第1-2章_氣象衛(wèi)星遙感原理課件

1、南京信息工程大學大氣物理學院南京信息工程大學大氣物理學院肖穩(wěn)安肖穩(wěn)安TelE-mail：2013.8.28.2013.8.28.第一章第一章 氣象衛(wèi)星探測概述氣象衛(wèi)星探測概述 大氣物理學院大氣物理學院 肖穩(wěn)安肖穩(wěn)安TelE-mail： 第一節(jié)第一節(jié) 氣象衛(wèi)星遙感的意義和內容氣象衛(wèi)星遙感的意義和內容 背景：背景：二十世紀二十世紀40405050年代，科技發(fā)展的兩大年代，科技發(fā)展的兩大突出進展：突出進展： 19461946年現(xiàn)代電子計算機技術研制成功，大年現(xiàn)代電子計算機技術研制成功，大大地縮短了科學進程。大地縮短了科學進程。 空間科學的迅速發(fā)展，

2、出現(xiàn)了人造衛(wèi)星，空間科學的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了人造衛(wèi)星，人類向宇宙空間進軍，并廣泛應用于天文、氣象人類向宇宙空間進軍，并廣泛應用于天文、氣象、地質、海洋、農(nóng)業(yè)、軍事和通信等領域。、地質、海洋、農(nóng)業(yè)、軍事和通信等領域。 氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星 19601960年年4 4月月1 1日，日，TIROSTIROS衛(wèi)星升空，開衛(wèi)星升空，開創(chuàng)了人造衛(wèi)星應用于氣象的新紀元。創(chuàng)了人造衛(wèi)星應用于氣象的新紀元。 氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星: :在宇宙空間、固定的軌道上，在宇宙空間、固定的軌道上，攜帶著各種氣象探測儀器，測量諸如溫度、攜帶著各種氣象探測儀器，測量諸如溫度、濕度、風、云、和輻射等氣象要素和雷電等濕度、風、云、和輻射等氣象

3、要素和雷電等天氣現(xiàn)象，用于氣象觀測目的的人造星體。天氣現(xiàn)象，用于氣象觀測目的的人造星體。 儀器越來越先進，精度越來越高。儀器越來越先進，精度越來越高。 遙感的概念遙感的概念 在一定距離之外，不直接接觸被測在一定距離之外，不直接接觸被測物體和有關物理現(xiàn)象，通過探測器接收物體和有關物理現(xiàn)象，通過探測器接收來自被測目標物發(fā)射或反射的電磁輻射來自被測目標物發(fā)射或反射的電磁輻射信息，并對其處理、分類和識別的一種信息，并對其處理、分類和識別的一種技術技術。遙感探測的設備遙感探測的設備 傳感器，運載工具傳感器，運載工具 遙感探測的內容遙感探測的內容 遙感信息獲取手段的研究；遙感信息獲取手段的研究； 各類物體

4、的輻射波譜特性及各類物體的輻射波譜特性及傳輸規(guī)律的研究；傳輸規(guī)律的研究； 遙感信息的處理與分析判讀遙感信息的處理與分析判讀技術的研究。技術的研究。 遙感探測的分類：遙感探測的分類： 按工作方式分為：被動遙感和按工作方式分為：被動遙感和主動遙感；主動遙感； 按波段分為：紫外遙感、可見按波段分為：紫外遙感、可見光遙感、紅外遙感和微波遙感；光遙感、紅外遙感和微波遙感； 按對象分為：大氣遙感、海洋按對象分為：大氣遙感、海洋遙感、農(nóng)業(yè)遙感和地質地理遙感等。遙感、農(nóng)業(yè)遙感和地質地理遙感等。 在空間固定軌道上運行在空間固定軌道上運行 自上而下進行觀測自上而下進行觀測 全球和大范圍的觀測全球和大范圍的觀測 遙

5、感探測遙感探測 使用新的探測技術使用新的探測技術 豐富的觀測資料豐富的觀測資料 受益面廣受益面廣極軌衛(wèi)星觀測極軌衛(wèi)星觀測靜止衛(wèi)星觀測靜止衛(wèi)星觀測第二節(jié)第二節(jié) 氣象衛(wèi)星遙感觀測的特點氣象衛(wèi)星遙感觀測的特點第三節(jié)第三節(jié) 衛(wèi)星遙感觀測資料的作用衛(wèi)星遙感觀測資料的作用 在大氣科學中的應用在大氣科學中的應用 農(nóng)業(yè)遙感中的應用農(nóng)業(yè)遙感中的應用 林業(yè)遙感中的應用林業(yè)遙感中的應用 海洋遙感中的應用海洋遙感中的應用 軍事氣象中的應用軍事氣象中的應用 航空氣象中的應用航空氣象中的應用 空間環(huán)境監(jiān)測中的應用空間環(huán)境監(jiān)測中的應用 通信中的應用通信中的應用 增加了氣象觀測資料的內容增加了氣象觀測資料的內容 填補了洋面和

6、荒漠地區(qū)的觀測資料填補了洋面和荒漠地區(qū)的觀測資料 實現(xiàn)了連續(xù)實現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)視暴雨洪水和冰雹、龍卷、強風、監(jiān)視暴雨洪水和冰雹、龍卷、強風、 雷電等強雷暴天氣，使臨近預報成為可能雷電等強雷暴天氣，使臨近預報成為可能 監(jiān)視海洋上的天氣系統(tǒng)，改進了洋面天氣預報監(jiān)視海洋上的天氣系統(tǒng)，改進了洋面天氣預報 改善高原天氣分析和預報改善高原天氣分析和預報 加深了對天氣系統(tǒng)的理解加深了對天氣系統(tǒng)的理解 改進了長期天氣預報改進了長期天氣預報 收集和轉發(fā)各種氣象資料收集和轉發(fā)各種氣象資料 氣象衛(wèi)星資料在大氣科學中的應用氣象衛(wèi)星資料在大氣科學中的應用第四節(jié)第四節(jié) 氣象衛(wèi)星探測的要求和分類氣象衛(wèi)星探測的要求和分類一一. .

7、氣象衛(wèi)星探測的要求氣象衛(wèi)星探測的要求 1 1、環(huán)繞地球運行（圓或橢圓）、環(huán)繞地球運行（圓或橢圓） 2 2、在軌運行時間長（壽命長）、在軌運行時間長（壽命長） 3 3、可進行多種觀測、可進行多種觀測 4 4、觀測資料精度高、觀測資料精度高 5 5、觀測連續(xù)、觀測連續(xù) 6 6、便于觀測資料處理、便于觀測資料處理二二. .近極地太陽同步衛(wèi)星軌道近極地太陽同步衛(wèi)星軌道1 1、什么是近極地太陽同步衛(wèi)星軌道、什么是近極地太陽同步衛(wèi)星軌道地地球球軌軌道道太太 陽陽衛(wèi)星軌道春春夏夏秋秋冬冬圖圖 太陽同步軌道太陽同步軌道2 2、近極地太陽同步衛(wèi)星軌道的實現(xiàn)、近極地太陽同步衛(wèi)星軌道的實現(xiàn)（1 1）衛(wèi)星軌道平面隨地

8、球繞太陽公轉時的平動運動）衛(wèi)星軌道平面隨地球繞太陽公轉時的平動運動 一年使衛(wèi)星衛(wèi)星軌道平面發(fā)生一年使衛(wèi)星衛(wèi)星軌道平面發(fā)生360360 的轉動，平均每天變化為：的轉動，平均每天變化為： 360360 /365/365天天= =0.9850.985 / /天天 變化方向從變化方向從東東向向西西圖圖2-9 2-9 衛(wèi)星軌道平面隨地球繞太陽公轉時的平動運動衛(wèi)星軌道平面隨地球繞太陽公轉時的平動運動 3：00地地球球軌軌道道15：00太太 陽陽衛(wèi)星軌道春春夏夏秋秋冬冬9：0021：00 地地球球軌軌道道太太 陽陽衛(wèi)星軌道春春夏夏秋秋冬冬15：0015：0015：0015：00（2 2）衛(wèi)星軌道平面進動的利

9、用）衛(wèi)星軌道平面進動的利用 10/10/（1- e1- e2 2）2 2 （R/aR/a）3.53.5 osi=0.985osi=0.985 / /天天 若太陽同步軌道圓形軌道，則若太陽同步軌道圓形軌道，則a=R+H e=0a=R+H e=0 cosi=-9.85 cosi=-9.85 1010-2-2 R/R/（R+HR+H） 3.5 3.5 i i 9090 進動方向從西向東進動方向從西向東 （3 3）近極地太陽同步衛(wèi)星軌道）近極地太陽同步衛(wèi)星軌道 的實現(xiàn)的實現(xiàn) 利用衛(wèi)星軌道在地球扁率利用衛(wèi)星軌道在地球扁率 作用下的進動去抵消衛(wèi)星軌道作用下的進動去抵消衛(wèi)星軌道 平面隨地球繞太陽運行時引起平

10、面隨地球繞太陽運行時引起 的轉動，即可實現(xiàn)近極地太陽的轉動，即可實現(xiàn)近極地太陽 同步衛(wèi)星軌道。同步衛(wèi)星軌道。 圖圖2-10 2-10 太陽同步軌道太陽同步軌道3 3、太陽同步軌道的優(yōu)缺點、太陽同步軌道的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：（1 1）軌道近似圓形，軌道預告、接收和資料定位方便；）軌道近似圓形，軌道預告、接收和資料定位方便；（2 2）有利于資料處理和使用；）有利于資料處理和使用；（3 3）全球觀測；）全球觀測；（4 4）在觀測時有合適的照明，可以得到戳充分）在觀測時有合適的照明，可以得到戳充分的太陽能。缺點：缺點：（1 1）對同一地點觀測的時間間隔太長；）對同一地點觀測的時間間隔太長；（2 2）不利

11、對中小尺度天氣系統(tǒng)的監(jiān)測；）不利對中小尺度天氣系統(tǒng)的監(jiān)測；（3 3）相臨兩條軌道的觀測資料不是同一時刻，利用不利）相臨兩條軌道的觀測資料不是同一時刻，利用不利。三三. .地球同步衛(wèi)星軌道地球同步衛(wèi)星軌道H=35860KmS SN N圖圖2-11 2-11 地球同步衛(wèi)星軌道地球同步衛(wèi)星軌道2 2、地球同步衛(wèi)星軌道的實現(xiàn)、地球同步衛(wèi)星軌道的實現(xiàn)衛(wèi)星運行方向與地球自轉方向相同；衛(wèi)星運行方向與地球自轉方向相同； 軌道傾角軌道傾角i=0i=0 ，地球赤道平面與衛(wèi)星軌道平面重合；，地球赤道平面與衛(wèi)星軌道平面重合； 軌道偏心率軌道偏心率e=0e=0 ，即軌道是圓形；，即軌道是圓形； 衛(wèi)星運行周衛(wèi)星運行周 期

12、期T=23T=23小時小時5656分分0404秒。秒。 H=H=（ /4/4 2 2）T T2 2 1/31/3-R-R H= 35860 H= 35860（KmKm） V= V= / /（R+HR+H） 1/21/2=3.07=3.07（千米（千米/ /秒）秒）實際衛(wèi)星軌道不可能是圓，有點橢圓形；傾角也不正好實際衛(wèi)星軌道不可能是圓，有點橢圓形；傾角也不正好 等于等于0 0，常有，常有1 1 的傾角。這種誤差會使衛(wèi)星的星下點在以赤道的傾角。這種誤差會使衛(wèi)星的星下點在以赤道 為中心的兩側產(chǎn)生為中心的兩側產(chǎn)生“8 8”字形的擺動。字形的擺動。3 3、地球同步衛(wèi)星軌道的有效利用、地球同步衛(wèi)星軌道的有

13、效利用 若在地球同步軌道上每若在地球同步軌道上每3 3 放置一顆衛(wèi)星，共可放置放置一顆衛(wèi)星，共可放置120120 顆衛(wèi)星，兩相臨衛(wèi)星間的距離為顆衛(wèi)星，兩相臨衛(wèi)星間的距離為2210.042210.04公里衛(wèi)星的波束公里衛(wèi)星的波束 寬度應小于寬度應小于2 2 0.50.5 。5 5、地球同步衛(wèi)星軌道的優(yōu)缺點、地球同步衛(wèi)星軌道的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點： （1 1）高度高，視野廣；）高度高，視野廣； （2 2）對同一地區(qū)連續(xù)觀測；）對同一地區(qū)連續(xù)觀測； （3 3）監(jiān)視中小尺度天氣系統(tǒng)；）監(jiān)視中小尺度天氣系統(tǒng)； （4 4）圓軌道，定位、處理、接收方便。）圓軌道，定位、處理、接收方便。缺點：缺點： （1 1）不

14、能觀測兩極；）不能觀測兩極； （2 2）高度高，精度難提高。）高度高，精度難提高。四四. .氣象衛(wèi)星發(fā)射概況氣象衛(wèi)星發(fā)射概況第一顆氣象衛(wèi)星：第一顆氣象衛(wèi)星：19601960年年4 4月月1 1日日, ,泰羅斯（泰羅斯（TIROSTIROS）氣象衛(wèi)）氣象衛(wèi) 星發(fā)射。星發(fā)射。氣象衛(wèi)星的國家：美、蘇、日、中、印、法國、歐洲空組氣象衛(wèi)星的國家：美、蘇、日、中、印、法國、歐洲空組 織和韓國等?？椇晚n國等。150150多顆。多顆。衛(wèi)星種類：衛(wèi)星種類：6060年代初，近極地軌道年代初，近極地軌道現(xiàn)在，近極地軌道和現(xiàn)在，近極地軌道和 地球靜止軌道兩類。地球靜止軌道兩類。探測儀器：照相機探測儀器：照相機多光譜高

15、精度掃描輻射儀。多光譜高精度掃描輻射儀。觀測內容：白天單光譜云圖的觀測觀測內容：白天單光譜云圖的觀測晝夜都能準確地提供晝夜都能準確地提供 大氣不同高度的溫、濕、風、云資料。大氣不同高度的溫、濕、風、云資料。 氣象衛(wèi)星探測技術有了顯著的改進和提高，衛(wèi)星探測氣象衛(wèi)星探測技術有了顯著的改進和提高，衛(wèi)星探測已經(jīng)成為大氣科學不可缺少的有用的現(xiàn)代化探測工具。已經(jīng)成為大氣科學不可缺少的有用的現(xiàn)代化探測工具。FY-1衛(wèi)星衛(wèi)星我國可接收的近極地軌道氣象衛(wèi)星我國可接收的近極地軌道氣象衛(wèi)星 （1 1）FY-1C.D. FY-3FY-1C.D. FY-3（0101） （2 2）NOAA K-NNOAA K-N與與ME

16、TOPMETOP配對配對 （3 3）NPOES 2010NPOES 2010年以后美民用、軍用合年以后美民用、軍用合作，命名為作，命名為“國家極地軌道業(yè)務環(huán)境衛(wèi)星系國家極地軌道業(yè)務環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)統(tǒng)”（NPOESNPOES）。）。 （4 4）METEORMETEOR （5 5）EOSEOS （6 6）TRMMTRMM （7 7）其它衛(wèi)星）其它衛(wèi)星我國可接收的地球靜止軌道氣象衛(wèi)星我國可接收的地球靜止軌道氣象衛(wèi)星 （1 1）FY-2(02)C.DFY-2(02)C.D （2 2）GMSGMS （3 3）INSATINSAT對未來的展望對未來的展望1、當前對地觀測衛(wèi)星發(fā)展的特點、當前對地觀測衛(wèi)星發(fā)展的特

17、點 高光譜分辨率高光譜分辨率1幾幾nm，獲取更多的地球、大氣信息。，獲取更多的地球、大氣信息。 高空間分辨率高空間分辨率1幾幾 m，獲取更詳細的地球大氣特性。，獲取更詳細的地球大氣特性。 高時間分辨率高時間分辨率幾十秒時間間隔，監(jiān)測快速的時間演變、多功能、幾十秒時間間隔，監(jiān)測快速的時間演變、多功能、多探測器的綜合對地觀測衛(wèi)星與單一作業(yè)任務的小衛(wèi)星星座相結合。多探測器的綜合對地觀測衛(wèi)星與單一作業(yè)任務的小衛(wèi)星星座相結合。2、定量遙感、定量遙感 開展遙感資料反演地球物理參數(shù)的數(shù)學物理模式和算法遙感探測開展遙感資料反演地球物理參數(shù)的數(shù)學物理模式和算法遙感探測器定標和地面真實性檢驗相結合。器定標和地面真

18、實性檢驗相結合。3、衛(wèi)星遙感定量參數(shù)與其它探測資料結合使用、衛(wèi)星遙感定量參數(shù)與其它探測資料結合使用 多種探測資料的融合問題。多種探測資料的融合問題。 多種探測資料的同化。多種探測資料的同化。4、遙感技術已經(jīng)成為監(jiān)測、研究地球科學各分支學科的重要手段、遙感技術已經(jīng)成為監(jiān)測、研究地球科學各分支學科的重要手段 通過努力將成為監(jiān)測、研究、預測和服務的支柱。通過努力將成為監(jiān)測、研究、預測和服務的支柱。850 KM35 800 KmSUBSATELLITE POINTGOMS (Russian Federation) 76EMETEOSAT (EUMETSAT) 63 EGMS (Japan) 140EF

19、Y-2 (China) 105EGOES-E (USA) 75WTIROS (USA)GOES-W (USA) 135W GEOSTATIONARY ORBIT METEOR (Russian Federation)Polar orbi tMETEOSAT (EUMETSAT) 0 Longitude(China)FY-1 全球氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)全球氣象衛(wèi)星觀測系統(tǒng)第二章第二章 氣象衛(wèi)星遙感氣象衛(wèi)星遙感 大氣的基本原理大氣的基本原理 大氣物理學院大氣物理學院 肖穩(wěn)安肖穩(wěn)安TelE-mail： 第一節(jié)第一節(jié) 氣象衛(wèi)星遙感的基礎氣象衛(wèi)星遙感的基礎 氣象衛(wèi)星遙感地球大氣的溫度

20、、濕氣象衛(wèi)星遙感地球大氣的溫度、濕度、云雨演變等氣象要素是通過探測地度、云雨演變等氣象要素是通過探測地球大氣系統(tǒng)發(fā)射或反射的電磁波而實現(xiàn)球大氣系統(tǒng)發(fā)射或反射的電磁波而實現(xiàn)的。因此，電磁輻射是氣象衛(wèi)星遙感的的。因此，電磁輻射是氣象衛(wèi)星遙感的基礎?；A。 一. .基本輻射量基本輻射量 輻射能（輻射能（Q)Q) 輻射通量輻射通量( () ) 輻射通量密度輻射通量密度(F)(F)： 若若M M為出射度，為出射度，E E為輻照度，為輻照度，F(xiàn) F 輻射強度輻射強度(I)(I)： 若各向同性則若各向同性則 I=I= /4/4 輻射率（輻射亮度）輻射率（輻射亮度）(L)(L)：在單位時間內通過垂直面：在單位

21、時間內通過垂直面元法線方向上單位面積、單位立體角的輻射能。元法線方向上單位面積、單位立體角的輻射能。 在垂直法線方向：在垂直法線方向： L L（n n）= = 3 3Q/Q/ A A t t= = 2 2 / / A A= = F F/ / 在在S S方向：方向： L L（s s）= = 3 3Q Q（ ）/ / A A t t = = 3 3Q Q（ ）/ / A A t tcoscos dAdsn二二. .輻射基本定律輻射基本定律 黑體：黑體：指在任何溫度、對任意方向和任意波長，其指在任何溫度、對任意方向和任意波長，其吸收率（或發(fā)射率）都等于吸收率（或發(fā)射率）都等于1 1的物體。的物體。

22、a(a()1)1 灰體：灰體：指其吸收率與波長無關，且為小于指其吸收率與波長無關，且為小于1 1的常數(shù)的的常數(shù)的物體。物體。 a(a()=C)=C 1 1 選擇性輻射體：選擇性輻射體：指其吸收率隨波長而變的物體。指其吸收率隨波長而變的物體。 a a a(a() 輻射平衡輻射平衡：指一個物體在某一溫度從外界得到的輻射：指一個物體在某一溫度從外界得到的輻射能量正好等于本身輻射而失去的能量，使物體溫度保持不能量正好等于本身輻射而失去的能量，使物體溫度保持不變的輻射過程。變的輻射過程。 黑體輻射定律：黑體輻射定律： 普朗克定律（黑體輻射方程）：普朗克定律（黑體輻射方程）： h h是普朗克常數(shù)，是普朗克

23、常數(shù)， h=6.62626.6262 1010-27-27爾格爾格/ /秒秒 k k是波爾茲曼常數(shù)，是波爾茲曼常數(shù)，k=1.3806 k=1.3806 1010-16-16爾格爾格/ /度度c c是光速是光速 若用若用c c1 1=2=2cc2 2h h， c c2 2= =hc/khc/k，方程可變?yōu)榉匠炭勺優(yōu)?21511cTcMe25/2(1)hckTc hMe（w w cmcm-2-2m m-1-1）)1(2)(/25kThffechfTB12)(/52kTchehcTB25/2()(1)hckTc hBTe 利用波長、頻率和波數(shù)之間的關系，利用波長、頻率和波數(shù)之間的關系，黑體是普朗體，

24、黑體是普朗體，所以分譜輻射率等于所以分譜輻射率等于M M / / ，因此，因此，可將可將普朗克輻射公式表普朗克輻射公式表示為：示為： 普朗克函數(shù)將發(fā)射的單色強度與物質的溫度和波長普朗克函數(shù)將發(fā)射的單色強度與物質的溫度和波長（頻率）聯(lián)系起來；黑體的輻射強度先隨波長的增加而（頻率）聯(lián)系起來；黑體的輻射強度先隨波長的增加而增大，但到達某一波長后輻射強度卻又隨波長的增長而增大，但到達某一波長后輻射強度卻又隨波長的增長而減小。減小。 由普朗克定律可看出：由普朗克定律可看出： 溫度越高，黑體的全輻射能力越大；溫度越高，黑體的全輻射能力越大； 溫度愈高，最大單溫度愈高，最大單色（或分譜）輻射能力所對應的波長

25、愈??；色（或分譜）輻射能力所對應的波長愈??； 太陽近似于太陽近似于6000k的黑體，最大輻射波長為的黑體，最大輻射波長為0.474 m，在，在0.154 m的范圍，的范圍，輻射能占太陽全部輻射能量當輻射能占太陽全部輻射能量當99%； 地球近似于地球近似于300k的黑體，最大輻射波長為的黑體，最大輻射波長為10 m，在，在380 s的范的范圍，圍，輻射能占地球全部輻射能量當輻射能占地球全部輻射能量當99%； 對流層頂近似于對流層頂近似于200k的黑體，最大輻射波長為的黑體，最大輻射波長為14.5 m，在，在4120 m的范圍，的范圍，輻射能占對流層頂全部輻射能量當輻射能占對流層頂全部輻射能量當9

26、9%。維恩位移定律和瑞利維恩位移定律和瑞利- -琴斯輻射公式琴斯輻射公式將普朗克函數(shù)對將普朗克函數(shù)對波長微分得：波長微分得： maxmaxT=0.2897885(T=0.2897885(厘米厘米 度度) ) 由這一關系式可看出，當黑體的溫度升高時，最大由這一關系式可看出，當黑體的溫度升高時，最大輻射朝短波方向移動。由此可測量黑體在某一溫度時的輻射朝短波方向移動。由此可測量黑體在某一溫度時的最大輻射波長。最大輻射波長。 斯蒂芬斯蒂芬- -波爾茲曼定律波爾茲曼定律 把普朗克函數(shù)由把普朗克函數(shù)由0 0的整個波長域上積分，就得到黑的整個波長域上積分，就得到黑體的全輻射本領：體的全輻射本領：444421

27、15)(TTccTM 由于黑體輻射是各項同性的，因此黑體發(fā)射由于黑體輻射是各項同性的，因此黑體發(fā)射的通量密度為的通量密度為 F=F= B B（T T）= = T T4 4式中式中 是是斯蒂芬斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，等于波爾茲曼常數(shù)，等于5.675.67 1010-5-5爾格爾格 cmcm-2-2 s s-1-1 k k-4-4。表明表明黑體發(fā)射的通量密度與黑體發(fā)射的通量密度與絕對溫度的四次方成正比。它是紅外輻射傳輸?shù)慕^對溫度的四次方成正比。它是紅外輻射傳輸?shù)幕A?；A。基爾霍夫定律基爾霍夫定律 前面三條定律涉及黑體發(fā)射的輻射強度，前面三條定律涉及黑體發(fā)射的輻射強度，輻射強度的大小與發(fā)射波長和物體

28、的溫度有關。輻射強度的大小與發(fā)射波長和物體的溫度有關。通常，物體吸收和發(fā)射之間沒有確定的關系。通常，物體吸收和發(fā)射之間沒有確定的關系。 但在熱力平衡條件下，物體可以吸收特定但在熱力平衡條件下，物體可以吸收特定波長的輻射，同時也能發(fā)射同樣波長的輻射，波長的輻射，同時也能發(fā)射同樣波長的輻射，發(fā)射率是溫度和波長的函數(shù)，即物體發(fā)射的輻發(fā)射率是溫度和波長的函數(shù)，即物體發(fā)射的輻射就等于吸收的輻射能。否則物體就要被加熱射就等于吸收的輻射能。否則物體就要被加熱或冷卻，這就違背了熱力平衡的假設?；蚶鋮s，這就違背了熱力平衡的假設。 因而，在熱力平衡條件下，若因而，在熱力平衡條件下，若L L 是入射的分譜輻射率是入

29、射的分譜輻射率，則發(fā)射的輻射率為：，則發(fā)射的輻射率為： J J = =B B（T T）= = a a L L 式中式中 J J 是是物體發(fā)射的輻射率；物體發(fā)射的輻射率； 是是物體的比輻射率或發(fā)射率（定義為發(fā)射強度與普物體的比輻射率或發(fā)射率（定義為發(fā)射強度與普朗克函數(shù)之比）；朗克函數(shù)之比）； B B（T T）是黑是黑體普朗克輻射；體普朗克輻射； a a是是物體的吸收率（定義為吸收強度與普朗克函數(shù)之物體的吸收率（定義為吸收強度與普朗克函數(shù)之比）；比）； L L 是入射到物體的輻射率。是入射到物體的輻射率。 如果輻射源與該物體一起處于熱力平衡中，則如果輻射源與該物體一起處于熱力平衡中，則 B B（T

30、 T）= = L L 所以有所以有 = = a a 吸收率為吸收率為a a的物體只吸收的物體只吸收a a倍的黑體輻射強度倍的黑體輻射強度B B （T T），同時它發(fā)射出，同時它發(fā)射出倍的黑體輻射強度。對黑體而言，吸收倍的黑體輻射強度。對黑體而言，吸收和發(fā)射均為最大，對所有波長有和發(fā)射均為最大，對所有波長有 a a=1=1 灰體的特征是不能全部吸收和發(fā)射，有灰體的特征是不能全部吸收和發(fā)射，有 a a= 1 1 不難看出基爾霍夫定律表達了兩方面的內容：不難看出基爾霍夫定律表達了兩方面的內容： 1 1、它將物體的吸收與發(fā)射聯(lián)系起來了，一物體在一定、它將物體的吸收與發(fā)射聯(lián)系起來了，一物體在一定溫度下發(fā)

31、射某一波長的輻射，則該一物體在同一溫度下吸溫度下發(fā)射某一波長的輻射，則該一物體在同一溫度下吸收這種波長的輻射。收這種波長的輻射。 2 2、將各種物體的輻射與黑體輻射聯(lián)系起來了，一個良、將各種物體的輻射與黑體輻射聯(lián)系起來了，一個良好的吸收體，也一定是一個良好的發(fā)射體，反之亦然。好的吸收體，也一定是一個良好的發(fā)射體，反之亦然。 三三. 輻射體的溫度輻射體的溫度 從黑體輻射定律知道，物體的輻射量都與溫從黑體輻射定律知道，物體的輻射量都與溫度有關。對于一定的溫度，就有一定的輻射光譜度有關。對于一定的溫度，就有一定的輻射光譜分布；反過來，對于一定的輻射光譜分布，可以分布；反過來，對于一定的輻射光譜分布，

32、可以求取物體的溫度。但是，實際物體并非都是黑體，求取物體的溫度。但是，實際物體并非都是黑體，在實際應用中，須考慮輻射率的影響，為方便定在實際應用中，須考慮輻射率的影響，為方便定義幾種不同的溫度。義幾種不同的溫度。 有效溫度（有效溫度（T Te e）: : 如果溫度為如果溫度為T T的物體的出射度為的物體的出射度為M(M(T T) ) ，又設想，又設想M M ( (T Te e) )為黑體發(fā)出的，即為黑體發(fā)出的，即M(M(T T)= M)= M ( (T Te e) )，則黑體的，則黑體的溫度溫度T Te e 稱為該物體的有效溫度。根據(jù)斯蒂芬稱為該物體的有效溫度。根據(jù)斯蒂芬- -波爾茲曼定波爾茲

33、曼定律得律得 T Te e = M= M (T)/(T)/ 1/41/4由于物體的比輻射率小于由于物體的比輻射率小于1 1，所以，所以 T T T Te e有效溫度（有效溫度（T Te e），也稱為等效黑體溫度。），也稱為等效黑體溫度。 色溫度（色溫度（TcTc）: : 如果物體的輻射光譜分布如果物體的輻射光譜分布與溫度為與溫度為TcTc的黑體物體的輻射光譜分布相一致的黑體物體的輻射光譜分布相一致則則TcTc稱為該物體的色溫度。它可以根據(jù)物體的稱為該物體的色溫度。它可以根據(jù)物體的輻射光譜曲線，求出相應的最大輻射的波長輻射光譜曲線，求出相應的最大輻射的波長 m m，再由維恩位移公式得再由維恩位移

34、公式得 T Tc c=2886/=2886/ m m 亮度溫度（亮度溫度（T Tb b）: : 如果物體發(fā)射的輻射亮度如果物體發(fā)射的輻射亮度L L （T T）與溫度為）與溫度為T Tb b的黑體輻射亮度的黑體輻射亮度B （Tb）相等，即相等，即L L（T T）=B=B（T Tb b）則則T Tb b稱為該物體的稱為該物體的亮度溫度。根據(jù)普朗克亮度溫度。根據(jù)普朗克公式公式 1)exp(2)(52bbThchcTB1)(2ln52TLhchcTb 亮度溫度（亮度溫度（T Tb b）又稱輻射溫度。由于）又稱輻射溫度。由于B B（T T） B B（T Tb b），所以，所以T Tb b T T或或四四

35、. 布爾吸收定律布爾吸收定律 輻射率輻射率L L單色輻射單色輻射 通過有吸收無輻散介質通過有吸收無輻散介質dldl距離，距離，輻射改變量輻射改變量-dL-dL與吸收氣體的含量與吸收氣體的含量 dAdldAdl、L L成正比成正比 dLdL=- =- L Lk k （l l）dldl式中式中 （l l）吸收氣體的密度，吸收氣體的密度， k k分譜質量吸收系數(shù)（厘米分譜質量吸收系數(shù)（厘米2 2 克克-1-1），它是給定介質），它是給定介質熱力狀態(tài)的函數(shù)，熱力狀態(tài)的函數(shù)，k k （l l）= = k kVV，體積吸收系數(shù)（厘米體積吸收系數(shù)（厘米- -1 1）。 對上式沿對上式沿0 0l l積分得積分

36、得lkeLL0)(exp(00dllkLLl L 0是輻射進入介質時的分譜輻射率。這就是是輻射進入介質時的分譜輻射率。這就是布爾布爾吸收定律。式中指數(shù)部分吸收定律。式中指數(shù)部分 稱為光學厚度，稱為光學厚度，而把而把 稱做光學路徑或光程。稱做光學路徑或光程。 對于均勻介質，對于均勻介質， k k 、 與與l l無關無關)(0dllkl0( )ll dl),0(100lLLL 在不計散射的情況下，分譜透過輻射在不計散射的情況下，分譜透過輻射L L與與分譜入射輻射分譜入射輻射L OO之比之比稱為稱為輻射通過介質輻射通過介質0l距離的距離的分譜輻射透過率分譜輻射透過率)()(exp),0(00dlll

37、kLLll分譜輻射吸收率為分譜輻射吸收率為如果介質是均勻的，則分譜質量吸收系數(shù)如果介質是均勻的，則分譜質量吸收系數(shù)為)1ln(1lk在實際大氣中，由于在實際大氣中，由于 和和k 隨波長變化很快，通常用隨波長變化很快，通常用在一有限波長間隔的平均透過率。在一有限波長間隔的平均透過率。五五. . 大氣、地面對輻射的散射和反射大氣、地面對輻射的散射和反射 1、大氣輻射的散射、大氣輻射的散射 輻射在大氣中傳輸時，會受到諸如分子、塵粒、霧滴輻射在大氣中傳輸時，會受到諸如分子、塵粒、霧滴和雨滴等粒子的作用，使傳播方向發(fā)生改變，而向各個方和雨滴等粒子的作用，使傳播方向發(fā)生改變，而向各個方向傳播，這就是散射。

38、散射是大氣輻射衰減的重要原因。向傳播，這就是散射。散射是大氣輻射衰減的重要原因。但是隨粒子大小不同，各個波段的衰減作用也不相同。但是隨粒子大小不同，各個波段的衰減作用也不相同。 取取 =kS 為容積散射系數(shù)為容積散射系數(shù) kS 為質量散射系數(shù)為質量散射系數(shù) 則輻射通過一路徑則輻射通過一路徑l后其輻射為后其輻射為dlkdlLsLseLeLL00002、地面目標物（包含云）對輻射的反射、地面目標物（包含云）對輻射的反射 各向同性、均勻物體表面反射特性各向同性、均勻物體表面反射特性 描述物體的反射特性時，常用反射率和反照描述物體的反射特性時，常用反射率和反照率兩個概念。率兩個概念。 反射率：是反射輻

39、射與入射輻射之比反射率：是反射輻射與入射輻射之比 反照率：是自然物體對入射輻射的總反射輻反照率：是自然物體對入射輻射的總反射輻射比。在氣象衛(wèi)星遙感中，是自某物體返回空間射比。在氣象衛(wèi)星遙感中，是自某物體返回空間的太陽總輻射能與投射到該物體的總輻射能之比。的太陽總輻射能與投射到該物體的總輻射能之比。 反射率和反照率是兩個不同的概念。如圖反射率和反照率是兩個不同的概念。如圖3-2所示，在所示，在I方向、立體角方向、立體角d 內投射到內投射到dA面上的輻照度為面上的輻照度為 L L （I I）d d L L （I I）是入射輻射率，）是入射輻射率， 在在I I方向產(chǎn)生的輻射率為方向產(chǎn)生的輻射率為 d

40、LdL （I I）=r=r （I I，I I）L L （I I）d d r r （I I，I I）稱做反射率。）稱做反射率。 于是從上半空間所有于是從上半空間所有方向來的入射輻射發(fā)生在方向來的入射輻射發(fā)生在I方向的反射輻射強度為方向的反射輻射強度為nI IdAdd圖圖3-2 反照率示意圖反照率示意圖cosLId半 球總 反 射 輻 射 =（ ）按照反照率的定義，記為按照反照率的定義，記為rs ，則則coscoscossL IdL IrL IdL Id 半球半球半球（ ）（ ）總反射輻射總入射輻射（ ）（ ）dILrILscos)(）（半球即即cos),(srIIr由此得到反射率與反照率之間的關

41、系為由此得到反射率與反照率之間的關系為第二節(jié)第二節(jié) 太陽和地球太陽和地球大氣系統(tǒng)輻射大氣系統(tǒng)輻射一一. 太陽輻射及其光譜特征太陽輻射及其光譜特征太陽：太陽： 巨大的火球；直徑巨大的火球；直徑139.14萬公里，萬公里，是地球的是地球的104倍；表面積倍；表面積6.0931012平方公里；平方公里；體積體積1.412 1018立方公里；距離地球平均距離立方公里；距離地球平均距離為為1.495 108公里。公里。 太陽輻射用太陽常數(shù)、太陽光譜和太陽輻太陽輻射用太陽常數(shù)、太陽光譜和太陽輻射到達地面的吸收光譜來描述。射到達地面的吸收光譜來描述。 d d0 0是日地平均距離；是日地平均距離； s0是太陽

42、常數(shù)。是太陽常數(shù)。 到達地球大氣頂?shù)奶栞椛渫ㄟ^大氣時，到達地球大氣頂?shù)奶栞椛渫ㄟ^大氣時，大約大約 35% 35% 被地球、大氣、云層反射；被地球、大氣、云層反射； 17% 17% 被大氣吸收；被大氣吸收； 47%47% 到達地面被地表吸收。到達地面被地表吸收。瓦26211020108255. 31353)105 . 1 (44sdQ 太陽常數(shù)：太陽常數(shù)：1353 1353 瓦瓦/ /米米2 2，估計誤差為，估計誤差為2121瓦瓦/米米2。由太陽常數(shù)可以計算單位時間內太陽輻射的。由太陽常數(shù)可以計算單位時間內太陽輻射的總能量為總能量為 太陽光譜：太陽光譜：太陽輻射能主要集中在太陽輻射能主要集中

43、在0.3-3.00.3-3.0微米；微米； 輻射最大值位于輻射最大值位于0.470.47微米；微米； 1/41/4能量在波長能量在波長 0.470.47微米的譜段內；微米的譜段內； 46%46%的能量在的能量在0.400.400.760.76的可見光波段。的可見光波段。 圖中虛線表示圖中虛線表示T=5900KT=5900K的黑體輻照度，太陽輻光譜與該黑體輻射光譜十分相的黑體輻照度，太陽輻光譜與該黑體輻射光譜十分相似。如果假想太陽是理想的黑體，則可由似。如果假想太陽是理想的黑體，則可由斯蒂芬斯蒂芬- -波爾茲曼定律和維恩位移公式波爾茲曼定律和維恩位移公式計算出太陽的有效溫度計算出太陽的有效溫度T

44、 Te e和色溫度和色溫度T Tc c。波長（s）0.00.40.81.21.62.02.42.83.20.250.200.150.100.050.00輻照度Wm-2s-1圖圖3-3 太陽輻射光譜示意圖太陽輻射光譜示意圖4/124/14(）（）日日RQETeKTC96.616547. 028982898max太陽最大輻波長太陽最大輻波長 max=0.47 s 太陽吸收光譜：該光譜與太陽吸收光譜：該光譜與5900K5900K的黑體輻射光譜有明的黑體輻射光譜有明顯差異，存在許多由大氣中的臭氧、氧、水汽、二氧化碳顯差異，存在許多由大氣中的臭氧、氧、水汽、二氧化碳及塵埃等物質選擇性吸收作用造成的吸收線

45、和吸收帶。及塵埃等物質選擇性吸收作用造成的吸收線和吸收帶。 1 1、O O3 3的吸收主要位于太陽光的紫外光的吸收主要位于太陽光的紫外光0.20.2 0.3 0.3m 0.29m 0.29 m m；0.320.320.360.36 m m；可見光可見光 0.60.6和和4.754.75 m m。 2 2、O O2 2在紫外、可見光也有吸收帶。在紫外、可見光也有吸收帶。 3 3、H H2 2O O在在0.70.7 m m；0.70.70.80.8 m m 4 4、C C2 2O O二二. .地面覆蓋物對太陽輻射的反射地面覆蓋物對太陽輻射的反射 1 1、土壤粒子對反照率的影響、土壤粒子對反照率的影

46、響 2 2、土壤水分對反照率的影響、土壤水分對反照率的影響 3 3、反照率隨波長的變化、反照率隨波長的變化 4 4、植被的反照率、植被的反照率 5 5、冰雪的反照率、冰雪的反照率 6 6、水體的反照率、水體的反照率 圖圖 三種不同含水量三種不同含水量砂土的光譜反射曲線砂土的光譜反射曲線 不同土壤濕度下不同土壤濕度下含沙壤土的反照率含沙壤土的反照率1、土壤水分對反照率的影響、土壤水分對反照率的影響2232%反照率%波長 s s04%512%反照率反照率隨波長的變化反照率隨波長的變化2 2、反照率隨波長的變化、反照率隨波長的變化 作物在生長和作物在生長和衰老期間光譜變化衰老期間光譜變化 從可見光到

47、中紅外從可見光到中紅外小麥葉子的反射光譜小麥葉子的反射光譜3、植被的反照率、植被的反照率反反照照率率反照率（a）不同種類作物和裸地的反照率）不同種類作物和裸地的反照率（b）作物覆蓋率和生物量對返照率的影響）作物覆蓋率和生物量對返照率的影響反照率波長 s s葉子反照率、水吸收率%葉子反射率水吸收率0.51.31.92.5圖圖 葉子反照率、水葉子反照率、水吸收率的反比關系吸收率的反比關系衰老期小麥葉子的反射光譜衰老期小麥葉子的反射光譜反照率0.61.42.02.4波長 s s反照率%圖圖 雪的反射特性曲線雪的反射特性曲線4、冰雪的反照率、冰雪的反照率不同葉綠不同葉綠素濃度的素濃度的海水光譜海水光譜

48、曲線曲線 在在0.51.0微米內天然微米內天然清水和混水的反射光譜曲線清水和混水的反射光譜曲線5、水體的反照率、水體的反照率清水的清水的吸收系吸收系數(shù)數(shù)6 6、云層的反照率、云層的反照率 假設云層的反照率和透過率都是假設云層的反照率和透過率都是50%50%。最后從第一。最后從第一層反射的能量占原來入射能量的層反射的能量占原來入射能量的62.5%62.5%。因而多層云的。因而多層云的反照率較高。反照率較高。入射輻射LR1=L/2T1=L/2T2=L/4R2=L/4T3=L/8R3+T3=5L/8R3=L/8圖圖 多層云對太陽輻射的反射多層云對太陽輻射的反射圖云層反照率、吸收率和透過率的關系圖云層

49、反照率、吸收率和透過率的關系反射、透射、吸收%反射透過吸收100806040200010100100010000云厚（米）（）（）60050040030020010000102030405060708090 高層云層云（）（）云厚（米）透過率（）三三. 地球地球大氣系統(tǒng)輻射光譜和大氣吸收帶大氣系統(tǒng)輻射光譜和大氣吸收帶 1 1、地球、地球大氣系統(tǒng)輻射光譜大氣系統(tǒng)輻射光譜 地球地球大氣系統(tǒng)發(fā)出的輻射主要是紅外輻射。對于大氣系統(tǒng)發(fā)出的輻射主要是紅外輻射。對于2.52.5 m m的紅外波段，物體的比輻射率近似等于的紅外波段，物體的比輻射率近似等于1 1，近似，近似黑體，由黑體定律計算黑體，由黑體定律計

50、算地球地球大氣系統(tǒng)平均溫度。大氣系統(tǒng)平均溫度。 如果如果到達地球并被其吸收的太陽輻射為到達地球并被其吸收的太陽輻射為 r rS S行星平均反照率，行星平均反照率，R R地球半徑，地球半徑，s s0 0太陽常數(shù)。地球大氣太陽常數(shù)。地球大氣吸收這些輻射后全部轉化為紅外輻射向外空發(fā)射，其出射吸收這些輻射后全部轉化為紅外輻射向外空發(fā)射，其出射度為度為4)1 (4)1 (0202srRsRrMss（1-rS）R2s0 由由斯蒂芬斯蒂芬- -波爾茲曼定律（波爾茲曼定律（M=M= T T4 4），）， r rS S =0.28=0.28， s s0 0=1353=1353瓦瓦米米-2-2， =5.67=5.

51、67 1010-8-8瓦瓦米米-4 -4 開開-4-4代入，得代入，得KsrTs2561067. 541353)28. 01 (4)1 (4/184/10 接近實際大氣的平均溫度，可以把地球接近實際大氣的平均溫度，可以把地球- -大氣系統(tǒng)近大氣系統(tǒng)近似看作平均溫度為似看作平均溫度為256K256K的黑體。的黑體。 地球地球大氣系統(tǒng)發(fā)出的輻射能的大氣系統(tǒng)發(fā)出的輻射能的95%95%集中在集中在4120 4120 m m的波段，最大輻射波長約在的波段，最大輻射波長約在10 10 m m附近。在附近。在35 35 m m與太陽與太陽輻射光譜有重疊。輻射光譜有重疊。 2、大氣對、大氣對地球地球- -大氣

52、輻射的吸收大氣輻射的吸收 地球地球- -大氣輻射能在大氣中傳輸時，受大氣吸收和散射的影響但當大氣輻射能在大氣中傳輸時，受大氣吸收和散射的影響但當 m時，雷利散射很小，忽略。所以造成時，雷利散射很小，忽略。所以造成地球地球- -大氣輻射能衰減的主要原因是大氣輻射能衰減的主要原因是大氣氣體的吸收。大氣氣體的吸收。表表3-1 大氣氣體的吸收譜帶大氣氣體的吸收譜帶 大氣吸收帶與大氣窗：大氣吸收帶與大氣窗：通過大氣的太陽輻射或地球通過大氣的太陽輻射或地球- -大氣輻大氣輻射將被大氣中的某些氣體射將被大氣中的某些氣體所吸所吸3、大氣窗和大氣吸收帶、大氣窗和大氣吸收帶收收，這些吸收隨波長變化很大，這些吸收隨

53、波長變化很大，在某些波段吸收很強，在另，在某些波段吸收很強，在另一些波段段吸收很弱或沒有吸一些波段段吸收很弱或沒有吸收。這些氣體對大氣的太陽輻收。這些氣體對大氣的太陽輻射或地球大氣輻射吸收很強的射或地球大氣輻射吸收很強的光譜波段就稱為這種氣體的吸光譜波段就稱為這種氣體的吸收帶；大氣中所有氣體在哪些收帶；大氣中所有氣體在哪些吸收很弱或沒有吸收的光譜波吸收很弱或沒有吸收的光譜波段稱為大氣窗（因為這些波段段稱為大氣窗（因為這些波段的輻射可以象光通過窗戶那樣的輻射可以象光通過窗戶那樣透過大氣）。透過大氣）。表表3-2 3-2 大氣窗區(qū)大氣窗區(qū) 輻射與大氣和地表之間的相互作用表現(xiàn)為輻射的發(fā)輻射與大氣和地

54、表之間的相互作用表現(xiàn)為輻射的發(fā)射、吸收和反射，這為衛(wèi)星遙感地表和大氣提供了大量射、吸收和反射，這為衛(wèi)星遙感地表和大氣提供了大量的信息。例如衛(wèi)星在大氣窗區(qū)波段可以測量地面、云層的信息。例如衛(wèi)星在大氣窗區(qū)波段可以測量地面、云層反射或發(fā)射的輻射，從而可以得到地表、云面的反射特反射或發(fā)射的輻射，從而可以得到地表、云面的反射特性或溫度分布；衛(wèi)星在吸收帶測量，可以得到大氣溫度性或溫度分布；衛(wèi)星在吸收帶測量，可以得到大氣溫度和成分。和成分。 根據(jù)測量的目的，衛(wèi)星選擇不同的波長間隔進行測根據(jù)測量的目的，衛(wèi)星選擇不同的波長間隔進行測量，這種波長間隔稱做通道。為更多地獲取地面、云層量，這種波長間隔稱做通道。為更多

55、地獲取地面、云層和大氣信息，目前衛(wèi)星測量使用的通道很多。和大氣信息，目前衛(wèi)星測量使用的通道很多。 四四. 大氣窗和大氣吸收帶在遙感中的應用大氣窗和大氣吸收帶在遙感中的應用 表表3-3 衛(wèi)星測量使用的通道衛(wèi)星測量使用的通道第三節(jié)第三節(jié) 輻射在大氣中的傳輸和衛(wèi)星接收到的輻射輻射在大氣中的傳輸和衛(wèi)星接收到的輻射一一. .紅外輻射在大氣中的傳輸方程紅外輻射在大氣中的傳輸方程 1 1、輻射在介質中的傳輸、輻射在介質中的傳輸 在紅外波段，散射輻射很在紅外波段，散射輻射很小，可忽略。小，可忽略。 （1 1）小氣柱吸收的輻射）小氣柱吸收的輻射 dLdL 1 1 因介質吸收引起輻射因介質吸收引起輻射的改變量，的

56、改變量，k k （z z） 質量吸收質量吸收系數(shù)，系數(shù)， （z z）吸收介質的密度）吸收介質的密度。實驗證明輻射的改變量與入。實驗證明輻射的改變量與入射輻射強度和介質密度成正比。射輻射強度和介質密度成正比。 圖圖3-9 小氣柱介質輻射小氣柱介質輻射dzzzLzkzdL)()()()(1 （2 2）小氣柱發(fā)射的輻射）小氣柱發(fā)射的輻射 dLdL 2 2因介質發(fā)射引起輻射的改變量，因介質發(fā)射引起輻射的改變量，j j （z z）介質）介質的質量發(fā)射率。在局地地熱力平衡條件下的質量發(fā)射率。在局地地熱力平衡條件下j=kj=k B B （T T） 總的輻射的改變量總的輻射的改變量或或B B （T T）普朗克

57、輻射，）普朗克輻射，T T小氣柱溫度小氣柱溫度。dzzzjzdL)()()(2dzzTBzkzdL)()()()(2dzzzkTBzLdL)()()()()()()()(zzkTBzLdzdL 2 2、分層平行大氣中的輻射傳輸和紅外輻射在大氣中、分層平行大氣中的輻射傳輸和紅外輻射在大氣中的傳輸方程的傳輸方程假定大氣是水平平行均勻分層的，假定大氣是水平平行均勻分層的，Z為垂直方向，在為垂直方向，在任意方向任意方向I的輻射傳輸方程的輻射傳輸方程圖圖3-10 平行大氣中輻射傳輸平行大氣中輻射傳輸dIzI地面dzzzkzTBzLzdLsec)()()(),(),(式中式中dL （z， ）是天）是天頂角

58、為頂角為 方向上方向上dz氣層氣層內輻射的改變量。內輻射的改變量。使用氣象上習慣的使用氣象上習慣的P坐標，根據(jù)靜力方程坐標，根據(jù)靜力方程 Z干空氣密度，干空氣密度，g重力加速度，重力加速度， （z）z高度空氣密度高度空氣密度gdzdpz/ dpgpqdpzdzzz dpgpqpkpTBpLpdLsec)()(),(),(q（p）空氣混合比）空氣混合比不難看出此式一階線性常微分方程。不難看出此式一階線性常微分方程。 令令ppdpkpqgp0)()(secexp,)()()(sec),(ppkpqgdppd其導數(shù)為其導數(shù)為 將以上二式代入上面一階線性常微分方程，并采用將以上二式代入上面一階線性常微

59、分方程，并采用縮寫符號，得縮寫符號，得 dL+LddL+Ld =d=d（L L ）=Bd=Bd 注意注意 ，L L是是 ，p p， 的函數(shù)，對上式從地面到任一高度的函數(shù)，對上式從地面到任一高度（p p0 0 p p）積分得）積分得 pPpdpdpdpTBppLppL0),()(),()(,00 0000),()(),(PspdpdpdpTBppTBL式中式中 T T（P P0 0）地面溫度；）地面溫度； s s 地面發(fā)射率地面發(fā)射率； （ ，P P0 0） 方向從地面到大氣頂?shù)耐高^率；方向從地面到大氣頂?shù)耐高^率； B B TT（P P ） 是是P P 高度上溫度為高度上溫度為T T（P P ）

60、的普朗克輻射；）的普朗克輻射； （P P ， ）是）是 方向從方向從P P 到大氣頂?shù)耐高^率。到大氣頂?shù)耐高^率。 此式就是衛(wèi)星在紅外波段接收地氣系統(tǒng)發(fā)射輻射的表達式，即紅此式就是衛(wèi)星在紅外波段接收地氣系統(tǒng)發(fā)射輻射的表達式，即紅外輻射在大氣中的傳輸方程。外輻射在大氣中的傳輸方程。 由于在熱力平衡條件下有由于在熱力平衡條件下有L L （ P P0 0）= = S S B B TT（P P0 0） ，且當且當P P0 0時時 （P P， ）1 1，故上式可寫成，故上式可寫成 3、紅外輻射大氣中的傳輸方程的物理意義、紅外輻射大氣中的傳輸方程的物理意義和衛(wèi)星接和衛(wèi)星接 收到的輻射收到的輻射。 在紅外波段