遙感應(yīng)用原理與技術(shù)講稿遙感原理y

遙感應(yīng)用原理與技術(shù)講稿遙感原理y本章提要1、電磁波與電磁波譜2、地物的光譜特性3、地球大氣及其傳輸特性4、典型地物的光譜曲線第2頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波原理2.1.1電磁波的性質(zhì)：交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。第3頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)電磁波（electromagneticwave)：在真空或物質(zhì)中通過電磁場(chǎng)的振動(dòng)而傳輸電磁能量的波。光波、熱輻射、微波、無線電波等都是由振源發(fā)出的電磁振蕩在空間的傳播。電磁波是通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互聯(lián)系傳播的。根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，空間任何一處只要存在著場(chǎng)，也就存在著能量，變化著的電場(chǎng)能夠在它的周圍激起磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又會(huì)在它的周圍感應(yīng)出變化的電場(chǎng)。這樣，交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是相互激發(fā)并向外傳播，閉合的電力線和磁力線就象鏈條一樣，一個(gè)接一個(gè)地套連著，在空間傳播開來，形成了電磁波。第4頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)電磁波的傳輸可以從麥克斯韋方程式中推導(dǎo)出。1864年，J.C.Maxwell提出電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)方程：

rotE=-

B/

trotH=-

D/

t+IdivD=

divB=0

E—電場(chǎng)，H—磁場(chǎng)，D—電通密度，B—磁通密度，

—電荷密度，i—電流密度，t—時(shí)間。第5頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)電磁波具有波動(dòng)性和粒子性兩種性質(zhì)。（1）波動(dòng)性電磁波是一種伴隨電場(chǎng)和磁場(chǎng)的橫波，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振動(dòng)方向是相互垂直的，且垂直于波的傳播方向。電磁波的波長(zhǎng)

（wavelength)和頻率

（frequency)及速度v有如下關(guān)系：

＝v／

電磁波在真空中以光速c(=2.998×108m／sec）傳播，在大氣中以接近于真空中光速的速度傳播。頻率

是一秒鐘內(nèi)傳播的波的次數(shù)，用赫茲（Hz）作單位。第6頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)光的波動(dòng)性形成了光的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。A干涉：干涉現(xiàn)象的基本原理是波的疊加原理。一列波在空間傳播時(shí)，在空間的每一點(diǎn)都引起振動(dòng)，當(dāng)兩列波在同一空間傳播時(shí)，空間各點(diǎn)的振動(dòng)就是各列波單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)的疊加合成。第7頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)B衍射：光線偏離直線路徑的現(xiàn)象稱為光的衍射。夫朗和費(fèi)衍射裝置的單縫衍射實(shí)驗(yàn)，可以觀察到衍射現(xiàn)象。在入射光垂直于單縫平面時(shí)的單縫衍射圖樣中，可以看到中央有特別明亮的亮紋，兩側(cè)對(duì)稱地排列著一些強(qiáng)度較小的亮紋。第8頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)C偏振：電磁波是橫波，由兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)矢量即電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度H來表征。而E和H都與電磁波的傳播方向相垂直，光是電磁波的特例。在光波中，產(chǎn)生感光作用和生理作用的是電場(chǎng)強(qiáng)度E，因此，將E稱為光矢量，E的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。如果光矢量E在一個(gè)固定平面內(nèi)只沿一個(gè)固定方向作振動(dòng)，則這種光稱為偏振光，和振動(dòng)方向相垂直且包含傳播方向的面稱偏振面。偏振在微波技術(shù)中被稱為“極化”第9頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)（2）粒子性粒子性是指電磁波是由密集的光子微粒組成的，電磁輻射實(shí)際上是光子微粒流的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，波是光子微粒流的宏觀統(tǒng)計(jì)平均狀態(tài)，而粒子是波的微觀量子化。電磁輻射在傳播過程中，主要表現(xiàn)為波動(dòng)性；當(dāng)電磁輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，主要表現(xiàn)為粒子性，這就是波粒二象性。當(dāng)把電磁波作為粒子對(duì)待時(shí)，又叫光子（photo)或光量子，其能量E由下式給出：

E=h

式中h為普朗克常量，

為振動(dòng)次數(shù)（＝頻率）第10頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.1電磁波的性質(zhì)電磁波的四要素，即頻率（或波長(zhǎng)）、傳播方向（transmissiondirection)、振幅（amplitude)及偏振面(planeofpolarization）。振幅表示電場(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。從目標(biāo)物體中輻射的電磁波的能量叫輻射能。包含電場(chǎng)方向的平面叫偏振面，偏振面的方向一定的情況叫直線偏振。第11頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜第12頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.2電磁波的產(chǎn)生一切物質(zhì)都會(huì)發(fā)射、吸收、透射和輻射電磁波，不同性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的電磁波。電磁波波長(zhǎng)尤其與物質(zhì)的原子能級(jí)、分子能級(jí)和固體能帶直接有關(guān)。1、原子光譜原子中核外電子的排布遵循最低能量原理，一般電子處于最低能級(jí)，稱為基態(tài)，當(dāng)外界供應(yīng)能量，使電子躍遷到高能級(jí)位置，即處于激發(fā)態(tài)，但激發(fā)態(tài)極不穩(wěn)定，大約只有10-8秒就要跳回基態(tài)，從激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)就會(huì)發(fā)出光子而發(fā)光。第13頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2、分子光譜分子是由一個(gè)以上的原子結(jié)合成穩(wěn)定的最小實(shí)體，在分子中原子與原子之間靠化學(xué)鍵結(jié)合，因此分子內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)比原子內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)復(fù)雜得多，除了電子躍遷外，還有分子內(nèi)原子的振動(dòng)與整個(gè)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)。第14頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜3、晶體光譜在晶體中原子按著一定的規(guī)則聚集在一起，在三維空間中形成各種晶格，晶格在三維空間中周期性地重復(fù)排列，形成晶體，晶體種類達(dá)14種。晶體中的吸收與發(fā)射光譜遠(yuǎn)比原子與分子復(fù)雜，產(chǎn)生的是連續(xù)光譜，其光譜范圍大約在紅外區(qū)3-30μm。第15頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.3電磁波譜實(shí)驗(yàn)證明，

射線、

射線、紫外線（Ultaviolet=UV）、可見光（visiblelight）、紅外線（infrared=IR）、微波、無線電波等都是電磁波，只是波源不同，波長(zhǎng)（頻率）也各不相同。將各種電磁波在真空中的波長(zhǎng)（頻率）按其長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫做電磁波譜。波長(zhǎng)越短，電磁波的粒子性越強(qiáng)，直線性、指向性也越強(qiáng)。紅外線的各波段的名稱及其波長(zhǎng)范圍以及微波（

microwave）的波長(zhǎng)范圍根據(jù)使用者的需要而有所不同，不是固定的。這里只是表示在遙感中一般所使用的名稱和波長(zhǎng)范圍。第16頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜2.1.3電磁波譜第17頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜遙感中常用的各光譜段的主要特征如下：紫外線：0.01—0.4

m，太陽(yáng)輻射含有紫外線，通過大氣層時(shí)，波長(zhǎng)小于0.3

m的紫外線幾乎都被吸收，只有0.3—0.4

m波長(zhǎng)的紫外線部分能夠穿過大氣層，且能量很小。主要用于探測(cè)碳酸鹽巖的分布。碳酸鹽巖在0.4

m以下的短波區(qū)域?qū)ψ贤饩€的反射比其它類型的巖石強(qiáng)。也用于油污染的監(jiān)測(cè)。因?yàn)樗嫫〉挠湍け戎車娣瓷涞淖贤饩€要強(qiáng)烈。由于大氣層中臭氧對(duì)紫外線的強(qiáng)烈吸收和散射作用，通常探測(cè)高度在2000米以下。第18頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜可見光：是遙感中最常用的波段。盡管大氣對(duì)它也有一定的吸收和散射作用，它仍是遙感成像所使用的主要波段之一。在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特性，不同地物在此波段的圖象易于區(qū)分。第19頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜紅外：0.76—1000

m。劃分為：近紅外（0.76—3.0

m）、中紅外（3.0—6.0

m）、遠(yuǎn)紅外（6.0—15.0

m）和超遠(yuǎn)紅外（15—1000

m）。近紅外與可見光相似，又稱光紅外。中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外是產(chǎn)生熱感的原因，所以稱為熱紅外。物體在常溫范圍內(nèi)發(fā)射紅外線的波長(zhǎng)多在3—40

m之間，而15

m以上的超遠(yuǎn)紅外易被大氣和水分子吸收。在遙感中主要利用3—15

m波段，更多的是利用3—5

m和8—14

m。紅外遙感是采用熱感應(yīng)方式探測(cè)地物本身的輻射（如熱污染、火山、森林火災(zāi)等），所以不僅白天可以進(jìn)行，夜間也可進(jìn)行，能進(jìn)行全天時(shí)遙感。第20頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.1電磁波與電磁波譜微波:1mm—1m。分為：毫米波、厘米波和分米波。微波輻射和紅外輻射都具有熱輻射性質(zhì)。由于微波的波長(zhǎng)比可見光、紅外線要長(zhǎng)，能穿透云、霧而不受天氣影響，所以能進(jìn)行全天時(shí)全天候的遙感探測(cè)。微波遙感可以采用主動(dòng)或被動(dòng)方式成像，另外，微波對(duì)某些物質(zhì)具有一定的穿透能力，能直接透過植被、冰雪、土壤等表層覆蓋物。第21頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性地物的光譜特性是遙感技術(shù)的重要理論依據(jù)，因?yàn)樗葹閭鞲衅鞴ぷ鞑ǘ蔚倪x擇提供依據(jù)，又是遙感數(shù)據(jù)正確分析和判讀的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也作為利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字圖像處理和分類時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間特性主要是反映在不同時(shí)期被測(cè)地物光譜特性的變化。而地物間空間特性的明顯差異，主要是由被測(cè)地物的光譜特性差異所造成。第22頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性自然界任何地物都具有其自身的電磁輻射規(guī)律，如具有反射、吸收外來的紫外線、可見光、紅外線和微波的某些特性；它們又都具有發(fā)射某些紅外線、微波的特性，少數(shù)地物還具有透射電磁波的特性，這些特性稱為地物的輻射特性。電磁波輻射到任何一個(gè)物體上均會(huì)產(chǎn)生三個(gè)分量，即反射、吸收和透射。三分量之和等于入射電磁波的總能量，但三分量各占多少則取決于物體的性質(zhì)。衡量物體的反射、吸收和透射能力通常采用反射率、吸收率及透射率。第23頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性反射率：即指物體反射電磁波的能量與入射電磁波的總能量之比，以

表示：

=反射能量/入射總能量透射率：它反映物體對(duì)外來電磁波的透射能力，定義為物體透射電磁波的能量與入射能量之比，以

表示：

=透射能量/入射總能量吸收率：

=吸收能量/入射總能量

+

+

=1對(duì)于不透明的地物，

=0，上式可寫成：

=1-

第24頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.1地物的反射輻射（一）反射率和亮度系數(shù)物體反射電磁波的性能通常用“反射率”或者“亮度系數(shù)”表示。地物反射率的大小，與入射光的波長(zhǎng)、入射角的大小以及地物表面顏色和粗糙度等有關(guān)。一般來說，反射入射光能力強(qiáng)的地物，反射率大，傳感器記錄的亮度值就大，在像片上呈現(xiàn)的色調(diào)就淺；反之則深。這些色調(diào)的差異是遙感圖象目視解譯的重要標(biāo)志。亮度系數(shù)是指在相同光照條件下，物體的亮度值與標(biāo)準(zhǔn)反射面（常為硫酸鋇板）的亮度值的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。第25頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.1地物的反射輻射（二）鏡面反射、漫反射與方向反射鏡面反射漫反射方向反射第26頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性方向反射介于漫反射與鏡面反射之間，它在各向都有反射但亮度L不是常數(shù)，而是在某個(gè)方向上的反射比其它方向強(qiáng)。從空間對(duì)地面觀察時(shí)，對(duì)于平坦地區(qū)，并且地面物體均勻分布，可以看成漫反射；對(duì)于地形起伏和地面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)，為方向反射。第27頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性地物表面之所以產(chǎn)生這三種反射形式，主要與地物表面的光滑程度有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)，通常把地物表面分為光滑和粗糙兩大類。瑞利準(zhǔn)則指出：如果兩條光線入射到某地物的表面上，其反射光線的相位差小于/2弧度，則該表面被認(rèn)為是光滑的。第28頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.1地物的反射輻射（三）地物的反射光譜曲線地物的反射率隨入射波長(zhǎng)變化的規(guī)律，叫作反射光譜。按地物反射率與波長(zhǎng)之間關(guān)系繪制曲線圖（橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)值，縱坐標(biāo)為反射率）稱為地物反射光譜曲線。

第29頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天第30頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天第31頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天第32頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性從所給的地物反射光譜曲線可以看出：1、不同地物對(duì)太陽(yáng)的電磁輻射具有不同的波譜反射曲線，若測(cè)定了該地區(qū)內(nèi)各種地物的波譜反射曲線，就有可能應(yīng)用這些波譜曲線數(shù)據(jù)從遙感圖像上識(shí)別該地區(qū)內(nèi)的地物。2、同一類地物例如植被，它們的波譜曲線雖然形狀相似，但在某些光譜段內(nèi)它們的光譜反射率差別較大，利用這些差異，就有可能判別一些同類不同種的地物。3、同一種地物的波譜曲線，由于測(cè)試的時(shí)間、季節(jié)以及作物長(zhǎng)勢(shì)、濕度等各種因素的影響，也會(huì)產(chǎn)生較大的差異，因此在測(cè)量各種地物的波譜特性時(shí)，地面測(cè)量與空中遙感要在同一地區(qū)、同一時(shí)期內(nèi)進(jìn)行。第33頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性（四）影響地物反射率變化的因素地物的光譜反射率與入射電磁波在各波段處的輻射通量及相應(yīng)的發(fā)射通量有關(guān)，也就是與入射通量和地物本身性質(zhì)有關(guān)。而很多因素會(huì)引起入射通量及地物性質(zhì)的變化，如太陽(yáng)位置、傳感器位置、地理位置、地形、季節(jié)、氣候變化、地面濕度變化、地物本身的變異、大氣形狀等。第34頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性（1）太陽(yáng)位置：太陽(yáng)高度角和方位角高度角不同，太陽(yáng)輻射經(jīng)大氣層到達(dá)地物所經(jīng)過的路徑不同，傳遞過程中的變量損失與路徑有關(guān)。方位角不同，太陽(yáng)光線在地物表面的入射角不同，也會(huì)引起地物反射能量的變化。第35頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）含水量第36頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.2地物的發(fā)射輻射根據(jù)近代物理學(xué)的基本理論，任何物質(zhì)的溫度大于絕對(duì)零度時(shí)組成物質(zhì)的原子、分子等微粒在不停地做熱運(yùn)動(dòng)，都有向周圍空間輻射紅外線和微波的能力。通常地物發(fā)射電磁輻射的能力是以發(fā)射率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。地物的發(fā)射率以黑體輻射為基準(zhǔn)。第37頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.2地物的發(fā)射輻射（一）黑體輻射物體不斷輻射具有能量和光譜分布的電磁波，而這種能量又依物體的反射率和溫度而變化。由于這種輻射依賴于溫度，因而叫做熱輻射。由于熱輻射因構(gòu)成物體的物質(zhì)及條件不同而變化。所以確定了以黑體（blackbody）為基準(zhǔn)的熱輻射的定量法則。

第38頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性（一）黑體輻射黑體是指入射的全部電磁波被完全吸收，既無反射也沒有透射的物體。根據(jù)基爾霍夫的輻射定律（kirchhoff’slawofradiation），處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的物體所發(fā)射的能量與吸收的能量之比與物體本身無關(guān)，僅與波長(zhǎng)和溫度有關(guān)，所以，黑體是在一定溫度下，比其它任何物體的輻射能量都要大的物體，也叫完全輻射體。黑體輻射（blackbodyradiation）是指黑體的熱輻射，它是在一切方向上都均等的輻射。其輻射亮度是溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)，用普朗克的輻射定律（plank’slawofradiation）表示。第39頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.2地物的發(fā)射輻射（二）一般地物的發(fā)射輻射在遙感中，當(dāng)觀測(cè)熱輻射的溫度時(shí)，由于通常觀測(cè)的物體不是黑體，所以必須使用發(fā)射率（emissity）進(jìn)行修正。對(duì)于某一波長(zhǎng)來說，發(fā)射率定義如下：發(fā)射率=觀測(cè)物體的輻射能量

與觀測(cè)物體同溫的黑體的輻射能量發(fā)射率隨物質(zhì)的介電常數(shù)、表面的粗糙度、溫度、波長(zhǎng)、觀測(cè)方向等條件變化，取0到1之間的值。第40頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性根據(jù)發(fā)射本領(lǐng)的變化規(guī)律，把物體一般分為三種類型：（1）黑體（2）灰體（greybody）：發(fā)射率與波長(zhǎng)無關(guān)的物體（3）選擇性輻射體：發(fā)射率依波長(zhǎng)而變化的物體第41頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性（1）一切物體只要它不是處在絕對(duì)零度，總是不斷地發(fā)射輻射。（2）物體的溫度愈高，發(fā)射出射度就愈大，而最大發(fā)射出射度的最大波長(zhǎng)就愈向短波方向移動(dòng)。（3）當(dāng)溫度一定時(shí)，每一種物體都有自己固定的發(fā)射率。同樣的物體不同的溫度其也是有差異的。第42頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.3地物的透射特性有些地物（如水和冰），具有透射一定波長(zhǎng)的電磁波能力，通常把這些地物叫做透明地物。地物的透射能力一般用透射率表示。透射率就是入射光透射過地物的能量與入射總能量的百分比，用

表示。地物的透射率隨著電磁波的波長(zhǎng)和地物的性質(zhì)而不同。例如水體對(duì)0.45—0.56

m的藍(lán)綠光波具有一定的透射能力，較渾濁水體的透射深度為1—2m，一般水體的透射深度可達(dá)10—20m。又如，波長(zhǎng)大于1mm的微波對(duì)冰體具有透射能力。第43頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.3地物的透射特性一般情況下，絕大多數(shù)地物對(duì)可見光都沒有透射能力。紅外線只對(duì)具有半導(dǎo)體特征的地物，才有一定的透射能力。微波對(duì)地物具有明顯的透射能力，這種透射能力主要由入射波的波長(zhǎng)而定。因此，在遙感技術(shù)中，可以根據(jù)它們的特性，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽硖綔y(cè)水下、冰下某些地物的信息。第44頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性2.2.4太陽(yáng)電磁輻射太陽(yáng)輻射是地球上生物、地球大氣運(yùn)動(dòng)的能源，也是被動(dòng)式遙感系統(tǒng)中主要的輻射源。太陽(yáng)送到地球的能量約估計(jì)為17.3

1016J/s。太陽(yáng)可以被看作是近似5762K的黑體。太陽(yáng)輻射主要集中在0.3—3.0

m，最大輻射強(qiáng)度位于波長(zhǎng)0.47

m左右。由于太陽(yáng)輻射總能量的46%集中在0.4—0.76

m之間的可見光波段，所以太陽(yáng)輻射一般稱為短波輻射。第45頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性太陽(yáng)輻射以電磁波的形式，通過宇宙空間到達(dá)地球表面（約1.5

108km），全程時(shí)間500秒。地球擋在太陽(yáng)輻射的路徑上，每天以半個(gè)球面承受太陽(yáng)輻射。在地球表面上各部分承受太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度是不相同的，當(dāng)太陽(yáng)至地球的距離處于平均距離（平均日—地距離為1.495985

108KM)時(shí)，太陽(yáng)輻射到達(dá)地球大氣的上界，輻射通量密度約為1.95W/cm2

min，該數(shù)值稱為太陽(yáng)常數(shù)。第46頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性一般來說，垂直于太陽(yáng)輻射的地球單位面積上所受到的輻射能量與太陽(yáng)地球距離的平方成反比。太陽(yáng)常數(shù)不是恒定不變的，一年內(nèi)約有7%的變動(dòng)。太陽(yáng)輻射先通過大氣圈，然后到達(dá)地面。由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射有一定的吸收、散射和反射，所以投射在地表面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度比太陽(yáng)常數(shù)少。第47頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性太陽(yáng)輻射主要是由太陽(yáng)大氣輻射所構(gòu)成的。太陽(yáng)大氣可分為三個(gè)部分：光球?qū)?、色球?qū)雍腿彰釋?。光球?qū)樱汗馇驅(qū)邮翘?yáng)大氣的內(nèi)層，它是一個(gè)很薄的圈層，厚度約為300公里。該層是不透明的。太陽(yáng)內(nèi)部的輻射全部被光球?qū)拥奶?yáng)大氣所吸收（即吸收率

=1）。太陽(yáng)輻射的光譜是連續(xù)光譜。該光譜是由光球?qū)影l(fā)射的。光球?qū)拥臏囟茸韵露霞s為7500K至4300K。色球?qū)樱汗馇驅(qū)右陨现敝?000—8000km高度是太陽(yáng)大氣的色球?qū)?。色球?qū)拥奶?yáng)大氣是透明的，它的輻射是線狀輻射。日冕層：日冕層是太陽(yáng)大氣的最外層，它的形狀多變，厚度也不相同，一般厚度可達(dá)太陽(yáng)直徑的4—5倍。日冕層與光球?qū)酉嗨?，也是連續(xù)光譜，但它的亮度僅為色球?qū)拥那Х种?、光球?qū)拥陌偃f分之一。第48頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2地物的光譜特性綜上所述，可認(rèn)為可見光和紅外波段的太陽(yáng)輻射幾乎全部來自光球?qū)印?500埃以下的短波主要來自色球?qū)雍腿彰釋拥母邷剌椛?。無線電離子波由太陽(yáng)色球?qū)虞椛?，而米波則由日冕層輻射。太陽(yáng)輻射在射出太陽(yáng)大氣后，已有部分的輻射能量被太陽(yáng)大氣（主要是氫和氦）吸收，使太陽(yáng)輻射能量受到一部分損失。第49頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.1地球大氣在太陽(yáng)發(fā)射輻射、人工發(fā)射發(fā)射輻射和地物反射輻射的過程中，輻射都與地球大氣發(fā)生相互作用，從而地球大氣對(duì)電磁輻射有很大的影響。第50頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.1地球大氣1、大氣成分第51頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2、大氣結(jié)構(gòu)地球大氣層包圍著地球，大氣層沒有一個(gè)確切的界限，它的厚度一般取1000公里。大氣在垂直方向上可分為對(duì)流層、平流層、電離層、和大氣外層。第52頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性第53頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性太陽(yáng)輻射進(jìn)入地球之前必然通過大氣層，太陽(yáng)輻射與大氣相互作用的結(jié)果，是使能量不斷減弱。約有30%被云層和其它大氣成分反射回宇宙空間；約有17%被大氣吸收，約有22%被大氣散射；而僅有31%的太陽(yáng)輻射到達(dá)地面。其中反射作用影響最大，由于云層的反射對(duì)電磁波的各波段均有強(qiáng)烈影響，造成對(duì)遙感信息接收的嚴(yán)重障礙。第54頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性第55頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性1、大氣光學(xué)厚度某一太陽(yáng)高度角上的電磁波路程與垂直方向（地球法線方向）的路程之比。第56頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天dhdh’=dh/sin

太陽(yáng)高度與大氣路程第57頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性太陽(yáng)輻射通過大氣層的主要變化是：A太陽(yáng)輻射通過大氣層后，總輻射能量有明顯衰減，通過大氣層越厚，能量衰減越大。B太陽(yáng)輻射在短波部分能量衰減比長(zhǎng)波部分更大。C當(dāng)大氣光學(xué)厚度增加時(shí)，使最大輻射能量的波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這就是早晨和黃昏的太陽(yáng)呈橙紅色緣故。第58頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性2、大氣的吸收作用大氣中有一些成分如水蒸氣、二氧化碳、臭氧等，對(duì)電磁波譜中某些波長(zhǎng)處的電磁波能量有或多或少的吸收。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其主要的吸收帶為：第59頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性2、大氣的吸收作用臭氧主要吸收0.3

m以下的紫外區(qū)的電磁波，另外9.6

m處有弱吸收，4.75

m和14

m處的吸收更弱，已不明顯。二氧化碳主要吸收帶分別為2.60~2.80

m，其中吸收峰為2.70

m；4.10~4.45

m吸收峰在4.3

m處；9.10~10.9

m吸收峰為10.0

m；12.9~17.1

m吸收峰為14.4

m，全在紅外區(qū)。第60頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性2、大氣的吸收作用水蒸氣主要吸收帶在0.70~1.95

m間，最強(qiáng)處為1.38

m和1.87

m；2.5~3.0

m間，2.7

m處最強(qiáng)；4.8~8.7

m間，6.3

m處吸收最強(qiáng)；15

m~1mm間的超遠(yuǎn)紅外區(qū)，以及微波中0.164cm和1.348cm處。此外，氧氣對(duì)微波中0.253，0.5cm處也有吸收現(xiàn)象。另外像甲烷、氧化氮，工業(yè)集中區(qū)附近的高濃度一氧化碳、氨氣、硫化氫等都具有吸收電磁波的作用，但吸收率很低，所以可略而不計(jì)。第61頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.2大氣傳輸特性3、大氣的散射作用大氣中各種成分對(duì)太陽(yáng)輻射吸收的顯著特點(diǎn)，是吸收帶主要位于太陽(yáng)輻射的紫外和紅外區(qū)，而對(duì)可見光區(qū)基本上是透明的。但當(dāng)大氣中含有大量云、霧、小水滴時(shí)，由于大氣散射使得可見光區(qū)也變成不透明了。散射不同于吸收，它不會(huì)使大氣中各質(zhì)點(diǎn)把輻射能變成自身的內(nèi)能，而是改變傳播方向。對(duì)遙感來說，散射作用使部分輻射能由于改變輻射方向，降低了傳感器接受數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊。大氣散射集中于太陽(yáng)輻射能量較強(qiáng)的可見光區(qū)，因此，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射是太陽(yáng)輻射能衰減的主要原因。第62頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.3大氣窗口大氣層的反射、吸收和散射作用，削弱了大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的透明度。通常我們把太陽(yáng)輻射通過大氣層未被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段范圍，稱為大氣窗口。第63頁(yè),共73頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3地球大氣及其傳輸特性2.3.3大氣窗口0.3-1.3

m

這個(gè)窗口包括紫外（0.3-0.38