第二章遙感物理基礎(chǔ)

第二章遙感物理基礎(chǔ)第一頁，共三十頁，2022年，8月28日遙感基本原理地球上任何物體都在不停吸收、發(fā)射和反射信息和能量（電磁波），不同物體的電磁波特性是不同的，遙感就是根據(jù)這個(gè)原理來探測(cè)地表物體對(duì)電磁波的反射和自身發(fā)射的電磁波，來提取這些物體的信息，完成遠(yuǎn)距離識(shí)別物體。第二頁，共三十頁，2022年，8月28日基本概念第三頁，共三十頁，2022年，8月28日按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率遞增或遞減順序排列，就得到電磁波譜電磁輻射波譜第四頁，共三十頁，2022年，8月28日黑體黑體概念：實(shí)驗(yàn)室理想的熱輻射特征研究對(duì)象—物理學(xué)概念—（黑體=全吸收體）黑體是對(duì)外界輻射量完全吸收的理想物體，自然界并不存在。自然界存在著灰體，即一部分能量吸收，一部分能量反射?；殷w輻射的規(guī)律接近黑體。第五頁，共三十頁，2022年，8月28日輻射源第六頁，共三十頁，2022年，8月28日地球的輻射源地球輻射：地球表面和大氣電磁輻射的總稱。地球輻射是被動(dòng)遙感中傳遞地物信息的載體。裝載在航天航空平臺(tái)上的遙感器，接受來自地球輻射攜帶的地物信息，經(jīng)過處理形成遙感影像。

第七頁，共三十頁，2022年，8月28日被動(dòng)遙感的輻射源太陽輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在0.3～2.5um波段之間。（可見光和近紅外）地球自身熱輻射近似300K的黑體輻射，能量集中在6.0um以上的波段。（熱紅外）

第八頁，共三十頁，2022年，8月28日00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.42.62.83.0大氣上界太陽照度58000K黑體輻射海平面太陽照度太陽輻射第九頁，共三十頁，2022年，8月28日大地輻射

0~3占有0.2%3~5占有0.6%5~8占有10%8~14占有50%14~30占有30%30~100占有9%>1mm占有0.2%大地也近似可看為黑體，向外輻射能量。大地輻射能量分布為：這就是熱紅外的波段劃分的依據(jù)。注意：遙感夜晚成象可以反映地表溫度。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日在0.3～2.5um波段（主要在可見光和近紅外波段），地表以反射太陽輻射為主，地球自身的輻射可以忽略。即在該波段范圍內(nèi)，對(duì)地觀測(cè)遙感主要以太陽的短波輻射對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)和成像。在2.5～6.0um波段（主要在中紅外波段），地表反射太陽輻射和地球自身的熱輻射均為被動(dòng)遙感的輻射源。在6.0um以上的熱紅外波段，以地球自身的熱輻射為主，地表反射太陽輻射可以忽略。（熱紅外成像）

地球輻射的分段特性第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日了解地球輻射的分段特性的意義可見光和近紅外波段遙感圖像上的信息來自地物反射特性。中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。熱紅外波段遙感圖像上的信息來自地球自身的熱輻射特性。

第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日大氣能量-物質(zhì)交換作用第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日大氣電磁輻射作用大氣的成分大氣的垂直分層太陽輻射的衰減與天空輻射（1）衰減系數(shù)（2）大氣散射（3）大氣吸收（4）天空輻射第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日Re-emissionofInfraredRadiation第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日大氣的垂直分層

大氣厚度約為1000km,從地面到大氣上界，可垂直分為4層：對(duì)流層：高度在7～12km,溫度隨高度而降低，空氣明顯垂直對(duì)流，天氣變化頻繁，航空遙感主要在該層內(nèi)。上界隨緯度和季節(jié)而變化。平流層：高度在12～50km，沒有對(duì)流和天氣現(xiàn)象。底部為同溫層（航空遙感活動(dòng)層），同溫層以上為暖層，溫度由于臭氧層對(duì)紫外線的強(qiáng)吸收而逐漸升高。電離層：高度在50～1000km，大氣中的O2、N2受紫外線照射而電離，對(duì)遙感波段是透明的，是陸地衛(wèi)星活動(dòng)空間。大氣外層：800～35000km,空氣極稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒有影響。第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日大氣散射效應(yīng)

瑞利散射（Rayleigh-Scattering）

選擇性散射要求條件為微粒半徑

r<<

為散射光光強(qiáng)（IntensityofScatteringlight）為波長(zhǎng)

~由此可見，瑞利散射對(duì)紫外、紫、蘭光散射量很大，而對(duì)紅光、紅外散射量極小。這是晴朗無污染天氣天空呈蘭色的原因，也是清潔水發(fā)蘭的原因。

第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日一般灰塵、水蒸汽可滿足此條件，這種物質(zhì)在化學(xué)上有膠體的性質(zhì)，稱氣溶膠。非選擇散射致使天空呈灰白色。遙感利用這兩種散射效應(yīng)可測(cè)試大氣污染程度。米氏散射（miler-scattering）非選擇性散射，要求條件微粒半徑r>第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日大氣折射與反射折射現(xiàn)象：電磁波傳過大氣層時(shí)出現(xiàn)傳播方向的改變，大氣密度越大，折射率越大。反射現(xiàn)象：電磁波在傳播過程中，通過兩種介質(zhì)的交界面時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，反射現(xiàn)象出要出現(xiàn)在云頂（云造成的噪聲）。

第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日大氣窗口太陽輻射經(jīng)過大氣傳輸時(shí)，反射，吸收和散射共同衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分即為透過的部分。由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射，吸收和散射的，透射率較高的波段稱為大氣窗口。（對(duì)地遙感要用的部分）

第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日大氣窗口

第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日地物波譜特征第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日地物波譜：地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長(zhǎng)改變而變化的規(guī)律，稱為地表物體波譜，簡(jiǎn)稱地物波譜。地物波譜特性是電磁輻射與地物相互作用的一種表現(xiàn)。地物波譜的作用：不同類型的地物，其電磁波響應(yīng)的特性不同，因此地物波譜特征是遙感識(shí)別地物的基礎(chǔ)。

地物波譜的特性第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日地物反射波譜特征太陽輻射到達(dá)地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：到達(dá)地面的太陽輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量。一般而言，絕大多數(shù)物體對(duì)可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0.45~0.56μm的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達(dá)10～20m，清澈水體可達(dá)100m的深度。地表反射的太陽輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。

第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日地物波譜特征第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日地物波譜曲線的作用物體波譜曲線形態(tài)，反映出該地物類型在不同波段的反射率，通過測(cè)量該地物類型在不同波段的反射率，并以此與遙感傳感器所獲得的數(shù)據(jù)相對(duì)照，可以識(shí)別遙感影像中的同類地物。第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日地物波譜特性的測(cè)量可見光和近紅外波段是研究地表的主要波段?？梢姽夂徒t外地物光譜測(cè)試的作用：（1）傳感器波段的選擇、驗(yàn)證、評(píng)價(jià)；（2）建立地面、航空和航天遙感數(shù)據(jù)的定量關(guān)系；（3）地物光譜數(shù)據(jù)與地物特征的相關(guān)分析。第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日地物光譜測(cè)定第二十八頁，共三十頁，2022年，8月28日思考題結(jié)合電磁波譜以及大氣窗口的概念分析遙感應(yīng)用的電磁波波段主要有哪些第二十九頁，共三十頁，2022年，8月28日遙感應(yīng)用的電磁波波譜段

紫外線：波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μm，太陽光譜中，只