遙感的物理基礎(chǔ)-

遙感的物理基礎(chǔ)_第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二章遙感的物理基礎(chǔ)

本章主要內(nèi)容電磁波與電磁波譜地物的光譜特性大氣和環(huán)境對(duì)遙感的影響地物波譜特性的測(cè)定第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三第一節(jié)電磁波與電磁波譜電磁波及其特性電磁波譜電磁輻射源第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、電磁波及其特性波的概念：波是振動(dòng)在空間的傳播。機(jī)械波：聲波、水波和地震波電磁波（ElectroMagneticSpectrum)：電磁振動(dòng)的傳播。電磁波是在真空或物質(zhì)中通過傳播電磁場(chǎng)的振動(dòng)而傳輸電磁能量的波。電磁波通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互聯(lián)系進(jìn)行傳播電磁輻射: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。第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三電磁波四要素頻率：1秒鐘內(nèi)波的傳播次數(shù)，單位為赫茲（Hz）偏振面：包含電場(chǎng)方向的平面。偏振面的方向一定的情況叫直線偏振振幅：電場(chǎng)振動(dòng)的強(qiáng)度，振幅的平方與電磁波具有的能量大小成正比傳遞方向第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三電磁波的特性電磁波是橫波在真空中以光速傳播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(dòng)性；在與物質(zhì)相互作用時(shí)，主要表現(xiàn)為粒子性，這就是電磁波的波粒二象性。波動(dòng)性：電磁波是以波動(dòng)的形式在空間傳播的，因此具有波動(dòng)性粒子性：它是由密集的光子微粒組成的，電磁輻射的實(shí)質(zhì)是光子微粒的有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。電磁波的粒子性，使得電磁輻射的能量具有統(tǒng)計(jì)性波粒二象性的程度與電磁波的波長(zhǎng)有關(guān)：波長(zhǎng)愈短，輻射的粒子性愈明顯；波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，輻射的波動(dòng)特性愈明顯第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、電磁波譜電磁波譜：按電磁波在真空中的波長(zhǎng)長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表。

在電磁波譜中，波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是無(wú)線電波，其按波長(zhǎng)可分為長(zhǎng)波、中波、短波和微波。波長(zhǎng)最短的是γ射線

電磁波的波長(zhǎng)不同，是因?yàn)楫a(chǎn)生它的波源不同。第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三電磁波譜第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三遙感中應(yīng)用的波段第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三紫外線：波長(zhǎng)范圍為0.01～0.38μm，太陽(yáng)光譜中，只有0.3～0.38μm波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在2000m以下?？梢姽猓?.38-0.76μm，鑒別物質(zhì)特征的主要波段；是遙感最常用的波段。紅外線：0.76-1000μm。

近紅外0.76-3.0μm，（又稱光紅外或反射紅外）

中紅外3.0-6.0μm

遠(yuǎn)紅外6.0-15.0μm（中紅外和遠(yuǎn)紅外又稱熱紅外）

超遠(yuǎn)紅外15-1000μm微波：1mm-1m。全天候遙感；有主動(dòng)與被動(dòng)之分；具有穿透能力；發(fā)展?jié)摿Υ蟆?、遙感常用的電磁波波段的特性第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、電磁輻射源自然輻射源太陽(yáng)輻射：是可見光和近紅外的主要輻射源；常用5900的黑體輻射來(lái)模擬；其輻射波長(zhǎng)范圍極大；輻射能量集中-短波輻射。大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和散射。地球的電磁輻射：小于3μm的波長(zhǎng)主要是太陽(yáng)輻射的能量；大于6μm的波長(zhǎng)，主要是地物本身的熱輻射；3-6μm之間，太陽(yáng)和地球的熱輻射都要考慮。第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三SolarSpectrum=Shortwavespectrum=visiblespectrum:

Sunat6000K;peakemissionat0.5mm第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三CO2H2OO3TerrestrialSpectrum=LongwaveSpectrum=InfraredSpectrum=ThermalSpectrum:

SaharaDesertonNimbus4SatelliteTheoreticalPlanckcurves:Earth~300K,peakemission~15mm第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三EarthSpectrumIncomingfromSun:Highenergy,shortwavelengthOutgoingfromEarthLowenergyLongwavelength0.5mm10mm20mm第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三太陽(yáng)與地表輻射的電磁波譜第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三人工輻射源：主動(dòng)式遙感的輻射源。雷達(dá)探測(cè)。分為微波雷達(dá)和激光雷達(dá)。微波輻射源：0.8-30cm激光輻射源：激光雷達(dá)—測(cè)定衛(wèi)星的位置、高度、速度、測(cè)量地形等。第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.電磁輻射度量輻射能量（W）：電磁輻射的能量，單位：J；輻射通量（φ）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某一面積的輻射能量，φ=dw/dt，單位是W；輻射通量密度（E）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位面積的輻射能量，E=dφ/ds，單位為W/m2；輻照度（I）：被輻射的物體表面單位面積上的輻射通量，I=dφ/ds,單位是W/m2；輻射出射度（M）：輻射源物體表面單位面積上的輻射通量，M=dφ/ds,單位是W/m2;輻射亮度（L）：輻射源在某一方向上單位投影表面上單位立體角內(nèi)的輻射通量，L=Φ/Ω(Acosθ)，單位為W/(sr·m2)朗伯源：輻射亮度L與觀察角θ無(wú)關(guān)的輻射源，如粗糙的表面，涂有氧化鎂的表面等。太陽(yáng)常近似地被看成朗伯源。第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二節(jié)地物的光譜特性

任何地物都有自身的電磁輻射規(guī)律，如反射、發(fā)射、吸收電磁波的特性。少數(shù)還有透射電磁波的特性。地物的這種特性稱為：地物的光譜特性。第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三地物的反射率、吸收率和透射率對(duì)于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。一、地物的反射光譜特性第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三地物的反射率（反射系數(shù)或亮度系數(shù)）：地物對(duì)某一波段的反射能量與入射能量之比。反射率的值介于0到1之間。反射率隨入射波長(zhǎng)而變化。影響地物反射率大小的因素：入射電磁波的波長(zhǎng)入射角的大小地表顏色與粗糙度第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三物體的反射類型鏡面反射：是指物體的反射滿足反射定律。入射波和反射波在同一平面內(nèi)，入射角等于反射角。平靜水面的反射近似認(rèn)為是鏡面反射。漫反射：是指不論從何方向入射，雖然反射率與鏡面反射一樣，但反射方向卻是“四面八方”。其反射輻射亮度是一個(gè)常數(shù)，與方向無(wú)關(guān)，這種反射面又叫朗伯面。實(shí)際物體反射（方向反射）：多數(shù)都處于兩種模型之間，即介于鏡面和朗伯面之間。其反射輻射亮度與方向有關(guān)。第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三地物的反射波譜：地物的反射率隨入射波長(zhǎng)變化的規(guī)律。地物反射波譜曲線：根據(jù)地物反射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系而繪成的曲線。地物電磁波光譜特征的差異是遙感識(shí)別地物性質(zhì)的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差異：雪、沙漠、濕地、小麥的光譜曲線第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三植被的反射光譜特性葉綠素兩個(gè)反射峰0.55μm(綠)1.1μm(近紅外)葉綠素兩個(gè)吸收帶0.45μm(藍(lán))0.67μm(紅)水的三個(gè)吸收帶1.45μm1.95μm2.7μm第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三土壤的反射光譜曲線第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三水體的反射光譜曲線第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三巖石的反射光譜曲線第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三傳感器探測(cè)波段的設(shè)計(jì)，是通過分析比較地物光譜數(shù)據(jù)而確定的。多光譜掃描儀（MSS）的波段設(shè)計(jì)：

MSS1(0.5-0.6μm)MSS2(0.6-0.7μm)MSS3(0.7-0.8μm)MSS4(0.8-1.1μm)第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。不同植物；植物病蟲害地物的光譜特性具有時(shí)間特性和空間特性。時(shí)間特性空間特性第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三不同植物光譜曲線比較第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三植被的病蟲害第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三時(shí)間特征第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

地物發(fā)射電磁波的能力以發(fā)射率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)；地物的發(fā)射率是以黑體輻射作為參照標(biāo)準(zhǔn)。黑體：在任何溫度下，對(duì)各種波長(zhǎng)的電磁輻射的吸收系數(shù)等于1（100%）的物體。黑體輻射(BlackBodyRadiation)：黑體的熱輻射稱為黑體輻射。二、地物的發(fā)射光譜特性第三十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3、黑體輻射定律(1)普朗克熱輻射定律表示出