02第二章 遥感电磁辐射基础.ppt

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1、第二章 遥感电磁辐射基础n n学习目标：学习目标：学习目标：学习目标：n n理解电磁波与电磁波谱的概念理解电磁波与电磁波谱的概念理解电磁波与电磁波谱的概念理解电磁波与电磁波谱的概念n n了解黑体辐射的特性及其与真实物体的关系了解黑体辐射的特性及其与真实物体的关系了解黑体辐射的特性及其与真实物体的关系了解黑体辐射的特性及其与真实物体的关系n n了解地球大气的基本情况，理解大气对遥感的影响了解地球大气的基本情况，理解大气对遥感的影响了解地球大气的基本情况，理解大气对遥感的影响了解地球大气的基本情况，理解大气对遥感的影响n n了解地物的电磁波反射、发射、散射特性了解地物的电磁波反射、发射、散射特性了

2、解地物的电磁波反射、发射、散射特性了解地物的电磁波反射、发射、散射特性n n自学指导自学指导自学指导自学指导：n n遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特征，才可能应用遥感技术探测和研究远距各自的电磁波反射或辐射特征，才可能应用遥感技术探测和研究远距各自的电磁波反射或辐射特征，才可能应用遥感技术探测和研究远距各自的电磁波反射或辐射特征，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的

3、物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。n n本章重点和难点：本章重点和难点：本章重点和难点：本章重点和难点：n n重点是掌握可见光、近红外、热红外和微波遥

4、感机理，以及地物波谱重点是掌握可见光、近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱重点是掌握可见光、近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱重点是掌握可见光、近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征，难点是大气辐射传输。特征，难点是大气辐射传输。特征，难点是大气辐射传输。特征，难点是大气辐射传输。波：振动的传播称为波。波：振动的传播称为波。波：振动的传播称为波。波：振动的传播称为波。2.1 电磁波与电磁波谱电磁波与电磁波谱电磁波（电磁辐射）：电磁波（电磁辐射）：当电磁振荡进入空间，变化的磁场引当电磁振荡进入空间，变化的磁场引起变化的电场，变化的电场又引起新的变化的磁场，这种变化起变化的电

5、场，变化的电场又引起新的变化的磁场，这种变化的磁场和电场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的磁场和电场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。电磁波是随着电磁振荡向各个不同方向传的过程称为电磁波。电磁波是随着电磁振荡向各个不同方向传播的。播的。一、电磁波的产生一、电磁波的产生二、电磁波的性质：二、电磁波的性质：横波；横波；在真空中以光速传播；在真空中以光速传播；波长与频率成反比，波长与频率成反比，c=，两者的乘两者的乘积为光速；积为光速；具有波粒二象性；具有波粒二象性；不需要媒质也能传播，与物质发生作用不需要媒质也能传播，与物质发生作用时，如气体、固体、液体介质时，

6、会发生时，如气体、固体、液体介质时，会发生反射、吸收、透射、折射等现象。反射、吸收、透射、折射等现象。根据能量守恒定律，根据能量守恒定律，全部反射、吸收、全部反射、吸收、透射、折射的能量之和应该与入射的总能透射、折射的能量之和应该与入射的总能量相等。量相等。按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成电磁波谱。以频率从高到低或波长从短到长排列可以划分为：射线射线XX射线射线紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线微波微波无线电波。无线电波。三、电磁波谱电磁波谱n n紫外线：紫外线：紫外线：紫外线：波长范围为波长范围为0.0050.0050.38m0.38m，太阳光谱中，只太阳光谱中，只

7、有有0.30.30.38m0.38m波长的光到达地面。水面飘浮的油膜比波长的光到达地面。水面飘浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈，因此可用于油污染的监周围水面反射的紫外线要强烈，因此可用于油污染的监测。但是紫外波段从空中可探测的高度大致在测。但是紫外波段从空中可探测的高度大致在2000m 2000m 以以下，对高空遥感不宜采用。下，对高空遥感不宜采用。vv可见光：可见光：可见光：可见光：波长范围：波长范围：0.380.380.76m0.76m，人眼对可见光有人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的最常用波段。敏锐的感觉，是遥感技术应用中的最常用波段。vv红外线红外线红外线红外线：波长范围

8、为波长范围为0.760.761000m1000m，根据性质分为近根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。可以探测热辐射。红外、中红外、远红外和超远红外。可以探测热辐射。n n微波：微波：微波：微波：波长范围为波长范围为1 1 mmmm1 m1 m，能透过云雾而不受天气，能透过云雾而不受天气影响，也能透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物，在遥影响，也能透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物，在遥感技术中是很有发展潜力的波段。感技术中是很有发展潜力的波段。vv目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。红外和微波波谱区间。遥感应用的电磁波波谱

9、段n任何地物都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。任何地物都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。n遥感探测实际上是对地物辐射能量的测定。遥感探测实际上是对地物辐射能量的测定。n与辐射有关的几个概念：与辐射有关的几个概念：辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐射，对它的辐射，对它的辐射，对它的辐射，也能够向外（发出）辐射。也能够向外（发出）辐射。也能够向外（发出）辐射。也能够向外（发出）辐射。辐射能量（辐射能量（辐射能量（辐射能量（WW

10、）：电磁辐射的能量，单位：）：电磁辐射的能量，单位：）：电磁辐射的能量，单位：）：电磁辐射的能量，单位：J J（焦耳）。（焦耳）。（焦耳）。（焦耳）。辐射通量（辐射通量（辐射通量（辐射通量（）：单位时间内通过某一面积的辐射能量，）：单位时间内通过某一面积的辐射能量，）：单位时间内通过某一面积的辐射能量，）：单位时间内通过某一面积的辐射能量，=dWdW/dtdt，单位，单位，单位，单位:W:W（J/sJ/s）。）。）。）。辐照度（辐照度（辐照度（辐照度（I I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，）：被辐射的

11、物体表面单位面积上的辐射通量，I=dI=d/dsds，单位：，单位：，单位：，单位：W/mW/m2 2 。辐射出射度（辐射出射度（辐射出射度（辐射出射度（MM）：辐射源物体表面单位面积上的辐射）：辐射源物体表面单位面积上的辐射）：辐射源物体表面单位面积上的辐射）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，通量，通量，通量，M=dM=d/dsds，单位：，单位：，单位：，单位：W/mW/m2 2 。2.2 辐射辐射电磁辐射电磁辐射 指能量以电磁波形式由辐射源发射到空间的现象。指能量以电磁波形式由辐射源发射到空间的现象。温度大于热力学温度温度大于热力学温度温度大于热力学温度温度大于热力学温度0K0K（-

12、273.15-273.15）的任何物体都具有发射电磁波的能力。）的任何物体都具有发射电磁波的能力。）的任何物体都具有发射电磁波的能力。）的任何物体都具有发射电磁波的能力。n n遥感需要研究的辐射类型：遥感需要研究的辐射类型：遥感需要研究的辐射类型：遥感需要研究的辐射类型：n1、黑体辐射、黑体辐射n2、太阳辐射、太阳辐射n3、地球辐射、地球辐射n4、大气辐射、大气辐射 地物的电磁波发射能力主要与其温度有关。为地物的电磁波发射能力主要与其温度有关。为了衡量电磁波发射能力的大小，常以黑体辐射作为了衡量电磁波发射能力的大小，常以黑体辐射作为度量的标准。度量的标准。1860年，基尔霍夫年，基尔霍夫（Ki

13、rchhoff）得出了好的吸收体也是好得出了好的吸收体也是好的辐射体这一定律。它说明：凡是吸收热辐射能力强的物体，的辐射体这一定律。它说明：凡是吸收热辐射能力强的物体，它们的热发射能力也强；凡是吸收热辐射能力弱的物体，它它们的热发射能力也强；凡是吸收热辐射能力弱的物体，它们的热发射能力也就弱。们的热发射能力也就弱。黑体也称绝对黑体，是指黑体也称绝对黑体，是指全部全部吸收外来电磁辐射而毫无反射和透射能力的理想物体。恒星和太阳的辐射接近黑体辐射。恒星和太阳的辐射接近黑体辐射。恒星和太阳的辐射接近黑体辐射。恒星和太阳的辐射接近黑体辐射。一、黑体辐射一、黑体辐射黑体的特性：黑体的特性：黑体的特性：黑体

14、的特性：任何物体：任何物体：任何物体：任何物体：（，T T）+（，T T）1 1 绝对黑体：绝对黑体：绝对黑体：绝对黑体：（，T T）1 1 （，T T）0 0，其吸收率和反射，其吸收率和反射，其吸收率和反射，其吸收率和反射率与物体的温度和波长无关率与物体的温度和波长无关率与物体的温度和波长无关率与物体的温度和波长无关注：注：注：注：（，T T）：光谱吸收系数（吸收率）：光谱吸收系数（吸收率）：光谱吸收系数（吸收率）：光谱吸收系数（吸收率）（，T T）：光谱反射系数（反射率）：光谱反射系数（反射率）：光谱反射系数（反射率）：光谱反射系数（反射率）（一）黑体辐射的概念和特性（一）黑体辐射的概念和

15、特性实验用黑体实验用黑体 1 1、斯忒藩斯忒藩-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzman）某个温度时黑体的辐射（发射）能量某个温度时黑体的辐射（发射）能量辐射出射度（辐射出射度（M），随物体温度的升），随物体温度的升高以高以4次方的比例增大。次方的比例增大。M=T T4 4：斯忒藩斯忒藩-玻尔兹曼玻尔兹曼常数，常数，=5.6710-8W/（m2K4）（二）黑体辐射规律黑体辐射规律（P31，图2.5）应用：对于一般物体来讲，传感器检测到它的辐射能后就可以应用：对于一般物体来讲，传感器检测到它的辐射能后就可以用此公式概略推算出物体的总辐射能量或绝对温度。热红外遥用此公式概略推算出物

16、体的总辐射能量或绝对温度。热红外遥感就是利用这一原理探测和识别目标物的。感就是利用这一原理探测和识别目标物的。2 2、维恩位移定律、维恩位移定律（Wein）黑体辐射光谱中最强的辐射波长黑体辐射光谱中最强的辐射波长max 与与 黑体绝对温度黑体绝对温度T 成反比。成反比。max T=bb为常数,b=2.89810-3mK表明：黑体的绝对温度增高时，它的辐射最大值向短波方向表明：黑体的绝对温度增高时，它的辐射最大值向短波方向位移。若知道了某物体温度，就可以推算出它所辐射的波段。位移。若知道了某物体温度，就可以推算出它所辐射的波段。在遥感技术上，常用这种方法选择遥感器和确定对目标物进在遥感技术上，常

17、用这种方法选择遥感器和确定对目标物进行热红外遥感的最佳波段。行热红外遥感的最佳波段。问：如果遥感器的目的是探测人体，请问设计的遥感器应该对那个波段最问：如果遥感器的目的是探测人体，请问设计的遥感器应该对那个波段最敏感为宜？（注：人体表温度约为敏感为宜？（注：人体表温度约为34）（三）实际物体的辐射n n自然界中黑体辐射是不存在，一般地物辐射能量总要比自然界中黑体辐射是不存在，一般地物辐射能量总要比自然界中黑体辐射是不存在，一般地物辐射能量总要比自然界中黑体辐射是不存在，一般地物辐射能量总要比黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要黑体辐射

18、能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要增加一个因子，那就是发射率（比辐射率）。增加一个因子，那就是发射率（比辐射率）。增加一个因子，那就是发射率（比辐射率）。增加一个因子，那就是发射率（比辐射率）。n n发射率发射率发射率发射率 是指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出是指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出是指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出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）的辐射总通量）的辐射总通量）的辐射总通量）MM与同温度的黑体辐射出射度（即黑体与同温度的黑体辐射出射度（即黑体与同温度的黑体辐射出射度（即黑体与同

19、温度的黑体辐射出射度（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）单位面积发出的辐射总通量）单位面积发出的辐射总通量）MM黑黑黑黑的比值。的比值。的比值。的比值。实际物体的发射率与其性质、表面状实际物体的发射率与其性质、表面状实际物体的发射率与其性质、表面状实际物体的发射率与其性质、表面状况（如粗糙度、颜色）有关，且是温况（如粗糙度、颜色）有关，且是温况（如粗糙度、颜色）有关，且是温况（如粗糙度、颜色）有关，且是温度和波长的函数。度和波长的函数。度和波长的函数。度和波长的函数。P33,P33,P33,P33,表表表表2.22.22.22.2依据发射率与波长的关系，将实际物依据发射

20、率与波长的关系，将实际物依据发射率与波长的关系，将实际物依据发射率与波长的关系，将实际物体分为三种类型：黑体、灰体、选择体分为三种类型：黑体、灰体、选择体分为三种类型：黑体、灰体、选择体分为三种类型：黑体、灰体、选择性发射体。性发射体。性发射体。性发射体。1.1.黑体或绝对黑体，其发射率黑体或绝对黑体，其发射率=1=1，即黑体发射率对所有波长，即黑体发射率对所有波长都是一个常数，并且等于都是一个常数，并且等于1 1。2.2.灰体，其发射率灰体，其发射率=常数常数1 1（因吸收率（因吸收率 1 1）。即灰体的）。即灰体的发射率始终小于发射率始终小于1 1，不随波长变化。不随波长变化。3.3.选择

21、性辐射体，其发射率随波长而变化，而且选择性辐射体，其发射率随波长而变化，而且1 1（因吸（因吸收率收率也随波长而变化并且也随波长而变化并且1 1）。）。在红外遥感传感器设计中，可以把一些红外辐射体看成灰体（例如人体、喷气式飞在红外遥感传感器设计中，可以把一些红外辐射体看成灰体（例如人体、喷气式飞机尾喷管、无动力空间飞行器、地球背景及空间背景等），也可以在某些波段内把机尾喷管、无动力空间飞行器、地球背景及空间背景等），也可以在某些波段内把选择性辐射体看成灰体（如果其发射率选择性辐射体看成灰体（如果其发射率在某些波段内近似不变），这样就简化了在某些波段内近似不变），这样就简化了计算工作。计算工作。

22、一、太阳辐射一、太阳辐射一、太阳辐射一、太阳辐射（太阳光）太阳是被动遥感最主要的辐射源（太阳光）太阳是被动遥感最主要的辐射源（太阳光）太阳是被动遥感最主要的辐射源（太阳光）太阳是被动遥感最主要的辐射源 太阳常数：太阳常数：在不受大气影响的情况下，距太阳一个天文单位在不受大气影响的情况下，距太阳一个天文单位（通常指日地平均距离，约（通常指日地平均距离，约1.496108km）内，垂直于太阳辐射方）内，垂直于太阳辐射方向上，单位面积单位时间内黑体接受到的太阳辐射能量。其数量为：向上，单位面积单位时间内黑体接受到的太阳辐射能量。其数量为：1.360 103 瓦瓦/平方米（平方米（1.95cal/cm

23、2minmin）。1卡卡=4.184焦焦 太阳辐射（太阳光谱）的主要特征太阳辐射（太阳光谱）的主要特征(P35,图图2.8)（1）太阳辐射的能量大部分集中在可见光波段。）太阳辐射的能量大部分集中在可见光波段。（2）太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射）太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。特性基本一致。被动遥感主要利用可见光、近红外、中红外等稳定的辐射。被动遥感主要利用可见光、近红外、中红外等稳定的辐射。2.2太阳辐射和地球辐射太阳能量随波长的分布太阳能量随波长的分布太阳能量随波长的分布太阳能量随波长的分布红外波段红外波段38%38%经过大气层的太阳辐射

24、有很大的衰减；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。各波段的衰减是不均衡的。各波段的衰减是不均衡的。各波段的衰减是不均衡的。二、地球的电磁波辐射n n地球表面的平均温度约为地球表面的平均温度约为地球表面的平均温度约为地球表面的平均温度约为300K300K，其电磁波辐射，其电磁波辐射，其电磁波辐射，其电磁波辐射近似于该温度下的黑体辐射。近似于该温度下的黑体辐射。近似于该温度下的黑体辐射。近似于该温度下的黑体辐射。n n当辐射通过大气射入大气外遥感平台时，由于大当辐射通过大气射入大气外遥感平台时，由于大当辐射通

25、过大气射入大气外遥感平台时，由于大当辐射通过大气射入大气外遥感平台时，由于大气中水、气中水、气中水、气中水、二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳、臭氧等对辐射的吸收，曲线、臭氧等对辐射的吸收，曲线、臭氧等对辐射的吸收，曲线、臭氧等对辐射的吸收，曲线显示为不平滑的折线。显示为不平滑的折线。显示为不平滑的折线。显示为不平滑的折线。地球表面辐射和大气电磁辐射的总称。地球表面辐射和大气电磁辐射的总称。地球辐射的分段特性地球辐射的分段特性地球辐射的分段特性地球辐射的分段特性见见P37,图图2.10n n进行遥感探测时：n n 接收到波长小于3微米的电磁波，主要是地物反射的太阳辐射能量n n 接收到波长大于6

26、微米的电磁波，主要是地物本身发射的热辐射能量n n 接收到波长3-6m之间，太阳和地球的热辐射都要考虑 2.3 太阳辐射与大气的作用 一、大气结构一、大气结构 二、大气成分二、大气成分 三、三、大气对太阳辐射的影响（折射、反射、大气对太阳辐射的影响（折射、反射、吸收和散射）吸收和散射）四、大气窗口四、大气窗口 一、大气结构外大气层：外大气层：外大气层：外大气层：1000-35 000 1000-35 000 1000-35 000 1000-35 000 km,km,km,km,空气极稀薄，对卫星空气极稀薄，对卫星空气极稀薄，对卫星空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。基本上没有影响。基本上没有影

27、响。基本上没有影响。电离层：高度在电离层：高度在电离层：高度在电离层：高度在80-1 000 80-1 000 80-1 000 80-1 000 kmkmkmkm，大气中的大气中的大气中的大气中的O O O O2 2 2 2、N N N N2 2 2 2受紫外受紫外受紫外受紫外线照射而电离，对遥感波线照射而电离，对遥感波线照射而电离，对遥感波线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星段是透明的，是陆地卫星段是透明的，是陆地卫星段是透明的，是陆地卫星活动空间。活动空间。活动空间。活动空间。平流层：高度在平流层：高度在平流层：高度在平流层：高度在12-80 km12-80 km12-80 km

28、12-80 km，底部为同温层（航空遥底部为同温层（航空遥底部为同温层（航空遥底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上，感活动层），同温层以上，感活动层），同温层以上，感活动层），同温层以上，温度由于臭氧层对紫外线温度由于臭氧层对紫外线温度由于臭氧层对紫外线温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。的强吸收而逐渐升高。的强吸收而逐渐升高。的强吸收而逐渐升高。对流层：高度在对流层：高度在对流层：高度在对流层：高度在7-12 km,7-12 km,7-12 km,7-12 km,温度随高度而降低，天气温度随高度而降低，天气温度随高度而降低，天气温度随高度而降低，天气变化频繁，影响遥感数据，变化频

29、繁，影响遥感数据，变化频繁，影响遥感数据，变化频繁，影响遥感数据，航空遥感区域。航空遥感区域。航空遥感区域。航空遥感区域。大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、水滴等组成。气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 悬浮微粒：尘埃 二、大气成分这些这些气体分子气体分子和和微粒微粒对电磁辐射具有吸收和散射作用。对电磁辐射具有吸收和散射作用。太阳辐射进入地球之前必然通过大气层，太阳太阳辐射进入地球之前必然通过大气层，太阳太阳辐射进入地球之前必然通过大气层，太阳太阳辐射进入地球之前必然通过大气层，太阳辐射与大气相互作用的结果，是使能量不断减弱。辐射与大气相互作用的结果，是使能量不断减弱。

30、辐射与大气相互作用的结果，是使能量不断减弱。辐射与大气相互作用的结果，是使能量不断减弱。约有约有约有约有30%30%30%30%被云层和其它大气成分反射回宇宙空间；被云层和其它大气成分反射回宇宙空间；被云层和其它大气成分反射回宇宙空间；被云层和其它大气成分反射回宇宙空间；约有约有约有约有17%17%17%17%被大气吸收，约有被大气吸收，约有被大气吸收，约有被大气吸收，约有22%22%22%22%被大气散射；而仅有被大气散射；而仅有被大气散射；而仅有被大气散射；而仅有31%31%31%31%的太阳辐射辐射到地面。其中的太阳辐射辐射到地面。其中的太阳辐射辐射到地面。其中的太阳辐射辐射到地面。其中

31、反射反射反射反射作用影响最作用影响最作用影响最作用影响最大，由于云层的反射对电磁波各波段均有强烈影响，大，由于云层的反射对电磁波各波段均有强烈影响，大，由于云层的反射对电磁波各波段均有强烈影响，大，由于云层的反射对电磁波各波段均有强烈影响，造成对遥感信息接受的严重障碍。造成对遥感信息接受的严重障碍。造成对遥感信息接受的严重障碍。造成对遥感信息接受的严重障碍。因此，被动遥感应尽量选择无云的天气接收遥因此，被动遥感应尽量选择无云的天气接收遥因此，被动遥感应尽量选择无云的天气接收遥因此，被动遥感应尽量选择无云的天气接收遥感信号。目前在大多数遥感方式中，都只考虑无云感信号。目前在大多数遥感方式中，都只

32、考虑无云感信号。目前在大多数遥感方式中，都只考虑无云感信号。目前在大多数遥感方式中，都只考虑无云天气情况下的大气天气情况下的大气天气情况下的大气天气情况下的大气吸收吸收吸收吸收、散射散射散射散射的衰减作用。的衰减作用。的衰减作用。的衰减作用。P46P46P46P46三、大气对太阳辐射的影响三、大气对太阳辐射的影响（一）大气的吸收作用大气的吸收作用：大气的吸收作用：大气的吸收作用：大气的吸收作用：P41P41P41P41 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大

33、气吸收带（形成太阳辐射的大气吸收带（形成太阳辐射的大气吸收带（形成太阳辐射的大气吸收带（图图图图2.142.142.142.14）。）。）。）。主要在紫外、红外与微波区，引起电磁波衰减。主要在紫外、红外与微波区，引起电磁波衰减。主要在紫外、红外与微波区，引起电磁波衰减。主要在紫外、红外与微波区，引起电磁波衰减。引起大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧引起大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧引起大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧引起大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧化碳等。化碳等。化碳等。化碳等。大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，由大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，由

34、大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，由大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，由于大气对紫外线有很强的吸收作用，因此，现阶段于大气对紫外线有很强的吸收作用，因此，现阶段于大气对紫外线有很强的吸收作用，因此，现阶段于大气对紫外线有很强的吸收作用，因此，现阶段遥感中很少用到紫外线波段。遥感中很少用到紫外线波段。遥感中很少用到紫外线波段。遥感中很少用到紫外线波段。遥感器一般都设在大气透过率较高的区间，即遥感器一般都设在大气透过率较高的区间，即遥感器一般都设在大气透过率较高的区间，即遥感器一般都设在大气透过率较高的区间，即尽量避开大气吸收作用能力强的区间。尽量避开大气吸收作用能力强的区间。尽量避开大气

35、吸收作用能力强的区间。尽量避开大气吸收作用能力强的区间。（二）大气的散射作用n大气中各种成分对太阳辐射吸收的明显特点，是吸收带大气中各种成分对太阳辐射吸收的明显特点，是吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本上是透明的。但当大气中含有大量云、雾、小水滴时，上是透明的。但当大气中含有大量云、雾、小水滴时，由于大气散射使得可见光区也变成不透明了。由于大气散射使得可见光区也变成不透明了。对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传对遥感图像

36、来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。大气发生的散射主要有三种：大气发生的散射主要有三种：大气发生的散射主要有三种：大气发生的散射主要有三种：瑞利散射：瑞利散射：瑞利散射：瑞利散射：d d d d （）瑞利散射瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小得多时发：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射；主要由大气分子和原子引起；散射强度生的散射；主要由大气分子和原子引起；散射强度与波长的四次方成反比。与波长的四次方成反比。(P43)-天为什么是蓝的

37、？日出日落的太阳为何红？天为什么是蓝的？日出日落的太阳为何红？米氏散射米氏散射：当大气中粒子的直径与波长相当时发生：当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；主要由大气中的烟尘、小水滴和气溶胶引的散射；主要由大气中的烟尘、小水滴和气溶胶引起。散射强度与波长的二次方成反比。米氏散射在起。散射强度与波长的二次方成反比。米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强。光线前进方向比向后方的散射更强。(P43)非选择性散射非选择性散射：大气中粒子的直径比波长大得多时大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；散射强度与波长无关发生的散射；散射强度与波长无关。-云为什么是白色的？云为什么是白色的？(P44)大气

38、散射作用与波长的关系大气散射作用与波长的关系P44P44：在可见光和近红外波段，瑞利散射是主要在可见光和近红外波段，瑞利散射是主要的。当波长超过的。当波长超过1m 1m 时，可忽略瑞利散射的影时，可忽略瑞利散射的影响。米氏散射对近紫外直到红外波段的影响都响。米氏散射对近紫外直到红外波段的影响都存在。但在当波长大于存在。但在当波长大于0.5m 0.5m 时，米氏散射超时，米氏散射超过了瑞利散射的影响。在微波波段，由于波长过了瑞利散射的影响。在微波波段，由于波长比云中小雨滴的直径还要大，所以小雨滴对微比云中小雨滴的直径还要大，所以小雨滴对微波波段散射是属于瑞利散射，散射强度与波长波波段散射是属于瑞

39、利散射，散射强度与波长的四次方成反比，因此，的四次方成反比，因此，微波有极强的穿透云微波有极强的穿透云层的能力层的能力。而红外辐射穿透云层的能力虽然不。而红外辐射穿透云层的能力虽然不如微波，但比可见光的穿透能力大如微波，但比可见光的穿透能力大10 10 倍以上。倍以上。（三）大气窗口概念：概念：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率

40、也各不相同。波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口大气窗口大气窗口大气窗口。大气窗口的光谱段主要有大气窗口的光谱段主要有大气窗口的光谱段主要有大气窗口的光谱段主要有P45-46P45-46：0.3-1.3m0.3-1.3m，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许，即紫外、可见光、近红外波段。这一

41、波段是摄影成像的最佳波段，也是许，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，LandsatLandsat 卫星的卫星的卫星的卫星的TMTM的的的的1-41-4波段，波段，波段，波段，SPOTSPOT卫卫卫卫星的星的星的星的HRVHRV波段等。波段等。波段等。波段等。1.5-1.8m1.5-1.8m，2.0-3.5m2.0-3.5m，即近、中红外波段，在白天日

42、照条件好的时候扫描成像常，即近、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描成像常，即近、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描成像常，即近、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些波段，比如用这些波段，比如用这些波段，比如用这些波段，比如TMTM的的的的5 5、7 7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。3.5-5.5m3.5-5.5m，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光谱反射，即中红外波段，物体

43、的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光谱反射，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光谱反射，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光谱反射太阳辐射外，地面物体也有自身的发射能量。如太阳辐射外，地面物体也有自身的发射能量。如太阳辐射外，地面物体也有自身的发射能量。如太阳辐射外，地面物体也有自身的发射能量。如NOAANOAA卫星的卫星的卫星的卫星的AVHRRAVHRR传感器用传感器用传感器用传感器用3.55-3.55-3.93m3.93m探测海面温度，获得昼夜云图。探测海面温度，获得昼夜云图。探测海面温度，获得昼夜云图。探测海面温度，获得昼夜云图。8-14m

44、8-14m，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标的地物温度。的地物温度。的地物温度。的地物温度。0.8-2.5cm0.8-2.5cm至更长至更长至更长至更长,即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。即微波波段，由于微波穿云透雾

45、的能力，这一区间可以全天候工作。而且工作方式为主动遥感。其常用的波段为而且工作方式为主动遥感。其常用的波段为而且工作方式为主动遥感。其常用的波段为而且工作方式为主动遥感。其常用的波段为0.8cm0.8cm，3cm3cm，5cm5cm，10cm10cm等等等等等等等等,有时也有时也有时也有时也可将该窗口扩展为可将该窗口扩展为可将该窗口扩展为可将该窗口扩展为0.05cm0.05cm至至至至300cm300cm波段。波段。波段。波段。2.4地物反射波谱特征n自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性；它们又都具有发射某些红外线、微波

46、的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物的光谱特性。vv太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即：部分则是透过的部分，即：部分则是透过的部分，即：部分则是透过的部分，即：到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透到达地面

47、的太阳辐射能量反射能量吸收能量透到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量射能量射能量射能量 在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。于零。于零。于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。vv一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，一

48、般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对特别是对特别是对特别是对0.45 0.56m0.45 0.56m的蓝绿光波段，一般水体的蓝绿光波段，一般水体的蓝绿光波段，一般水体的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达的透射深度可达的透射深度可达的透射深度可达1020 m1020 m，清澈水体可达清澈水体可达清澈水体可达清澈水体可达100 m100 m的的

49、的的深度。深度。深度。深度。vv对于一般不能透过可见光的地面物体，波长对于一般不能透过可见光的地面物体，波长对于一般不能透过可见光的地面物体，波长对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm5 cm的电的电的电的电磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。透过地面岩石和土壤。透过地面岩石和土壤。透过地面岩石和土壤。2.4地物反射波谱特征一、地物的反射率与反射波谱一、地物的反射率与反射波谱（一）反射率（一）反射率物体反射的辐射

50、能量占总入射能量的百分比。物体反射的辐射能量占总入射能量的百分比。（二）反射类型（二）反射类型镜面反射镜面反射漫反射漫反射方向反射方向反射 实际物体反射实际物体反射 不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的，地物反射率的大小，与不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的，地物反射率的大小，与入射电磁波的波长、入射角的大小以及地物表面颜色和粗糙度等有关。一般入射电磁波的波长、入射角的大小以及地物表面颜色和粗糙度等有关。一般地说，当入射电磁波波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥地说，当入射电磁波波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥感图像上呈现的色调就浅。反之，反射入射光能力弱