遥感物理基础精品文稿.ppt

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1、遥感物理基础第1页，本讲稿共117页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，本讲稿共117页第一节第一节 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，本讲稿共117页一、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

2、vv电磁辐射电磁辐射第4页，本讲稿共117页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，本讲稿共117页v机械波：机械波：由机械振动产生的波。是振源发出的振动在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。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，质中质点的位移矢量，质点本身并不向前运动，传播

3、的是能量和振动形式。传播的是能量和振动形式。波波机械波机械波第6页，本讲稿共117页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、吸电磁波能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射等现象）。收、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

4、量B B。波波电磁波和电磁辐射电磁波和电磁辐射第7页，本讲稿共117页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。电场矢量方向垂直。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，电磁波可以在真空中传播，不依赖于介质。磁波可以在真空中传播，不依赖于介质。波波电磁波电磁波EBV第8页，本讲稿共117页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

5、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个套在一起的链条，在空间传播开来，形成电磁波。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，电磁波传播的是电磁能。同理，电磁波传播的是电磁能。波波电磁波电磁波第9页，本讲稿共117页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

6、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程的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：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，本讲稿共117页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

7、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表示。表示。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

8、波在在真真空空中中的的传传播播速速度度为为每秒每秒3 3 10108 8米米/秒，通常用秒，通常用C C表示。表示。第11页，本讲稿共117页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。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一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。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。幅信息，同时记录位相信息。第12页，本讲稿共117页二、电磁波的特性二、电磁

9、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，本讲稿共117页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（如干涉、电磁波具有波动特性（如干涉、衍射、偏振、色散等现象）。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

10、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，本讲稿共117页三、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，本讲稿共117页电磁

11、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，这个图表就叫排列成图表，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；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，吸收电磁波。反之，吸收电磁波。v不同的粒子，发生不同的能级跃迁，产生不同能量，也就是不同的粒子，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。不同波长的电磁波。第16页，本讲稿共117页电

12、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，无线电波根据波长不电磁波谱中，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、红外线、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，见下射线，见下图：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

13、17页，本讲稿共117页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，本讲稿共117页电

14、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，本讲稿共117页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

15、外线红外线红外线n n微波微波微波微波第20页，本讲稿共117页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，只的紫外线，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，称有部分投射到地面，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

16、 m 以下的短波区对紫外线的反射比其它类型的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。岩石强，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，本讲稿共117页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

17、最大，是鉴色光多具有其特征的反射和吸收特性，故信息量最大，是鉴别物质特征的主要波段；别物质特征的主要波段；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。分波段，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，本讲稿共117页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.

18、76-3），中红外（），中红外（3-6），远），远红外（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。热红外只。热红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成象。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（

19、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，本讲稿共117页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、冰层和土壤，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；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

20、；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，本讲稿共117页第二节第二节 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，本讲稿共117页一、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，本讲稿共117页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

21、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，）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。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度分布取决于物体本身的温度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。地物的发来表示。地物的发射率以黑体辐射作为基准。射率以黑体辐射作为基准。第27页，本讲稿共117页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

22、之比。第28页，本讲稿共117页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，指的简称，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等于在任何温度和波长条件下的电磁辐射的吸收系数恒等于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；白体是具有最大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。反射能力的物体。第29页，本讲稿共117页概

23、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，黑体模型的基本结构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。它能够全部吸收进入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射，又能腔体内的各种波长的电磁辐射，又能100100的发的发射某一波长的辐射。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，随波长随波长而变化。而变化。第30页，本讲稿共117页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

24、量（辐射通量（）：）：单位时间内通过某一面积的辐单位时间内通过某一面积的辐射能量射能量,=dW/dt，单位，单位W。辐射通量是波长。辐射通量是波长的函的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或辐射通量的数，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辐单位时间内通过单位面积的辐射能量，射能量，E=d/dS，单位，单位W/M2，S为面积。为面积。第31页，本讲稿共117页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

25、射度（辐射出射度（M）：）：辐射源物体表面单位面积上的辐辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位射通量，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，本讲稿共117页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

26、 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绝对绝对温度；温度；第33页，本讲稿共117页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的关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。反映黑体辐射的三个特系及按波长分布的情况。反映黑体辐射的三个特性：性：n辐射通量密度随波长连续变化，温度一定时，辐射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值通量密度随波长变化的曲线只有一个最大值n温度越高，辐射通量密度也越大，不同温度下温度越高，

27、辐射通量密度也越大，不同温度下的曲线不相交。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，本讲稿共117页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发出绝对温度时，黑体单位时间和单位面积上发出的总辐射能；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

28、页，本讲稿共117页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，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因而随温度的增加迅速增大红外测温的理红外测温的理论依据论依据。第36页，本讲稿共117页维恩位移定律维恩位移定律v对普朗克公式对波

29、长对普朗克公式对波长 微分后求极大值，即得出黑体最大辐射能微分后求极大值，即得出黑体最大辐射能所对应的波长（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，本讲稿共117页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波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最佳方向移动。据此可对特定的目标选择红外遥感的最佳波段。波段。第38页，本讲稿共117页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

30、 ：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）单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，且是温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。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

31、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，本讲稿共117页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温度波长下，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

32、同条件下的吸收系数。因此，系数数值上等于相同条件下的吸收系数。因此，一个好的吸收体一个好的吸收体也是一个好的发射体。也是一个好的发射体。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，本讲稿共117页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 ：在一定温度在一定温度下的物体，如它对某一波长的辐射有强吸收，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

33、射这种波不吸收某种波长的辐射，则亦不发射这种波长的辐射。长的辐射。第41页，本讲稿共117页二、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，本讲稿共117页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射。自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射。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，又是目前远红外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。遥感的主要辐射源。第43页，本讲稿共117页自然辐射源自然辐射

34、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，本讲稿共117页概况概况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，是被动遥，是被动遥感中可见光和近红外遥感最主要的辐射源。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

35、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，本讲稿共117页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

36、，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能量。量。第46页，本讲稿共117页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，且辐射特性近太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性近似于温度为似于温度为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

37、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，由于太阳辐射的大部分能量集中在可见光波段，所以称为所以称为短波辐射短波辐射。第47页，本讲稿共117页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，本讲稿共117页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）这一波段）这一波段区间能量最集中，且相对最稳定，太阳强

38、度变化区间能量最集中，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，特，可是却变化很大，特别是太阳活动剧烈，如黑子和耀斑爆发，其强度有剧别是太阳活动剧烈，如黑子和耀斑爆发，其强度有剧烈增长。烈增长。第49页，本讲稿共117页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，本讲稿共117页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

39、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，本讲稿共117页 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，又是目前远红外遥地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥地球是地学遥感探测的对象，又是目前远红外遥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。感的主要辐射源。感的主要辐射源。感的主要辐射源。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，最大辐射对的黑体辐射，最大辐射对的黑体辐射，最大辐射对的黑体辐射，最大辐射对应的波长为应的波长为应的波长为应的波长为9

40、.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，大部分能量，大部分能量，大部分能量集中在集中在集中在集中在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，本讲稿共117页与太阳辐射的相互作用与太阳辐射的相互作用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

41、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至接接近近于于0 0。第53页，本讲稿共117页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忽略。中红外波段，太阳与地球辐射均不能忽略。进行该波段的红外遥感时，常选择在清晨时分，以进行该波段的红外遥感时，

42、常选择在清晨时分，以减少太阳辐射影响减少太阳辐射影响。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。辐射，太阳辐射的影响几乎可以忽略不计。第54页，本讲稿共117页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。目前主要有电磁波束的发射装置。目前主要有微波辐射微波辐射源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，

43、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，本讲稿共117页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

44、.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，本讲稿共117页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

45、波对某些物质具有一定的穿透能力，如植被、冰、雪、土壤。微波对某些物质具有一定的穿透能力，如植被、冰、雪、土壤。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，本讲稿共117页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

46、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

47、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、高度和用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和用途日益广泛，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。速度，测量地形、海浪情况，监测污染等。速度，测量地形、海浪情况，监测污染等。速度，测量地形、海浪情况，监测污染等。第58页，本讲稿共117页第三节第三节 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，会受到大太阳辐射或地面辐射经过大气层时，会受

48、到大气的反射、吸收和散射作用而发生衰减。气的反射、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，本讲稿共117页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

49、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（）()地面反射率z()天顶透过率LA传感器探测到的散射辐射LS地面反射辐射地面()斜程透过率R()传感器的滤光片的作用第60页，本讲稿共117页主要内容主要内容vv大气的层次和结构大气的层次和结构大气的层次和结构大气的层次和结构vv大气反射大气反射大气反射大气反射vv大气吸收大气吸收大气吸收大气吸收vv大气散射大气散射大气散射大气散射vv大气透过率大气透过率大气透过率大气透过率vv大气窗口和大气屏障大气窗口和大气屏障大气窗口和大气屏障大气窗口和大气屏障电磁辐射大气传输的研究是现代遥感技术中的基本理论研究之一电磁辐射大气传输的研究是现代

50、遥感技术中的基本理论研究之一电磁辐射大气传输的研究是现代遥感技术中的基本理论研究之一电磁辐射大气传输的研究是现代遥感技术中的基本理论研究之一第61页，本讲稿共117页大气的层次和成份大气的层次和成份v大气层次大气层次v大气成份大气成份第62页，本讲稿共117页大气层次大气层次地球外围的大气圈并没有一个确切的界限，只是离地面越高，空气逐渐地球外围的大气圈并没有一个确切的界限，只是离地面越高，空气逐渐变得越稀薄。大气在垂直方向的分层如下：变得越稀薄。大气在垂直方向的分层如下：n对流层：对流层：顶部平均距地面顶部平均距地面20km以内，集中了大气质量的以内，集中了大气质量的3/4 4，层内大，层内大