碳酸盐分布和监测水面油污。主要用于探测碳酸盐分布和监测水面油污。v碳酸盐岩在碳酸盐岩在0.4 m 以下的短波区对紫外线的反射比其它类型的岩石以下的短波区对紫外线的反射比其它类型的岩石强，水面油膜比周围水面对紫外反射强烈。强，水面油膜比周围水面对紫外反射强烈。v空中探测高度大致在空中探测高度大致在2000m以下，不适宜高空遥感。以下，不适宜高空遥感。紫外波段的特性紫外波段的特性第21页，共117页，编辑于2022年，星期三v波长波长0.38-0.76 m m；v人眼可见，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光组成；人眼可见，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光组成；v在太阳辐射能中所占比例高，能透过大气层；地面物体对七色在太阳辐射能中所占比例高，能透过大气层；地面物体对七色光多具有其特征的反射和吸收特性，故信息量最大，是鉴别物光多具有其特征的反射和吸收特性，故信息量最大，是鉴别物质特征的主要波段；质特征的主要波段；v遥感中可以用光学摄影、扫描等各种方式成像，可全色，可分波遥感中可以用光学摄影、扫描等各种方式成像，可全色，可分波段，是遥感最常用的波段。段，是遥感最常用的波段。v可见光波段的遥感技术最成熟，但仍然有很大潜力。当前分辨可见光波段的遥感技术最成熟，但仍然有很大潜力。当前分辨能力最好的遥感资料，仍然是在可见光波段内。能力最好的遥感资料，仍然是在可见光波段内。可见光波段的特性可见光波段的特性第22页，共117页，编辑于2022年，星期三v波长波长0.76-1000 m m。可分为近红外波段（。可分为近红外波段（0.76-3），中红外（），中红外（3-6），），远红外（远红外（6-15）和超远红外（）和超远红外（15-1000）v近红外波段是地表层反射太阳的红外辐射，故又称近红外波段是地表层反射太阳的红外辐射，故又称反射红外反射红外。v其中靠近可见光红光的其中靠近可见光红光的0.76-1.2波段可使胶片感光，故又称波段可使胶片感光，故又称摄影红外摄影红外。v而中、远、超远红外是地表物体发射的红外线，故称而中、远、超远红外是地表物体发射的红外线，故称热红外热红外。热。热红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成象。红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成象。v红外遥感采用热感应方式探测地物本身的辐射（热污染、火山、森林红外遥感采用热感应方式探测地物本身的辐射（热污染、火山、森林火灾等），可以全天时遥感，是一个很有发展潜力的遥感波段。火灾等），可以全天时遥感，是一个很有发展潜力的遥感波段。红外波段的特性红外波段的特性第23页，共117页，编辑于2022年，星期三v波长波长1mm-1m。可分为毫米波（。可分为毫米波（1-10mm）、厘米波（）、厘米波（1-10cm）和分米波（）和分米波（1-10dm）。）。v微波的特点是能穿透云雾和一定厚度的植被、冰层和土微波的特点是能穿透云雾和一定厚度的植被、冰层和土壤，可获得其它波段无法获得的信息；壤，可获得其它波段无法获得的信息；v具有全天候的工作能力；具有全天候的工作能力；v可以主动和被动方式成像。可以主动和被动方式成像。v因此在遥感技术上是很有潜力的一个波段因此在遥感技术上是很有潜力的一个波段。微波波段的特性微波波段的特性第24页，共117页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 电磁辐射原理及辐射源电磁辐射原理及辐射源一、电磁辐射原理一、电磁辐射原理二、电磁辐射源二、电磁辐射源第25页，共117页，编辑于2022年，星期三一、电磁辐射原理一、电磁辐射原理vv 概念概念vv 普朗克公式普朗克公式vv 史蒂芬史蒂芬玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式vv 维恩位移定律维恩位移定律vv 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第26页，共117页，编辑于2022年，星期三概念概念热辐射热辐射v热辐射：热辐射：自然界中一切物体。当温度高于绝对零度自然界中一切物体。当温度高于绝对零度（-273-273）时，都会不断向四周空间辐射电磁波，这种）时，都会不断向四周空间辐射电磁波，这种由物体内部粒子热运动所引起的电磁辐射称为热辐射。由物体内部粒子热运动所引起的电磁辐射称为热辐射。v热辐射能量的大小及波长热辐射能量的大小及波长 分布取决于物体本身的温分布取决于物体本身的温度度T T。v地物发射电磁辐射的能力用地物发射电磁辐射的能力用发射率发射率 来表示。地物的来表示。地物的发射率以黑体辐射作为基准。发射率以黑体辐射作为基准。第27页，共117页，编辑于2022年，星期三概念概念吸收系数吸收系数v吸收系数吸收系数：物体吸收能量与入射总能量之比。：物体吸收能量与入射总能量之比。第28页，共117页，编辑于2022年，星期三概念概念黑体和白体黑体和白体v黑体：黑体：“绝对黑体绝对黑体”的简称，是一个理想的辐射体，的简称，是一个理想的辐射体，指在任何温度和波长条件下的电磁辐射的吸收系数恒指在任何温度和波长条件下的电磁辐射的吸收系数恒等于等于1 1（100100）的物体）的物体。v黑体辐射：黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射。黑体的热辐射称为黑体辐射。v绝对白体（白体绝对白体（白体)：吸收系数吸收系数恒等于恒等于0 0的物体的物体v黑体是一种具有最大辐射能力的物体；白体是具有黑体是一种具有最大辐射能力的物体；白体是具有最大反射能力的物体。最大反射能力的物体。第29页，共117页，编辑于2022年，星期三概念概念灰体和选择性辐射体灰体和选择性辐射体 现实中并不存在绝对黑体，黑体模型的基现实中并不存在绝对黑体，黑体模型的基本结构为能保持恒定温度的空腔。它能够本结构为能保持恒定温度的空腔。它能够全部吸收进入腔体内的各种波长的电磁辐全部吸收进入腔体内的各种波长的电磁辐射，又能射，又能100100的发射某一波长的辐射。的发射某一波长的辐射。n灰体灰体：0 0 1 1，不随波长而变化。不随波长而变化。v选择性辐射体：选择性辐射体：0 0 1 1，随波随波长而变化。长而变化。第30页，共117页，编辑于2022年，星期三概念概念辐射度量辐射度量v辐射能量（辐射能量（W）：）：电磁辐射的能量，单位电磁辐射的能量，单位J。v辐射通量（辐射通量（）：）：单位时间内通过某一面积的辐射能单位时间内通过某一面积的辐射能量量,=dW/dt，单位，单位W。辐射通量是波长。辐射通量是波长的函数，的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或辐射通量的总辐射通量是各谱段辐射通量之和或辐射通量的积分值积分值。v辐射通量密度（辐射通量密度（E）：）：单位时间内通过单位面积的单位时间内通过单位面积的辐射能量，辐射能量，E=d/dS，单位，单位W/M2，S为面积。为面积。第31页，共117页，编辑于2022年，星期三概念概念辐射度量辐射度量v辐照度（辐照度（I）：）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，单位通量，单位W/M2。v辐射出射度（辐射出射度（M）：）：辐射源物体表面单位面积上的辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位辐射通量，单位W/M2。v辐照度（辐照度（I）与辐射出射度（）与辐射出射度（M）都是辐射通量密）都是辐射通量密度（度（E）的概念）的概念,不过，不过，I为物体接收的辐射，为物体接收的辐射，M为为物体发出的辐射，它们都与波长有关。物体发出的辐射，它们都与波长有关。第32页，共117页，编辑于2022年，星期三普朗克公式普朗克公式v绝对黑体在波长为绝对黑体在波长为，绝对温度为，绝对温度为T T时的辐射通量密度时的辐射通量密度E E0 0(,T),T)为：为：式中：式中：C3 1010 cm/秒，光速；秒，光速；h6.6256 10-34瓦瓦.秒秒2，普朗克，普朗克常数；常数；K1.38 10-23瓦瓦.秒秒/K，玻尔兹曼常数；，玻尔兹曼常数；波长；波长；T绝对温度；绝对温度；第33页，共117页，编辑于2022年，星期三普朗克公式普朗克公式 普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温度普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系及按波长分布的情况。反映黑体辐射的关系及按波长分布的情况。反映黑体辐射的三个特性：的三个特性：n辐射通量密度随波长连续变化，温度一定时，辐射通量密度随波长连续变化，温度一定时，辐射通量密度随波长变化的曲线只有一个最大辐射通量密度随波长变化的曲线只有一个最大值值n温度越高，辐射通量密度也越大，不同温度温度越高，辐射通量密度也越大，不同温度下的曲线不相交。下的曲线不相交。n随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动向短波方向移动。E E0 06000K3000K1000K200K第34页，共117页，编辑于2022年，星期三史蒂芬史蒂芬玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式将普朗克公式对波长将普朗克公式对波长 积分得：积分得：史蒂芬史蒂芬史蒂芬史蒂芬玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式式中：式中：0(T)绝对温度时，黑体单位时间和单位面积上绝对温度时，黑体单位时间和单位面积上发出的总辐射能；发出的总辐射能；为史蒂芬为史蒂芬玻尔兹曼常数；玻尔兹曼常数；T绝对温度。绝对温度。第35页，共117页，编辑于2022年，星期三史蒂芬史蒂芬玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式由上式可见（由上式可见（在遥感技术上的意义在遥感技术上的意义）：n绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的四次方成正比，对于一般物体绝对温度的四次方成正比，对于一般物体,可用可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的关系。上式概略推算出总辐射能与绝对温度的关系。n黑体总辐射通量密度与温度的四次方成正比，因而黑体总辐射通量密度与温度的四次方成正比，因而随温度的增加迅速增大随温度的增加迅速增大红外测温的理论依据红外测温的理论依据。第36页，共117页，编辑于2022年，星期三维恩位移定律维恩位移定律v对普朗克公式对波长对普朗克公式对波长 微分后求极大值，即得出黑体最大辐微分后求极大值，即得出黑体最大辐射能所对应的波长（射能所对应的波长（m）及其绝对温度（）及其绝对温度（T）的关系式为）的关系式为:第37页，共117页，编辑于2022年，星期三维恩位移定律维恩位移定律上式说明（在遥感技术上的意义）上式说明（在遥感技术上的意义）：n黑体的绝对温度增高时，它辐射能最大的波段向短黑体的绝对温度增高时，它辐射能最大的波段向短波方向移动。据此可对特定的目标选择红外遥感的波方向移动。据此可对特定的目标选择红外遥感的最佳波段。最佳波段。第38页，共117页，编辑于2022年，星期三地物的发射率和基尔霍夫定律地物的发射率和基尔霍夫定律vv发射率发射率发射率发射率 ：又称又称“比辐射率比辐射率比辐射率比辐射率”，是指地物的辐射出射度（即地物单，是指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出的辐射总通量）位面积发出的辐射总通量）M与同温度黑体的辐射出射度（即黑体单与同温度黑体的辐射出射度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）位面积发出的辐射总通量）M0的比值的比值。M/M0 地物的发射率与地物的性质、表面状况（粗糙度、颜色等）有关，地物的发射率与地物的性质、表面状况（粗糙度、颜色等）有关，且是温度和波长的函数。且是温度和波长的函数。a、同一温度表面粗糙或颜色较深的，发射率较高；、同一温度表面粗糙或颜色较深的，发射率较高；b、不同温度的同一、不同温度的同一地物，有不同的发射率；地物，有不同的发射率；c、发射率与波长有关。、发射率与波长有关。第39页，共117页，编辑于2022年，星期三地物的发射率和基尔霍夫定律地物的发射率和基尔霍夫定律vv基尔霍夫定律：基尔霍夫定律：基尔霍夫定律：基尔霍夫定律：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，它的任何物体在任一给定的温度和波长条件下，它的辐射通量密度辐射通量密度E和吸收系数和吸收系数 之比是一个常数，并且等于同一温度之比是一个常数，并且等于同一温度波长下，绝对黑体的辐射通量密度波长下，绝对黑体的辐射通量密度E0。由此可见：任何物体在给定温度条件下，在某一波长处的发射系数数由此可见：任何物体在给定温度条件下，在某一波长处的发射系数数值上等于相同条件下的吸收系数。因此，值上等于相同条件下的吸收系数。因此，一个好的吸收体也是一个一个好的吸收体也是一个好的发射体。好的发射体。因为因为E和和M是一个概念，则有：是一个概念，则有：第40页，共117页，编辑于2022年，星期三地物的发射率和基尔霍夫定律地物的发射率和基尔霍夫定律vv基尔霍夫定律在遥感技术上的意义基尔霍夫定律在遥感技术上的意义基尔霍夫定律在遥感技术上的意义基尔霍夫定律在遥感技术上的意义 ：在一定在一定温度下的物体，如它对某一波长的辐射有强吸收，温度下的物体，如它对某一波长的辐射有强吸收，则发射这一波长的能力也强，反之亦然。如不吸则发射这一波长的能力也强，反之亦然。如不吸收某种波长的辐射，则亦不发射这种波长的辐射。收某种波长的辐射，则亦不发射这种波长的辐射。第41页，共117页，编辑于2022年，星期三二、电磁辐射源二、电磁辐射源v 自然辐射源（自然辐射源（太阳、地球）太阳、地球）v 人工辐射源人工辐射源第42页，共117页，编辑于2022年，星期三自然辐射源自然辐射源v自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射。射。v太阳辐射太阳辐射是被动遥感中可见光和近红外遥感是被动遥感中可见光和近红外遥感最主要的辐射源。最主要的辐射源。v地球是地学遥感探测的对象，又是目前远地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥感的主要辐射源。红外遥感的主要辐射源。第43页，共117页，编辑于2022年，星期三自然辐射源自然辐射源太阳太阳vv概况概况vv太阳电磁辐射强度太阳电磁辐射强度vv太阳辐射光谱太阳辐射光谱vv太阳辐射在大气中的损耗太阳辐射在大气中的损耗第44页，共117页，编辑于2022年，星期三概况概况v太阳是地球环境中最强大的天然电磁辐射源太阳是地球环境中最强大的天然电磁辐射源，是被动，是被动遥感中可见光和近红外遥感最主要的辐射源。遥感中可见光和近红外遥感最主要的辐射源。v太阳是一个表面温度约太阳是一个表面温度约6000K的炽热发光球体。的炽热发光球体。v太阳是地球上除核能外一切有用能量的源泉。太阳是地球上除核能外一切有用能量的源泉。v地球距太阳地球距太阳1.5亿亿KM，太阳辐射能经，太阳辐射能经500秒方到达地球，秒方到达地球，地球接收太阳辐射能约二十二亿分之一。地球接收太阳辐射能约二十二亿分之一。v太阳辐射是一种十分复杂的连续电波光谱，从波长太阳辐射是一种十分复杂的连续电波光谱，从波长10-4 m或更短的或更短的X射线延伸到大于射线延伸到大于10m的无线电波。的无线电波。第45页，共117页，编辑于2022年，星期三太阳电磁辐射强度太阳电磁辐射强度总能量用太阳常数表示总能量用太阳常数表示n太太阳阳常常数数：指指在在不不受受大大气气影影响响的的情情况况下下，距距太太阳阳一一个个天天文文单单位位（通通常常指指日日地地平平均均距距离离处处，约约1.4961.496 10108 8kmkm）处处，垂垂直直于于太太阳阳入入射射方方向向上上，单单位位面面积积单单位位时时间间内内所所接接收收到到的所有波段的太阳辐射总能量：的所有波段的太阳辐射总能量：I I=135.3=135.3毫瓦毫瓦/厘米厘米2 2=1352w/m=1352w/m2 2n可可以以认认为为太太阳阳常常数数是是在在大大气气层层顶顶部部接接收收到到的的太太阳阳辐辐射射能量。能量。第46页，共117页，编辑于2022年，星期三太阳辐射光谱太阳辐射光谱v太阳辐射的各种电磁波称为太阳辐射的各种电磁波称为太阳光谱。太阳光谱。v太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性近似太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性近似于温度为于温度为5900K5900K的绝对黑体辐射。的绝对黑体辐射。v太阳辐射能主要集中在太阳辐射能主要集中在0.30.33 3 m波段波段。v最大辐射对应的波长约为最大辐射对应的波长约为0.480.48 m。v由于太阳辐射的大部分能量集中在可见光波段，所由于太阳辐射的大部分能量集中在可见光波段，所以称为以称为短波辐射短波辐射。第47页，共117页，编辑于2022年，星期三太阳辐射能量的组成太阳辐射能量的组成波长波长/m 波段波段能量能量(%)波长波长/m 波段波段能量能量(%)1000 微波0.380.76 可见光43.5第48页，共117页，编辑于2022年，星期三太阳辐射光谱太阳辐射光谱v太阳辐射从近紫外到中红外（太阳辐射从近紫外到中红外（0.31-5.6 m）这一波）这一波段区间能量最集中，且相对最稳定，太阳强度变化段区间能量最集中，且相对最稳定，太阳强度变化小。小。v在其他波段，如在其他波段，如X X射线、射线、射线、远紫外及微波波段，射线、远紫外及微波波段，尽管它们的能量加起来不到尽管它们的能量加起来不到1%1%，可是却变化很大，可是却变化很大，特别是太阳活动剧烈，如黑子和耀斑爆发，其强特别是太阳活动剧烈，如黑子和耀斑爆发，其强度有剧烈增长。度有剧烈增长。第49页，共117页，编辑于2022年，星期三太阳辐射在大气中的损耗太阳辐射在大气中的损耗大气及其它成份反射：30%大气吸收：17%大气散射：22%到达地面:31%地 球太阳大气层第50页，共117页，编辑于2022年，星期三自然辐射源自然辐射源地球地球v 地球电磁辐射的特性地球电磁辐射的特性v 与太阳辐射的相互作用与太阳辐射的相互作用第51页，共117页，编辑于2022年，星期三 地球电磁辐射的特性地球电磁辐射的特性vv地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥感地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥感地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥感地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥感的主要辐射源。的主要辐射源。的主要辐射源。的主要辐射源。vv地球辐射接近于温度为地球辐射接近于温度为地球辐射接近于温度为地球辐射接近于温度为300K300K300K300K的黑体辐射，最大辐射的黑体辐射，最大辐射的黑体辐射，最大辐射的黑体辐射，最大辐射对应的波长为对应的波长为对应的波长为对应的波长为9.669.669.669.66 m m m m，属于远红外波段。，属于远红外波段。，属于远红外波段。，属于远红外波段。vv其电磁辐射的波长范围为：其电磁辐射的波长范围为：其电磁辐射的波长范围为：其电磁辐射的波长范围为：2.5-502.5-502.5-502.5-50 m m m m，大部分能量集，大部分能量集，大部分能量集，大部分能量集中在中在中在中在8-14 8-14 8-14 8-14 m m m m的范围内。的范围内。的范围内。的范围内。第52页，共117页，编辑于2022年，星期三与太阳辐射的相互作用与太阳辐射的相互作用v地地球球辐辐射射曲曲线线与与太太阳阳辐辐射射曲曲线线在在5.5 5.5 m处处相相交交，3 3 m处处地地球球辐辐射射减减弱弱至至接接近近于于0 0，6 6 m处处，太太阳阳辐辐射射减减至接近于至接近于0 0。第53页，共117页，编辑于2022年，星期三与太阳辐射相互作用与太阳辐射相互作用v波长波长0.3-3 m，即紫外、可见光和近红外波段，即紫外、可见光和近红外波段，地，地表主要的辐射是反射太阳辐射，地球自身的辐射表主要的辐射是反射太阳辐射，地球自身的辐射几乎可以忽略不计。几乎可以忽略不计。v波长波长3-6 m中红外波段，太阳与地球辐射均不能中红外波段，太阳与地球辐射均不能忽略。忽略。进行该波段的红外遥感时，常选择在清晨时进行该波段的红外遥感时，常选择在清晨时分，以减少太阳辐射影响分，以减少太阳辐射影响。v波长波长 6 m的热红外波段，主要是地表物体自身的热辐的热红外波段，主要是地表物体自身的热辐射，太阳辐射的影响几乎可以忽略不计。射，太阳辐射的影响几乎可以忽略不计。第54页，共117页，编辑于2022年，星期三人工辐射源人工辐射源v人工辐射源：人工辐射源：指能人为发射具有一定波长的电指能人为发射具有一定波长的电磁波束的发射装置。目前主要有磁波束的发射装置。目前主要有微波辐射源微波辐射源和和激光辐射源激光辐射源。v主动式遥感采用人工辐射源。工作时向地表发主动式遥感采用人工辐射源。工作时向地表发射电磁波束而接收其反射回波，并据其反射信射电磁波束而接收其反射回波，并据其反射信号强弱探知地物性质或测距。又称号强弱探知地物性质或测距。又称雷达探测雷达探测。v雷达又可以分为雷达又可以分为微波雷达微波雷达和和激光雷达激光雷达。第55页，共117页，编辑于2022年，星期三人工辐射源人工辐射源微波辐射源微波辐射源微波遥感中常微波遥感中常用的波段为用的波段为0.830cm，其探，其探测波段与相应测波段与相应频率如表：频率如表：波段名称波段名称频率频率(10MHz)波长波长(cm)PLSCXKuKKaQVW0.225 0.390.39 1.551.55 3.93.9 5.755.75 10.910.9 1818 26.526.5 4040 4646 5656 100133 76.976.9 19.419.4 7.697.69 5.215.21 2.752.75 1.671.67 1.131.13 0.830.83 0.630.63 0.530.53 0.3第56页，共117页，编辑于2022年，星期三微波遥感特点微波遥感特点v微微波波属属无无线线电电波波中中波波长长最最短短的的部部分分，频频率率高高，可可用用频频带带宽宽，信息容量大。信息容量大。v微波具有似光性，即传播特性与光相似。微波具有似光性，即传播特性与光相似。v微微波波遥遥感感具具有有全全天天候候全全天天时时探探测测能能力力。（主主动动式式传传感感器器不不依依靠靠太太阳阳辐辐射；波长长，受大气干扰小）。射；波长长，受大气干扰小）。v微微波波对对某某些些物物质质具具有有一一定定的的穿穿透透能能力力，如如植植被被、冰冰、雪雪、土土壤。壤。v某某些些物物质质的的光光谱谱在在微微波波波波段段有有较较大大的的差差异异，因因此此一一些些物物体体在在微波遥感中容易区别。微波遥感中容易区别。第57页，共117页，编辑于2022年，星期三人工辐射源人工辐射源激光辐射源激光辐射源vv光谱：短波可至光谱：短波可至光谱：短波可至光谱：短波可至0.240.240.240.24 m以下，长波可达以下，长波可达以下，长波可达以下，长波可达1000100010001000 m，甚至微波，甚至微波，甚至微波，甚至微波，激光器发射光谱的波长范围较宽。激光器发射光谱的波长范围较宽。激光器发射光谱的波长范围较宽。激光器发射光谱的波长范围较宽。vv输出功率：低者几微瓦，高者可达几兆瓦以上。输出功率：低者几微瓦，高者可达几兆瓦以上。输出功率：低者几微瓦，高者可达几兆瓦以上。输出功率：低者几微瓦，高者可达几兆瓦以上。vv激光的方向性好，光细、发散面非常小，能产生极高分辨率的图激光的方向性好，光细、发散面非常小，能产生极高分辨率的图激光的方向性好，光细、发散面非常小，能产生极高分辨率的图激光的方向性好，光细、发散面非常小，能产生极高分辨率的图像。像。像。像。vv高亮度：可比太阳亮度高几十亿倍。高亮度：可比太阳亮度高几十亿倍。高亮度：可比太阳亮度高几十亿倍。高亮度：可比太阳亮度高几十亿倍。vv单色性好。单色性好。单色性好。单色性好。vv用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和速度，用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和速度，用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和速度，用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和速度，测量地形、海浪情况，监测污染等。测量地形、海浪情况，监测污染等。测量地形、海浪情况，监测污染等。测量地形、海浪情况，监测污染等。第58页，共117页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 大气对电磁辐射传输的影响大气对电磁辐射传输的影响v太阳辐射或地面辐射经过大气层时，会受到大气太阳辐射或地面辐射经过大气层时，会受到大气的反射、吸收和散射作用而发生衰减。的反射、吸收和散射作用而发生衰减。v不同波长的电磁波所受的衰减作用轻重不同，即不不同波长的电磁波所受的衰减作用轻重不同，即不同波长的电磁波在大气中的透射率不同。同波长的电磁波在大气中的透射率不同。第59页，共117页，编辑于2022年，星期三大气对电磁辐射传输的影响大气对电磁辐射传输的影响传感器接收地物对太阳辐射反射的过程受到两次衰减：一是太阳辐射从传感器接收地物对太阳辐射反射的过程受到两次衰减：一是太阳辐射从大气外界通过倾斜路径到达地面；二是到达地面的太阳辐射经过地物的大气外界通过倾斜路径到达地面；二是到达地面的太阳辐射经过地物的反射，垂直向上又一次经过大气。反射，垂直向上又一次经过大气。太阳高度角传感器大气层顶部太阳辐照度E（）()地面