遥感物理基础优秀PPT.ppt

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1、其次章其次章 遥感物理基础遥感物理基础vv遥感技术是建立在电磁波辐射理论基础上的。遥感技术是建立在电磁波辐射理论基础上的。遥感技术是建立在电磁波辐射理论基础上的。遥感技术是建立在电磁波辐射理论基础上的。不同的物体具有不同的电磁辐射特性这是不同的物体具有不同的电磁辐射特性这是不同的物体具有不同的电磁辐射特性这是不同的物体具有不同的电磁辐射特性这是遥感技术的理论依据，也因此才有可能探测、遥感技术的理论依据，也因此才有可能探测、遥感技术的理论依据，也因此才有可能探测、遥感技术的理论依据，也因此才有可能探测、识别物体。识别物体。识别物体。识别物体。vv对于地学工作者来说，主要是应用遥感技术所对于地学工

2、作者来说，主要是应用遥感技术所对于地学工作者来说，主要是应用遥感技术所对于地学工作者来说，主要是应用遥感技术所获得的图像或磁带（经过处理）进行判读和识获得的图像或磁带（经过处理）进行判读和识获得的图像或磁带（经过处理）进行判读和识获得的图像或磁带（经过处理）进行判读和识别地物。别地物。别地物。别地物。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其次节其次节 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一节第一节 电磁波和电磁波谱电磁波和电磁波

3、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质点的振动方向与传播方向相同的为相同的为纵波纵波；两者垂直的为；两者垂直的为横波横波。波波v机械波：由机械振动产生的波。是振源发出的机械波：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。振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

4、共性是必需依靠于弹性介质，振动的是弹性其共性是必需依靠于弹性介质，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介质中质点的位移矢量，质点本身并不向前运动，传播的是能量和振动形式。动，传播的是能量和振动形式。波波机械波机械波v电磁波：由电磁振动产生的波。是交变电磁场在电磁波：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，能量传递的一种特空间的传播，它是物质运动，能量传递的一种特殊形式。殊形式。v电磁辐射：电磁波能量的传递过程（包括辐射、电磁辐射：电磁波能量的传递过程（包括辐射、吸取、反射和透射等现象）。吸取、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

5、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空间电场矢量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v电磁波：电磁波是横波，交变的电磁场的矢量方向始终电磁波：电磁波是横波，交变的电磁场的矢量方向始终与传播方向垂直。电场矢量与传播方向垂直。电场矢量E E和磁场矢量和磁场矢量B B始终垂直于传始终垂直于传播方向播方向V V，电磁波可以在真空中传播，不依靠于介质。，电磁波可以在真空中传播，不依靠于介质。波波电磁波电磁波EBVv理论依据：麦克斯韦的电磁理论；楞茨定律；理论依据：麦克斯韦的电磁理论；楞茨定律；法拉

6、第的电磁感应定律法拉第的电磁感应定律v麦克斯韦的电磁理论：变更的电场在其四周空麦克斯韦的电磁理论：变更的电场在其四周空间产生变更的磁场，变更的磁场又在其四周空间产生变更的磁场，变更的磁场又在其四周空间产生变更的电场，这样，交变的电场和磁场间产生变更的电场，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，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。形成电磁波。同理，电磁波传播的是电磁能。波波电磁波电磁波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

7、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：方程的波函数表示：A Asinsin t-kxt-kx)+)+式中：式中：波函数；波函数；A A振幅；振幅；(t-kxt-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：是

8、在同一波线上两个相位差为波长：是在同一波线上两个相位差为2 2 的质点之间的距的质点之间的距离，即一个完整波的长度，以离，即一个完整波的长度，以 表示表示v周期：以随意点起先，振动传播一个波长所需的时间，周期：以随意点起先，振动传播一个波长所需的时间，以以T T表示。表示。v频率：单位时间内波动前进过程中所包含的波数，以频率：单位时间内波动前进过程中所包含的波数，以f f表表示示v振幅：振动点离开平衡位置两边的最大位移，以振幅：振动点离开平衡位置两边的最大位移，以A A表示，表示，也称强度也称强度v初相位：波形的时间提前或延后量，以初相位：波形的时间提前或延后量，以 表示。表示。v波速：波在单

9、位时间内传播距离。电磁波在真空中的传波速：波在单位时间内传播距离。电磁波在真空中的传播速度为每秒播速度为每秒3 3 108108米米/秒，通常用秒，通常用C C表示。表示。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息。一般的传感器只记录地物电磁波的振幅即强度信息，而舍弃位信任息。即强度信息，而舍弃位信任息。v全息成像：在全息摄影中除了记录电磁波的全息成像：在全息摄影中除了记录电磁波的振幅信息，同时记录位信任息。振幅信息，同时记录位信任息。二、电磁波的特性二、

10、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，是以电磁场的形式传播的球面波，即使在真空中也能传播。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。度均相等，并等于光速。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电磁波具有波动特性（如干涉、衍射、偏振、色散等现象）。（如干涉、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）

11、子）性（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。物质相互作用时，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，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。辐射的波动性越明显。v此即电磁波的此即电磁波的波粒二象性。波粒二象性。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电磁波谱的概念电磁波谱的概念v电磁波谱：将各种电磁波按其波长的（频率）电磁波谱

12、：将各种电磁波按其波长的（频率）大小，依次排列成图表，这个图表就叫电磁大小，依次排列成图表，这个图表就叫电磁波谱。波谱。v电磁波是粒子（电子、原子、分子等）发生电磁波是粒子（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能级跃迁时产生的，当粒子从较高能级跃迁到较低能级时放射电磁波；反之，吸取电磁到较低能级时放射电磁波；反之，吸取电磁波。波。v不同的粒子，发生不同的能级跃迁，产生不不同的粒子，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。同能量，也就是不同波长的电磁波。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，无线电波依据波长不同又分为长波、中波

13、、短波、超短波，其次是微波、红外线、可见光、紫外线，再次是X射线，波长最短的是射线，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

14、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各谱段的特性各谱段的特性共性：共性：共性：共性：在真空中

15、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vv紫外线紫外线紫外线紫外线vv可见光可见光可见光可见光vv红外线红外线红外线红外线vv微波微波微波微波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取。的紫外线，被臭氧层及其它成份吸取。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，但散射的紫外线，能部分穿过大气层，但散射严峻，只有部分投射到地面，并使感光

16、材料感应，可作为严峻，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，称为摄影紫外。主要用于探测碳酸盐分布遥感工作波段，称为摄影紫外。主要用于探测碳酸盐分布和监测水面油污。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，水面油膜比四周水面对紫外反射猛烈。型的岩石强，水面油膜比四周水面对紫外反射猛烈。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v波长波长0.38-0.76 0.38-0.76 m m；v人眼可见，由红、橙、黄、绿、

17、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取特性，故信息量最大，七色光多具有其特征的反射和吸取特性，故信息量最大，是鉴别物质特征的主要波段；是鉴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，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。可分波段，是遥感最常用的波段。v可见光波段的遥感技术最成熟，但仍旧有很大潜力。当前可见光波段的遥感技术最成熟，但仍旧有很大潜力。当前辨别实力最

18、好的遥感资料，仍旧是在可见光波段内。辨别实力最好的遥感资料，仍旧是在可见光波段内。可见光波段的特性可见光波段的特性v波长波长0.76-1000 0.76-1000 m m。可分为近红外波段（。可分为近红外波段（0.76-30.76-3），中红外），中红外（3-63-6），远红外（），远红外（6-156-15）和超远红外（）和超远红外（15-100015-1000）v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。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。v其中靠近可见光红光的其中靠近可见光红光的0.76-1.20.76-1.2波段可使胶片感光，故又称摄波段可使胶片感光，故又称

19、摄影红外。影红外。v而中、远、超远红外是地表物体放射的红外线，故称热红外。而中、远、超远红外是地表物体放射的红外线，故称热红外。热红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成象。热红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成象。v红外遥感接受热感应方式探测地物本身的辐射（热污染、火山、红外遥感接受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。波段。红外波段的特性红外波段的特性v波长波长1mm-1m1mm-1m。可分为毫米波（。可分为毫米波（1-10mm1-10mm）、厘米波（）、厘米

20、波（1-1-10cm10cm）和分米波（）和分米波（1-10dm1-10dm）。）。v微波的特点是能穿透云雾和确定厚度的植被、冰层和微波的特点是能穿透云雾和确定厚度的植被、冰层和土壤，可获得其它波段无法获得的信息；土壤，可获得其它波段无法获得的信息；v具有全天候的工作实力；具有全天候的工作实力；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其次节其次节 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、电磁辐射源一、电磁辐射原理一、电磁辐射原理v

21、v 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概念概念热辐射热辐射v热辐射：自然界中一切物体。当温度高于确定零热辐射：自然界中一切物体。当温度高于确定零度（度（-273-273）时，都会不断向四周空间辐射电磁）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。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分布取决于物体本身的温度的温度T T。v地物放射电磁辐射的实力用放射率地物放射电磁辐射的

22、实力用放射率 来表示。地来表示。地物的放射率以黑体辐射作为基准。物的放射率以黑体辐射作为基准。概念概念吸取系数吸取系数v吸取系数吸取系数：物体吸取能量与入射总能量之比。：物体吸取能量与入射总能量之比。概念概念黑体和白体黑体和白体v黑体：黑体：“确定黑体确定黑体”的简称，是一个志向的辐射的简称，是一个志向的辐射体，指在任何温度和波长条件下的电磁辐射的吸体，指在任何温度和波长条件下的电磁辐射的吸取系数恒等于取系数恒等于1 1（100100）的物体。）的物体。v黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射。黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射。v确定白体（白体确定白体（白体)：吸取系数：吸取系数恒等于恒等于0

23、0的物体的物体v黑体是一种具有最大辐射实力的物体；白体是具黑体是一种具有最大辐射实力的物体；白体是具有最大反射实力的物体。有最大反射实力的物体。概念概念灰体和选择性辐射体灰体和选择性辐射体 现实中并不存在确定黑体，黑体模现实中并不存在确定黑体，黑体模现实中并不存在确定黑体，黑体模现实中并不存在确定黑体，黑体模型的基本结构为能保持恒定温度的型的基本结构为能保持恒定温度的型的基本结构为能保持恒定温度的型的基本结构为能保持恒定温度的空腔。它能够全部吸取进入腔体内空腔。它能够全部吸取进入腔体内空腔。它能够全部吸取进入腔体内空腔。它能够全部吸取进入腔体内的各种波长的电磁辐射，又能的各种波长的电磁辐射，又

24、能的各种波长的电磁辐射，又能的各种波长的电磁辐射，又能100100100100的放射某一波长的辐射。的放射某一波长的辐射。的放射某一波长的辐射。的放射某一波长的辐射。灰体：灰体：灰体：灰体：0 10 10 10 1，不随波长而变更。不随波长而变更。不随波长而变更。不随波长而变更。选择性辐射体：选择性辐射体：选择性辐射体：选择性辐射体：0 1 0 1 0 1 0 1，随波随波随波随波长而变更。长而变更。长而变更。长而变更。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单位时间内通过某一面积

25、的辐射能量辐射能量,=dW/dt，单位，单位W。辐射通量是波长。辐射通量是波长的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或辐射通量的积分值辐射通量的积分值。v辐射通量密度（辐射通量密度（E）：）：单位时间内通过单位面单位时间内通过单位面积的辐射能量，积的辐射能量，E=d/dS，单位，单位W/M2，S为面为面积。积。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被辐射的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辐射出射度（辐射出射度（M）：）：辐射源物体表面单位面积辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位上的

26、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）都是辐射通量密度（密度（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为物体发出的辐射，它们都与波长有关。为物体发出的辐射，它们都与波长有关。普朗克公式普朗克公式v确定黑体在波长为确定黑体在波长为，确定温度为，确定温度为T T时的辐射通量密度时的辐射通量密度E0(E0(,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，普朗克常数；，普朗克常数；K1.38 10-23瓦瓦.秒秒/K，玻尔兹曼常数；，玻尔兹曼常数；波

27、长；波长；T确定温度；确定温度；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普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温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状况。反映黑体辐度的关系及按波长分布的状况。反映黑体辐度的关系及按波长分布的状况。反映黑体辐度的关系及按波长分布的状况。反映黑体辐射的三个特性：射的三个特性：射的三个特性：射的三个特性：辐射通量密度随波长连续变更，温度确定时，辐射通量密度随波长连续变更，温度确定时，辐射通量密度随波长连续变更，温度确定时，辐射通量密度随波长连续变更，温度确定时，辐射通量密度随波长变更的曲

28、线只有一个最辐射通量密度随波长变更的曲线只有一个最辐射通量密度随波长变更的曲线只有一个最辐射通量密度随波长变更的曲线只有一个最大值大值大值大值温度越高，辐射通量密度也越大，不同温度下温度越高，辐射通量密度也越大，不同温度下温度越高，辐射通量密度也越大，不同温度下温度越高，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。的曲线不相交。的曲线不相交。随着温度的上升，辐射最大值所对应的波长向随着温度的上升，辐射最大值所对应的波长向随着温度的上升，辐射最大值所对应的波长向随着温度的上升，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。短波方向移动。短波方向移动。短波方向移动。E E0 06000K30

29、00K1000K200K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：史蒂芬史蒂芬玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式式中：式中：0(T)确定温度时，黑体单位时间和单位面积确定温度时，黑体单位时间和单位面积上发出的总辐射能；上发出的总辐射能；为史蒂芬为史蒂芬玻尔兹曼常数；玻尔兹曼常数；T确定温度。确定温度。史蒂芬史蒂芬玻尔兹曼公式玻尔兹曼公式由上式可见（在遥感技术上的意义）：由上式可见（在遥感技术上的意义）：确定黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与确定黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与确定温度的四次方成正比，对于一般物体确定温度的四次方成正比，对于一般物体,可

30、可用上式概略推算出总辐射能与确定温度的关用上式概略推算出总辐射能与确定温度的关系。系。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，因而随温度的增加快速增大因而随温度的增加快速增大红外测温的红外测温的理论依据。理论依据。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，即得出黑体最微分后求极大值，即得出黑体最大辐射能所对应的波长（大辐射能所对应的波长（m）及其确定温度（）及其确定温度（T）的）的关系式为关系式为: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）：黑体的确定温度增高时，它辐射能最大

31、的波段向黑体的确定温度增高时，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短波方向移动。据此可对特定的目标选择红外遥感的最佳波段。遥感的最佳波段。地物的放射率和基尔霍夫定律地物的放射率和基尔霍夫定律vv放射率放射率放射率放射率 ：又称：又称：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，是指地物的辐射出射度（即地，是指地物的辐射出射度（即地，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）物单位面积发出的辐射总通量）物单位面积发出的辐射总通量）物单位面积发出的辐射总通量）MM与同温度黑体的辐射出射与同温度黑体的辐射出射与同温度黑体的辐射出射与

32、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）度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）M0M0的比值的比值的比值的比值 。vv M/M0 M/M0vv 地物的放射率与地物的性质、表面状况（粗糙度、颜色等）地物的放射率与地物的性质、表面状况（粗糙度、颜色等）地物的放射率与地物的性质、表面状况（粗糙度、颜色等）地物的放射率与地物的性质、表面状况（粗糙度、颜色等）有关，且是温度和波长的函数。有关，且是温度和波长的函数。有关，且是温度和波长的函数。有关，且是温度和波长的函数。vva a、同一温度表面粗糙或颜色较深的，放射率较

33、高；、同一温度表面粗糙或颜色较深的，放射率较高；、同一温度表面粗糙或颜色较深的，放射率较高；、同一温度表面粗糙或颜色较深的，放射率较高；b b、不同、不同、不同、不同温度的同一地物，有不同的放射率；温度的同一地物，有不同的放射率；温度的同一地物，有不同的放射率；温度的同一地物，有不同的放射率；c c、放射率与波长有关。、放射率与波长有关。、放射率与波长有关。、放射率与波长有关。地物的放射率和基尔霍夫定律地物的放射率和基尔霍夫定律vv基尔霍夫定律：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，基尔霍夫定律：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，基尔霍夫定律：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，基尔霍夫

34、定律：任何物体在任一给定的温度和波长条件下，它的辐射通量密度它的辐射通量密度它的辐射通量密度它的辐射通量密度E E E E和吸取系数和吸取系数和吸取系数和吸取系数 之比是一个常数，并且等之比是一个常数，并且等之比是一个常数，并且等之比是一个常数，并且等于同一温度波长下，确定黑体的辐射通量密度于同一温度波长下，确定黑体的辐射通量密度于同一温度波长下，确定黑体的辐射通量密度于同一温度波长下，确定黑体的辐射通量密度E0 E0 E0 E0。由此可见：任何物体在给定温度条件下，在某一波特长的放由此可见：任何物体在给定温度条件下，在某一波特长的放射系数数值上等于相同条件下的吸取系数。因此，一个好的射系数数

35、值上等于相同条件下的吸取系数。因此，一个好的吸取体也是一个好的放射体。吸取体也是一个好的放射体。因为因为E和和M是一个概念，则有：是一个概念，则有：地物的放射率和基尔霍夫定律地物的放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 ：在确：在确：在确：在确定温度下的物体，如它对某一波长的辐射有定温度下的物体，如它对某一波长的辐射有定温度下的物体，如它对某一波长的辐射有定温度下的物体，如它对某一波长的辐射有强吸取，则放射这一波长的实力也强，反之强吸取，则放射这一波长的实力也强，反之强吸取，则放射这一波长

36、的实力也强，反之强吸取，则放射这一波长的实力也强，反之亦然。如不吸取某种波长的辐射，则亦不放亦然。如不吸取某种波长的辐射，则亦不放亦然。如不吸取某种波长的辐射，则亦不放亦然。如不吸取某种波长的辐射，则亦不放射这种波长的辐射。射这种波长的辐射。射这种波长的辐射。射这种波长的辐射。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自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射。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是被动遥感中可见光和近红外遥感最主要的辐射源。遥感最主要的辐射源。v

37、地球是地学遥感探测的对象，又是目前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。远红外遥感的主要辐射源。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概况概况v太阳是地球环境中最强大的自然电磁辐射源太阳是地球环境中最强大的自然电磁辐射源，是被，是被动遥感中可见光和近红外遥感最主要的辐射源。动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的炙热发光球体。的炙热发光球体。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

38、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，地球接收太阳辐射能约二十二亿分之一。v太阳辐射是一种特别困难的连续电波光谱，从波长太阳辐射是一种特别困难的连续电波光谱，从波长10-4 m或更短的或更短的X射线延长到大于射线延长到大于10m的无线电波。的无线电波。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太阳常数：指在不受大气影响的状况下，距太阳一个太阳常数：指在不受大气影响的状况下，距太阳一个天文单位（通常指日天文单位（通常指日地平均距离处，约地平均距离处，约1.

39、4961.496 108km108km）处，垂直于太阳入射方向上，单位）处，垂直于太阳入射方向上，单位面积单位时间内所接收到的全部波段的太阳辐射总面积单位时间内所接收到的全部波段的太阳辐射总能量：能量：I=135.3I=135.3毫瓦毫瓦/厘米厘米2=1352w/m22=1352w/m2可以认为太阳常数是在大气层顶部接收到的太阳辐射可以认为太阳常数是在大气层顶部接收到的太阳辐射能量。能量。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光谱。太阳辐射的各种电磁波称为太阳光谱。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5900K590

40、0K的确定黑体辐射。的确定黑体辐射。v太阳辐射能主要集中在太阳辐射能主要集中在0.330.33 m 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 m。v由于太阳辐射的大部分能量集中在可见光波由于太阳辐射的大部分能量集中在可见光波段，所以称为短波辐射。段，所以称为短波辐射。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（0.31-5.60.31-5.6 m m）这）这一波段区间能

41、量最集中，且相对最稳定，太阳一波段区间能量最集中，且相对最稳定，太阳强度变更小。强度变更小。v在其他波段，如在其他波段，如X X射线、射线、射线、远紫外及微波射线、远紫外及微波波段，尽管它们的能量加起来不到波段，尽管它们的能量加起来不到1%1%，可是却，可是却变更很大，特殊是太阳活动猛烈，如黑子和耀变更很大，特殊是太阳活动猛烈，如黑子和耀斑爆发，其强度有猛烈增长。斑爆发，其强度有猛烈增长。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%大气吸取：17%大气散射：22%到达地面:31%地 球太阳大气层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

42、太阳辐射的相互作用与太阳辐射的相互作用 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。遥感的主要辐射源。遥感的主要辐射源。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，最大的黑体辐射，最大的黑体辐射，最大的黑体辐射，最大辐射对应的波长为辐射对应的波长为辐射对应的波长为辐射对应的波长为9.669.669.669.66 m m m

43、 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，大部，大部，大部分能量集中在分能量集中在分能量集中在分能量集中在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。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

44、，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。与太阳辐射相互作用与太阳辐射相互作用v波长波长0.3-30.3-3 m 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，地表主要的辐射是反射太阳辐射，地球自身的地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视不计。辐射几乎可以忽视不计。v波长波长3-63-6 m 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视。进行该波段的红外遥感时，常选择在早忽视。进行该波段的红外遥感时，常选择在早晨时分，以削减太阳辐射影响。晨时分，以削减太阳辐射影响。v波长波长66 m m的热红外波段，主要是地表物体自

45、身的热红外波段，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视不计。的热辐射，太阳辐射的影响几乎可以忽视不计。人工辐射源人工辐射源v人工辐射源：指能人为放射具有确定波长人工辐射源：指能人为放射具有确定波长的电磁波束的放射装置。目前主要有微波的电磁波束的放射装置。目前主要有微波辐射源和激光辐射源。辐射源和激光辐射源。v主动式遥感接受人工辐射源。工作时向地主动式遥感接受人工辐射源。工作时向地表放射电磁波束而接收其反射回波，并据表放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。又其反射信号强弱探知地物性质或测距。又称雷达探测。称雷达探测。v雷达又可以分为微波雷达和激光雷达

46、。雷达又可以分为微波雷达和激光雷达。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，其探测波段与其探测波段与相应频率如表：相应频率如表：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

47、0.530.53 0.3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，即传播特性与光相像。微波具有似光性，即传播特性与光相像。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实实力力。（主主动动式式传传感感器器不不依靠太阳辐射；波长长，受大气干扰小）。依靠太阳辐射；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确确定定的的穿穿透透实实力力，如如植植被被、冰冰、雪雪、土壤。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

48、，因因此此一一些些物物体体在微波遥感中简洁区分。在微波遥感中简洁区分。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 m m 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 m m m，甚至微，甚至微，甚至微，甚至微波，激光器放射光谱的波长范围较宽。波，激光器放射光谱的波长范围较宽。波，激光器放射光谱的波长范围较宽。波，激光器放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，

49、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、发散面特别小，能产生极高辨别激光的方向性好，光细、发散面特别小，能产生极高辨别激光的方向性好，光细、发散面特别小，能产生极高辨别激光的方向性好，光细、发散面特别小，能产生极高辨别率的图像。率的图像。率的图像。率的图像。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、高用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高用途日益广泛，

50、如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高用途日益广泛，如激光雷达，可精确测定卫星的位置、高度和速度，测量地形、海浪状况，监测污染等。度和速度，测量地形、海浪状况，监测污染等。度和速度，测量地形、海浪状况，监测污染等。度和速度，测量地形、海浪状况，监测污染等。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，会受到太阳辐射或地面辐射经过大气层时，会受到大气的反射、吸取和散射作用而发生衰减。大气的反射、吸取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，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。即不同波