3太陽輻射地球輻射大氣影響

1、3太陽輻射地球輻射大氣影響遙感-原理.技術.應用第三章太陽和地球的輻射特性3.1太陽和地球的輻射3.2大氣對輻射傳輸?shù)挠绊?.3地表輻射的幾何 特性3.4地面輻射測量b5E2RGbCAP遙感原理技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院對地遙感以地球為探測對象，因此了解地球的電磁輻射的基本環(huán)境是必要的。地球輻射環(huán)境中 有兩個最重要的因素，其一是地球本身的輻 射，其二是 太陽的輻射。若把太陽和地球都近 似看作黑體，則由于太陽的溫度遠遠高于地 球，地球又處于太陽的強烈輻射之中，因此太陽輻射對地球輻射的影響，還要大于地球本身 的輻射，在很大意義上地球可以看成是一個輻射主要來自太陽的二次輻射源。plEanqFDP

2、w遙感原理3.1太陽和地球的輻射1.太陽和地球的輻射太陽概況太陽是一個由熾熱氣體組成的恒星，是地 球的最 重要能源來源。太陽的主要參數(shù)有：質量為1.99 xi033g,直徑為1.4 X 109m 表面溫 度約為6000K（或5900K），日地平均距離為1.496 X 1011m稱為天文單位，記為AU），物質 成分有73種元素（按質量）:氫 為71，氦為26.5，氧+碳+氮+氖為2，鎂+鎳+硅 +硫+鐵+鈣為0.4，其他為0.1。太陽的結構和輻射如圖2.34所示。DXDiTa9E3d遙感原理.技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院.遙感原理.技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院.RTCrpUDGiT.技術應用

3、武漢大學資源與環(huán)境學院.地球概況地球是距離太陽的第三顆行星，形態(tài)接近于一個小扁率旋轉橢球體。地球的主要參數(shù)有：質量為5.976 X 1027t，平均半徑為6.371 X 106m 表面溫度約為平均 2880 300K，變化范圍在184K332K。物質 成分有100多種元素，主要元素豐度為：FeOMgSiNiSCaAICoNa圖2.35地球的構造示意圖。地球具有明顯的圈層結構，固體圈層主要有地核、地幔、地殼。地球表層有水圈、生物圈，外層有大氣圈。地球表層及其水圈、生物圈和大氣圈是遙感的對象，它們的特征和變化也對遙感產(chǎn)生重 要的影 響。地球的結構如圖2.35所示。5PCzVD7HxA遙感原理. 技

4、 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .圖 2.35 地球的形狀和構造示意圖1遙感-原理. 技術. 應用 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院太陽輻射 太陽常數(shù) 太陽是一個近似于黑體的巨大輻射源，地球的能 量絕 大部分來自太陽輻射。地球在很大程度上 可以看作相對太陽而言的二次輻射 源。太陽的 總輻射功率為38.62 X1025J.S-1。離太陽距離為 日地平均距離 處，垂直太陽光線的單位面積單 位時間內(nèi)接收到的太陽輻射能 （ 即大氣頂界的 太陽輻照度 ）稱為太陽常數(shù)，其值為 E0 = 8.25 J.cm-2.min-1（ 或1.36 x 103

5、W.m2）圖 jLBHrnAlLg2.36 所 示。太陽輻射在大氣上界的分布是由地球的天 文位置決定的，稱 為天文輻射，它受日地距 離、太陽高度角和晝長的影響。 xHAQX74J0X 遙 感原 理. . 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . LDAYtRyKfE. 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .圖 2.36 太陽常數(shù)和大氣 頂界輻照度示意圖太陽光譜 太陽輻射能的光譜分布如圖 2.37 和表 2.3 所示。 遙 感原 理. 技 術應 用 武 漢

6、大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .圖 2.37 地球表面的太陽 輻照度曲線太陽光譜是連續(xù)光譜（有夫朗和費吸收暗線，圖中未畫出），與5900K黑體輻射特性近乎一致， 可見光波段輻射最強且穩(wěn)定，通過大氣后各波 段受大氣 的影響不一，但到達地面后被大氣吸 收作用等衰減了許多。事實上，照射在大 氣頂 界的太陽輻射能，經(jīng)過大氣后，約 30%被云層 和其他大氣反射回太空， 約 17%被大氣吸收，約 22%被大氣散射散發(fā)到地面和外層空間，只有 31%的太陽輻射能以直射方式照射地面。 Zzz6ZB2Ltk 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 太陽天頂角對太陽輻照度的影響

7、地球大氣頂界的太陽輻照度與太陽的天頂 角（或 高度角）有關。在忽略外層稀薄大氣影響的情況下，近似地有 E E = 02cos 9 D其中E0為太陽常數(shù)，D為以AU為單位的日地距 離。9為太陽天頂 角，圖 2.38。 1/D2 因子是由于點輻射源的距離平方反比定律。 太陽天頂角 （ 或高度角 ） 隨緯度、季節(jié)、時間而變 化，可由公式求得。 dvzfvkwMI12遙感-原理. 技術. 應用 遙 感原 理E = / AB22 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院= /（ BC / cos0 ）= BC E0 D2 2? cos 0E/ 0 D2cos 0大氣頂界技 術

8、應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院圖 2.38 輻照度隨天頂角的變化地球的輻射 （短波和長波 ） 地球的能量 地球的能量來自太陽輻射和內(nèi)部放 射性元素蛻變 的放射能、重力能等。 地表能量則主要來自太陽。太陽輻射途 經(jīng)地球大 氣時，被大氣的氣體分子、氣溶膠和云所散 射、反射和吸收，之后 約有50雅U達地球。而到達地球的太陽輻射的大部分轉換為長波 （3120卩m）熱能，為地球所吸收；小部分被地球表 面反射回大氣和消耗于植物光合作用、 有機物 的腐爛、潮汐作用、對流作用等。 rqyn14ZNXI. . 遙 感原 理 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . . 遙

9、 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . EmxvxOtOco被地球吸收的長波輻射使地表增溫。按照基爾霍 夫定律，地球又將以長波 輻射形式向外空間輻 射而降溫。當兩者平衡后，地球溫度就保持不 變的狀態(tài)，這個狀態(tài)下的溫度稱為地球的 平衡溫度。地球輻射平衡溫度為255K,但地球表面實際平均溫度為288K,是 由于地球大氣的溫室 效應所引起。 SixE2yXPq5 遙 感原 理. 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . 地面不同緯度的輻射能收入與支出情況美國NOAA1!星1974.4-1978.2 實測數(shù)據(jù)地表溫度的年變化因此地球的輻射包括地

10、表輻射和大氣輻射。這里 討論地表輻射情況。由于 地球的常溫在300K左右，所以它自身的發(fā)射輻射總體上與 300K黑體 的輻射接近。地表輻射包括對太陽輻射的反射 和自身的發(fā)射輻射，前者在短波區(qū)域，后者在 長波區(qū)域，中間波長區(qū)域則反射和發(fā)射兼有， 表2.4。6ewMyirQFL表 2.4 地球輻射的分段特性遙感原理. 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 .或為 288，地表平均溫度或為 255，地表無大氣時輻射平衡溫度 圖 2.40 與太陽、地球、大氣等溫的黑體輻射曲線 (a) 縱軸為對數(shù)坐標的 輻亮度，(b)對(a)正規(guī)化后的輻亮度曲線kavU42VRUs3遙感-原理. 技術. 應用遙感原理 技術應

11、用武漢大學資源與環(huán)境學院地表的能量收支平衡 可以分為這樣幾個部分：接收太陽的短波輻射RS ；后又反射回去一部分，純接收的短波能量為(1 - p ) RS ； , p為全波段反射率；接收太陽和大 氣的長波輻射RLd J，同時又向外輻射出部分長 波能量 RLu T。因此地表的凈輻射能收入 Rn可表示為：Rn = (1 - p ) RS J + RLd ；+ RLu T y6v3ALoS89遙感原理3.2 大氣對輻射傳輸?shù)挠绊懘髿馐翘栞椛浜偷乇磔椛鋫鬏斶^程中的必經(jīng)介 質，它對輻射產(chǎn)生吸收、 散射等多種影響，加 上介質自身的輻射，使得空間遙感探測器接收 到的來自 地表的輻射，在傳輸方式和路徑上受 到

12、很大的影響。圖 2.41 說明大氣對輻射 傳輸?shù)闹饕绊憽?M2ub6vSTnP. . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學 院 . 0YujCfmUCw. 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . eUts8ZQVRd大氣的影響包括兩個方面： 地面反射或輻射的信息穿過地球大氣層時將發(fā) 生變化，對地表信息產(chǎn)生干擾，這是遙感中需要 克服的不利影響； 測量大氣 對來自太陽和地表輻射的吸收、反射、 散射和其自身的發(fā)射，可用于確定大氣 溫度和壓力的分布、云高以及對懸浮微粒和氣體進行 分析，這是遙感要加以

13、 利用的有利方面。 前者在遙感中屬于大氣影響糾正，后者屬于遙感 探測的一 項重要內(nèi)容，即大氣遙感。此處我們 只討論前者。 sQsAEJkW5T圖 2.41 大氣對輻射傳輸?shù)挠绊懘髿飧艣r大氣是包裹在地球外層成分較為復雜的氣體圈 層。其物質構成 主要為氣體分子和微粒。分子的成分有：N2和02(99%)，其他成分占1% 主 要有03（臭氧）、C02 H2O N2O CH4 NH3等。微粒有：煙、塵埃、霧霾、小 水滴、 氣溶膠。大氣汽溶膠是指在地球大氣中的具有 一定穩(wěn)定性、沉降速度 小、尺度范圍在-3 10卩m 10卩m之間的分子團、液態(tài)或固態(tài)粒 子所組 成的混合物，主要分布在地表以上 10km內(nèi)。表

14、2.5列出了干潔大氣的基本成 分。 GMsIasNXkA 遙 感原 理. 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . 干潔大氣：除去水汽和氣溶膠4遙感-原理. 技術. 應用 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 大氣外層無明顯的邊界，逐漸稀薄進入宇宙空 間。大氣上界沒有統(tǒng)一的界 定。一種方法是以 流星和極光發(fā)光的最高點推算，據(jù)此定大氣的 上界為 1000km另一種是根據(jù)與星際氣體密 度的比較，定義大氣上界在 2000km3000km之間。在垂向上大氣表現(xiàn)出熱力學性質的差異，自下而上被分為：對流層：空氣垂直運動 產(chǎn)生對流形成天氣現(xiàn)象。平流層：無明

15、顯對 流， 無天氣現(xiàn)象。 03增溫。中間層：平流層頂 部。兩個能量吸收層的交界帶。熱 層（增溫 層）：熱力學溫度高，達1500& 02 N2增溫。散逸層：稀薄，受地 球引力較小，可以散逸入 宇宙空間。 TIrRGchYzg大氣的分層結構 遙 感原 理 -技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 外逸層熱層中間層平流層對流層 地表以上1km稱為大氣邊界層，此層受同等強 度的科里奧利力和地表摩擦 力共同作用。 地 表以上10m稱為表面邊界層，該層內(nèi)湍流引起的應力近似為常數(shù)， 煙塵、汽車尾氣、氣溶 膠和灰沙容易在該層擴散與輸運移。 7EqZcWLZNX. . 遙 感原 理 . 技 術

16、應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . lzq7IGf02E. . 遙 感原 理 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . . 從對遙感的影響來看，大氣成分可以分為三類： 一是懸浮微?；驓馊苣z。半徑介于0.1卩m2Qx m之間的懸浮微粒具有重要光學效 應。二是水汽。在通 常的相對濕度下，水汽對 大氣層的光學特性有較大的影響。三是其他氣 體。 主要是臭氧和二氧化碳。微量氣體的作用 不大。大氣臭氧層能有效防止太陽紫 外線對地 球生物的過量照射，二氧化碳則是影響地球表 層溫度的主要因素

17、。 這種成分的大氣對遙感產(chǎn)生的影響因素有散射、 吸收、折射和湍流四大類。在 大多數(shù)情況下， 大氣窗口內(nèi)的散射是最主要的效應。 zvpgeqJ1hk圖 3.9 大氣垂直結構大氣對輻射的影響大氣吸收 對輻射的透射率產(chǎn)生最重要影響的是大氣的吸 收。大氣層對 太陽輻射的影響主要發(fā)生在大氣 的對流層和平流層。又主要發(fā)生在可見光 - 近 紅 外-熱紅外波段 （光學波段 ） 。大氣在吸收輻射 后，小部分輻射能可以被大氣 再次發(fā)射光子 （ 原子、分子的受激激化 ） ，大部分被用于增加 大氣的能量。臭 氧加上氧氣和氮氣吸收0.3卩m以下的全部短波。因此，光學遙感利用的輻射 能一般在0.4卩m - 14卩m。圖2

18、.42列出了重要大氣分子的光譜吸收帶。NrpoJac3v1臭氧的最強吸收在9.6卩m寬度1卩m此外9.0卩m和14.1卩m也是其強吸 收帶。 遙 感原 理. 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .圖 2.42 大氣分子吸收譜5遙感-原理. 技術. 應用 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 大氣窗口：就是大氣對電磁輻射透過率比較高的 波段。大氣吸收率近似于 1 的波段是大氣非透明 波段，在那些波段可將大氣視為黑體。各種遙感器（ 特別是星載遙感器 ）只能選擇大氣窗口作為 工作波段才有意義。光學遙感的可用 窗口有：0.4 紫外-可見-近紅外區(qū)：

19、卩m - 0.75卩m 0.77卩m - 0.91卩m1.0 卩 m - 1.12 卩 m 1.19 卩 m - 1.34 卩 m 1.55 卩 m - 1.75 卩 m 2.05 卩 m -2.40 卩m中紅外區(qū)：3.5卩m - 4.16 卩m 4.5卩m - 5.0 卩m 8.0 遠紅 外區(qū)： 卩 m - 9.2 卩 m 10.2 卩 m - 12.4 卩 m1nowfTG4Ki0.3卩m-0.4卩m的紫外線受瑞利散射影響很大。 遙 感原 理. . 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán)

20、 境 學 院 . fjnFLDa5Zo. 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .圖 2.43 大氣吸收與大氣窗口大氣散射 散射改變輻射的傳播方向，使得輻射能發(fā)散。太 陽向下的輻 射經(jīng)大氣散射后，一部分直接散射 回地球外層空間，被遙感器接收后造成輻射 干 擾（因為那部分輻射不攜帶地表物體的信息 ）。 地表向上的輻射經(jīng)大氣散射 后，一部分返回地 表，造成輻射的衰減。所以在大氣窗口內(nèi)，散 射是造成輻 射衰減、信息損失的最主要因素。 i） 瑞利散射：比波長小得多的粒子即空氣分 子的 散射，散射強度與 入-4成正比。波長越短散射越 強，且前向散射與后向 散射強度相等。主要影 響可見

21、光特別是藍光，圖 2.44 。結果是降低圖 像清晰 度和對比度。 tfnNhnE6e5 遙 感原 理. 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .nm圖 2.44 瑞利散射與波長的關系ii） 米氏散射：大氣中粒子直徑與波長相當時發(fā)生 的散射，主要是氣溶膠 等懸浮粒子引起。作用 的波段范圍在可見光及其以外波段。其角分布 是前向 散射大于后向散射，圖 2.45 。米氏散射 使天空變暗。米氏 HbmVN777sL散射與天空能見度、微粒結 構和數(shù)量有關，因此與天氣有關。 遙 感原 理iii） 無選擇性散射：微粒尺寸遠大于波長時的散 射，散射強度與波長無 關，散射粒子是組成 云、霧的水

22、滴等。 云層對輻射的影響是很大的 （ 所以遙感 圖像中的 云量是圖像質量的一個重要參數(shù) ） 。云層對輻 射有很強的吸收、反射 作用，對透射率有極大 的影響。這種影響的強度隨云層厚度的增加而 增加。 圖 2.46 表示它們之間的關系。 V7l4jRB8Hs. 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .圖 2.45 米氏散射 的角分布 （a 為散 射微粒半徑 ）6遙感-原理. 技術. 應用 遙 感原 理 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 散射對遙感有多方面的影響： 它使到達地面的輻射或地面

23、向外的輻射強 度減 弱。如云層的無選擇性散射造成的陰影。 它改變了太陽光的輻射方 向，如漫入射 （ 天空 光） 照射。一方面因此降低對比度，另一方面 使無直射光 照的陰影區(qū)地物具有一定亮度。如前所述，散射光在向下散射的同時還向上散 射，二者的強度一般不等。向上的散射進入遙 感器也使圖像對比度降低。 83lcPA59W9圖 2.46 太陽輻射被云反射、吸 收、透射的關系 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院大氣輻射 （發(fā)射） 大氣本身也是一個輻射源，會向周圍空間輻射電 磁波。這些輻射主要有：i） 氣暉：高層 （77-100km） 大氣中原子、分子受到 短波輻射激化

24、又恢復正常狀態(tài)時發(fā)出的光。光 譜分布從至紅外，強度很小 （相當 1燭光燈在 100 米處的照度 ) 。有日氣暉、夜氣暉、曙暮氣暉。 ii) 極光：太陽 帶電粒子流受地球磁場影響折向地 球的高緯度高空，激化大氣原子、分子而發(fā) 光 ( 彩色) ，強度相當于滿月的光輝。 mZkklkzaaP遙感原理 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 iii) 大氣非透明波段輻射：相當于在那些波段的黑 體輻射，主要是在對流 層及同溫層(218K)，峰 值波長在13卩m左右的長波輻射。圖2.47顯示 的是在 大氣外測量到的熱輻射典型光譜。其中 288K黑體曲線近似于地面輻射，218K 黑體曲線近似于不透明大氣譜區(qū)的輻射。

25、 大氣輻射引起遙感測量到的輻射的 畸變。其中氣 暉強度小，極光又是局部時地的現(xiàn)象，因此影 響不大。大氣長 波輻射對地表遙感產(chǎn)生較大的 影響，但其本身由于攜帶了大氣狀態(tài)信息而成 為大氣遙感的載體。 AVktR43bpw. . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學 院 . . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學 院 .圖 2.47 大氣外測量的熱輻射的典型發(fā)射光譜 地球大氣對太陽輻射的吸收和輻射示意圖7遙感-原理. 技術. 應用遙感原理 大氣折射P B e? 大氣的折射率(n) : (n - 1) X 106 = A ? 1 + ? ?T ? T P ?式中為A, B常數(shù)，P為氣壓，

26、T為絕對溫度，e為水 汽氣壓。 可 見大氣折射率與大氣氣壓有關。而大氣氣壓又 隨高度連續(xù)變化，故大氣對太陽 輻射的折射率 也連續(xù)變化，從而形成曲線狀的輻射傳輸路徑。R = 9 - B 稱為大氣折射值。圖 2.48。大氣折射改變了輻射傳輸?shù)姆较颍梢砸疬b感 成像的幾何誤差。折射還改變了輻射傳輸?shù)穆?徑，從而引起大氣吸收效應、散 射效應的強度 變化，改變大氣對輻射的透射率。 ORjBnOwcEd遙感原理. 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . 遙感原理 . 技術 應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . 2MiJTy0dTT. 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院

27、 .圖 2.48 大氣折射示意 大氣湍流 湍流是一種小尺度快速變化的隨機運動。湍流空氣中的溫度、氣壓和濕度也是隨機變量這導 致空氣折射率隨機起伏。就光輻射傳輸而 言，大氣湍流實質上就是折射率起伏。 光輻射的湍流效應有:閃爍、相位起 伏、漂移與擴展等。 gIiSpiue7A遙感原理大氣影響的定量分析 圖 2.49 表示輻射與大氣作用過程中遙感傳感器接 收 到的輻射的基本構成。. 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . uEh0U1Yfmh圖 2.49 太陽輻射與大氣的相互作用 大氣衰減消光系數(shù)（k（入，h）：度量大氣對輻射的衰減作用。定義為單 位距離

28、內(nèi)輻射量的相對變化率： IAg9qLsgBXdE （入）E （入）=-k （入，h ） dh 傳感器接收的反射輻射與輻射傳輸中太陽 -地表-大氣相互作用過程的關系 為太陽天頂角，為傳感器天頂角，為大氣下行輻射透過率，為大氣上行輻射 透 過率。為鄰近像元效應。 WwghWvVhPE消光是主要由大氣吸收和散射引起的，因此可以 分解為吸收消光系數(shù) k a （入,h ）和散射消光系數(shù)k s （入，h ）。二者還可分解為不同分子、散射引起的消光系數(shù)。對上式積分，可得垂直通過厚 度為的大氣層后的輻射強 度為I式中E （入）為1=0處的輻射強-/ k （入,h ） dh E （ 入）=E0 （入）e 0度。

29、太陽輻射以大氣頂界為asfpsfpi4k0I=0，地面輻射以地面為1=0.8遙感-原理. 技術. 應用遙感原理技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院dh當輻射傾斜入射時（圖250）,= sec 0 dh，輻射強 度為I - sec 0/ k （入，h ） dh - m（ 0 ） t （入）0 = E0 （入）e E （入）=E0 （入） e m （ 0 ） =sec 0是計算大氣質量的簡化公式，因為 ooeyYZTjj1它 未考慮大氣曲率并忽略了大氣折射。在0 60o時誤差較大。大氣質量表示傾斜入射時大氣的等效光程與垂直入射的大氣光程之比。I t （入）=/ 0k （入,h ） dh稱為垂直光學厚度。

30、它是垂 直光程上大氣對輻射的總的衰減量，可分解為 各種分子和各種散射引起的垂直光學厚度。 BkeGuInkxI遙感原理. . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 . 遙感原理 . 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學 院 . PgdO0sRIMo. 技術應用武漢大學資源與環(huán)境學院 .圖 2.50 大氣質量的計算大氣的衰減作用還可用透過率（T）表示，由上式 有：E - m（ 0 ） t （入）T = =e E0 3cdXwckm15 遙 感原 理m(9 ) t (入)稱為光學厚度。T和t都是波長和其他 氣象因素的函 數(shù)，在不同波段、不同時間和地 點有很大差異。因此輻射傳輸?shù)亩糠治鲎兊?非常復

31、雜。 h8c52WOngM技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 遙感器接收的輻射(只針對反射輻射)設地物輻射亮度為LG地面到遙感器的高度為h，厚度為h的大氣柱向上的輻射亮度為LP,地面至高度h的大 氣層透過率為 T(h) ，則在高度 h 上遙感器觀察到的地物亮度為： L = LGT ( h) + LP 上述各量都是波長、大氣層厚度、光學厚度、觀 察角度的函數(shù)。 對于以 太陽輻射為主的短波區(qū)，如果地面為朗伯反射面，半球反射率為p ，則LG =p E n v4bdyGious太陽輻射E包括太陽直射Es和漫入射Ed,即：E = E s + Ed 若大氣頂界分譜太陽常數(shù)為 E0(單

32、位波長的輻照 度)，考慮 太陽天頂角0，并以天文單位D計距 離，則ES可表示為J0bm4qMpJ9Es 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 .E0 D2cos 0 ? TT (h)式中為整層大氣 (斜入射路 T0- m(0 ) 徑)的透過率，與垂直方 向整層大 氣透過率的關 圖2.51 輻射傳輸中的幾 - m ( 0 ) 何關系 系為(圖2.51) T = T0XVauA9grYPhT0進一步考慮遙感器的增益S,于是有所謂輻射傳輸方程？ E ? p L = ? 0 cos 0 ? TO- m ( 0) + ED ? ? ? T ( h )? S + S

33、? LP 2 ? D ? n 式中括號內(nèi)第一項為直射太陽光引起，括號內(nèi)第 二項為漫入射天空光引起，最后 一項為路徑上 向上的散射光引起，并稱為程輻射。此處為突 出大氣影響作 用，在上式中忽略了鄰近像元的 反射通過大氣散射后進入傳感器的輻射。bR9C6TJscw9遙感-原理. 技術. 應用 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院在輻射傳輸方程中，我們希望得到的是地面反射率（ 或地物的反射亮度L），因為它是地物性質的 反映。但方程中的E0 ED T、TO、p、LP都是 波 長的函數(shù)，ED T、TO、LP還與大氣的吸收 和散射情況有關，是時間和空間的 函 pN9LBDd

34、trd數(shù)， p 與 地面狀況和觀察角度有關。因此精確地對輻射 的大氣傳輸影響 進行校正是非常復雜和困難 的，但我們可以在一定簡化條件下對其進行校 正。 DJ8T7nHuGT 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院4. 大氣影響的校正 遙感的目的是獲得目標物的性質等信息。我們已 經(jīng)知 道，地物的反射率、比輻射率是地物的內(nèi) 在特征，是我們借以了解地物性質的 依據(jù)。因 此，在獲取遙感信息的分析程序中，第一步就 是要對遙感數(shù)據(jù) （電磁 輻射）做大氣校正 （更全面 的輻射校正還包括針對其他因素的校正，這里 只討 論大氣影響因素 ），以求得地物真正的反 射率或比輻射率。從上述

35、簡化的輻射 傳輸方程 已經(jīng)知道大氣校正的復雜性。其實展開的實際 輻射傳輸方程比上述 介紹的還要復雜，所以盡 管在大氣校正方面已有眾多的研究和實踐，但 離充 分精確的解決還很遠。 QF81D7bvUA. . 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . 遙 感原 理 . 技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 . 4B7a9QFw9h目前國內(nèi)外提出的大氣輻射校正的模型主要有以 下幾種： 基于圖像特 征的模型 這類模型不需要知道大氣環(huán)境參數(shù)，只是依據(jù)某 些一般性輻射規(guī)律 和特點，從圖像數(shù)據(jù)本身出 發(fā)進行輻射校正。這部分內(nèi)容放在遙感圖像處 理 的章節(jié)中去介紹。 地面線性回歸經(jīng)驗模型 這種模型需要獲得與獲取遙感數(shù) 據(jù)的時間同步進 行的野外實地光譜測量數(shù)據(jù)，以供與遙感數(shù)據(jù) 進行統(tǒng)計對比 （主要是回歸分析 ） ，此中遙感數(shù) 據(jù)的輻射校正量。詳細的介紹也放到遙感圖像 處理的章節(jié)中去。 ix6iFA8xoX 遙 感原 理技 術應 用 武 漢 大 學 資 源 與 環(huán) 境 學 院 大氣輻射傳輸理論模型 這類模型就是基于前述輻射傳輸方程的模型