2電磁輻射與地物光譜特征.

1、2遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征本章主要內(nèi)容嚴2.1電磁波與電磁波譜廠2.2太陽輻射及大氣對輻射的影響廠2 3地球的輻射與地物波譜遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜待征右2./電磁波與電磁波譜 2. 1. 1電磁波譜 2.1.2電磁輻射的度量 2.1. 3黑體輻射二章電磁輻射與地物光譜特征4遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征右2丿電磁波及其特性1.波的概念：波是振動在空間的傳播。1IIIIIIILIIIIIIIIII Xf 2.機械波：聲波、水波和地震波3 電磁波：(ElectroMagnetic Spectrum )由振源發(fā)出的電磁振蕩在空氣中傳播。原理遙感原4.

2、電磁波:是通 幘5遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征5.電磁輻射：這種電磁能量的傳遞過程(包括輻射、吸 收、反射和透射)稱為電磁輻射。6遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征6.電磁波的特性1）電磁波是橫波2）在真空中以光速傳播3）電磁波具有波粒二象性：電磁波在傳播過 程中，主要表現(xiàn)為波動性；在與物質(zhì)相互作 用時，主要表現(xiàn)為粒子性，這就是電磁波的 波粒二象性。遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜待征7 電磁波譜：將各種電磁波在真空中的波長按其長短，依次排列制成 的圖表。在電磁波譜中， 波長最長的是無線電波， 其按波長 可分為長波、中波、短波和微波。波長最短的是圍線電磁波的波長

3、不同，是因為產(chǎn)生它的波源不同。80刁在；0T KT110* 1071浪長A/pm圖7-1遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征The Electromagnetic Spectrum卜一 紫籃綠黃紅 耿外尸詰k 紅廿線4 DJ無線遙感原Tdd MsInvisiMpInvisiblethanKddioWarr*10輻射能It（W）:電磁輻射的能量，單位：J;輻射通量?：單位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能量.R=dW/dt,單位是W；輻射通量是波長的函數(shù).總輻射通量應(yīng)該是#譜段輻射通量之和或 輻射通童的積分值.輻射通量密度（E）:單位時間內(nèi)通過單位面積的輻射能E=dp/Ds 單位是MAGS為面積

4、輻照度（I）:被輻射的物體表面單位面積上的輜射通l=d W = saT4地輸?shù)臒彷椛鋸姸扰c溫度的 B 次方成正比，所以，地暢 截小的溫度；4異就會引起紅外輻射能*的期顯支億。這 科將征構(gòu)成了紅外邁磁的理論星砒。弋2太陽輻射及大氣對輻射的影響2. 2.1太陽輻射源；常用5900K的黑體輻射來模擬；其輻射波長范圍極大；輻射能量集中-短波輻射。大氣層對太陽輻射的吸收、反射和散射。- 太陽常數(shù)：是指不受影響，在距離太陽一個 天文單位內(nèi)，垂直于太陽光輻射方向上，單位面 積單位時間黑體所接收的太陽輻射能量.太陽輕射：是可見光和近紅外的主要輻射23遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征1= 1360W/

5、m2o遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征25丄大氣層次與成分大氣的傳輸特性：大氣對電磁波的吸收.散射 和透射的特性。這種特性與波長和大氣的成分 有關(guān)。大氣的成分：多種氣體、固態(tài)和液態(tài)懸浮的微 ?；旌辖M成的。大氣物質(zhì)與太陽輻射相互作用，是太陽輻射衰 減的重要原因。地球大氣三個階段（三代）：原始大氣：氫、氮、氛地球縮小釋放出來的氣體，原子聚合反應(yīng)的產(chǎn)物。還原大氣：氮、二氧化碳、甲烷、氨、水汽地表地殼開始形成，但內(nèi)核還在作聚合反應(yīng)，放出 氣體。氧化大氣：到目前比例平衡，包括常定成分和可變成分 地球上出現(xiàn)生命，光合作用開始，產(chǎn)生氧氣，并在 離空出現(xiàn)臭氧層。大約99%的氣體在80km之下2大遙

6、感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征2427遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征大氣組成大氣垂直結(jié)構(gòu)對流層:航空遙感活 動區(qū).遙感側(cè)庫研究電 磁波在該層內(nèi)的傳輸特 性.平流層：較為微弱.中間層： 溫度隨高度增 加而遞減.熱層： 增溫層電離層。衛(wèi)星的運行空間.大氣外層：1000公里 以外的星際空間.31吋OAf遙感原29Carbon dioxide (CO2): ().033%T 濃度可變Other noble gases (Ne, He, Kr, Xe)Hydrogen (H2)Methane (CH4)溫室氣體，水稻田為主要來源l沈漳石裔Nitrous oxide (N2O)|C

7、arbon monoxide (CO)遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征28大氣組成Permanent13-17mm吸收.地衣輻射能董 被截留在大氣層內(nèi).“隨年代増加而不斷増加.5 月份最多 10 月份最少。北半球 南半球遙感原31遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征溫室效應(yīng):EARTHMoHfXJoCton toabiofbcd by the UrthSvufz worrm itATMOSPHERElofrMtd rdUtk) )nhe Greenhouse EffectSoUr rxjidtionpmct throughlheckor

8、atmosphcTSome g. eduUm brcOectcU by theLxth nd tttcMmoiphert.Some of the infrared gKXMpraei through theMmotpherr.MTW&*ortxd and re dizom bygreenhouse 93s moteorfe$Th? Xfz ol tfMblo wMm theEdrths wrtxe jnd the lower過去140年CO?的增加遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征33co2的增加導致 北冰洋及格陵蘭 冰帽的融化，洋 而上升。2100年CO2將達到550ppm,洋面上

9、升837英寸。像美 國NewOrleans和 意大利Venice這 樣的城市將被淹 沒。過去140年全球平均氣溫遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征大氣組成Gases with VariableConcentration:隨空間及時間變化明顯。Water vapour (H,O) : 04%隨溫度、氣住有劇烈變化，有很強的時空變化特性。集中在對流層下半部，隨高度增加而急劇遞減。Ozone (O3) : ()12*104Global Average Temperature遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征33吸收紫外，導致平流層增溫，有明顯的地區(qū)和季節(jié)性變化。垂直結(jié)構(gòu)也比較復雜

10、。Sulphur dioxide(SO,) , Nitrogendioxide (NO2) ,Ammonia (NH J ,Nitric oxide (NO) ,Hydrogensulphide (H2S),Nitric acid vapour(HNO3)Solid and liquid particulates:廠氣溶膠：是指懸浮于地球大氣之中具有一定穩(wěn)定性的，沉 降速度小的,尺度在103微米到10微米的液態(tài)及固態(tài)例子.氣溶膠來源：自然：火山、地面塵埃、沙暴、林火煙灰、各種酸性 粒子。人類活動：工業(yè)、交通、建筑、農(nóng)業(yè)等氣溶膠分布：對流層內(nèi)：濃度隨高度指數(shù)衰減（由于降水，不能維持 很久）平流層

11、中：穩(wěn)定類型:海洋型、大陸鄉(xiāng)村型、城市型等逼越原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征34大氣組成37遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征氣體分子能最可以不同的形式存在：平移能：由分了質(zhì)心、卜移而來的能iii：o r均的、卜移動能等FR772,k為Boltzmanns常數(shù)，T為氣體的絕對溫度。旋轉(zhuǎn)能：由分f繞穿過質(zhì)心的軸旋轉(zhuǎn)血來的能最。振動能：由組成分子的原子在其平衡位置的振動而來。Reflection, Scattering,and Aljsorptkxi ofIncoming SunlightincotiunKSolar20%ReflectedUpwar530%LosttoTop

12、ofAtmosp19%hcorhwi ingAtmos16%Absorbed byGRJSM51 %AhsorDirect RadiaUon AbsorbedRadiaUonScatteredDownwardRadiauonReflected ) IiwUiectDuvwiwaid Radiation遙感原36大氣38遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征電子能：山電子的能晴狀態(tài)的改變而來。2大氣吸收39遙感原理與應(yīng)用-第二章電磁波譜與地物光譜特征Ultraviolet Absorption由于氧和氮原子或分子的電子躍遷，追成吸收。上層大氣的氧和氮分子吸收紫外，發(fā)生光化學分裂。成為原子。

13、These atoms play an important role in the absorption of solarultraviolet radiation in the thermosphere.The photochemical dissociation of oxygen is also responsiblefor the formation of theozone layerin the stratosphere.遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征Ozone Layers對流層的臭氧吸收了人約99%的仃害的紫外輻射（波長 小J-320nm）,臭氧存在一個形成9分裂的平

14、衡，保持常數(shù)的 比例。Ojt余的吸收：（）6 47 96 14屮n2大氣吸收大氣吸收41遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征Visible RegionThere is little absorption of the electromagnetic radiation in the visiblepart of the spectrum.Infrared Absorption紅外區(qū)域的吸收山分子的旋轉(zhuǎn)和振動躍遷形成。匸耍來 自水及二氧化碳。(0.7 to 15 pm)在遠紅外區(qū)，皋木上都被人氣吸收。Microwave RegionIn the microwave region, the

15、 O2molecule has strong absorption bands atabout 2.5 and 5 mm and H2O has a band at 1.35 cm.遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征IR Absorption Bands of Water and Carbon DioxideWater Absorption Bands from 0.7 to 15 micrometers0.94 pmI.I pm1.38 pm1.87 pm2.7 pm3.2 pm2大氣吸收大氣吸收42遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征6.3 pm水汽吸收幾乎覆蓋了紅外輻射的整

16、個波段。在紅外波段連 續(xù)吸收，最強處為6.3 pm。8-14mm雖然較小，但也有連續(xù)吸 收。要測地表溫度，需作大氣訂正。2大氣吸收Carbon Dioxide Absorption Bands from 0.7 to15 micrometers1.4 pm (weak)16 pm (weak)2.0 pm (weak)2.7 pm4.3 pm4.8 pm5.2 pm 15.0 pm英中27 43 15 pm處強烈吸收T100%遙感原理與應(yīng)用第二章電磁波譜與地物光譜特征03Effect of passing through the atmosphere onsolar radiation (ac

17、cording to Valley, 1965).遙感原理與應(yīng)用-第二章越磁波齧與地靳光譜特癥2大0.8-16-0244遙感原理與應(yīng)Fig. P7: Atinosplieric window at0.40U/MFig 】 9: Atmospheric window atO.85|I?MFig. 1-13: Atmospheric window ar 2.20卩”Fig.卜 8: Atmospheric window at 0.75pm遙感原Fig.1-11:Fig. 1-10: Atmospheric window at 1 06屮川49Fig.1-14:太陽輻射在長波過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個方 向散開。改變了電磁波的傳播方向;干擾傳感器的接收；降低了遙感數(shù)強的可見光區(qū)。因此，散射是太陽 輻射衰減的主要原因。1）瑞利散射 自做粒的直徑比輻射發(fā)長小得多對，此對的散射稱為鶏利散射。” 散射率與波長的四次方成反比，因此，瑞利散射的強 度隨著波據(jù)的質(zhì)量.影像模糊，影響判