02第二章 遥感电磁辐射基础.ppt

学习目标： 理解电磁波与电磁波谱的概念 了解黑体辐射的特性及其与真实物体的关系 了解地球大气的基本情况，理解大气对遥感的影响 了解地物的电磁波反射、发射、散射特性 自学指导： 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特征，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。 本章重点和难点： 重点是掌握可见光、近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征，难点是大气辐射传输。 § 2.1 电磁波与电磁波谱 ☆波：振动的传播称为波。 三、电磁波谱 按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成电磁波谱。 以频率从高到低或波长从短到长排列可以划分为： γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。 遥感应用的电磁波波谱段 紫外线：波长范围为0.005～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面。水面飘浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈，因此可用于油污染的监测。但是紫外波段从空中可探测的高度大致在2000m 以下，对高空遥感不宜采用。 可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的最常用波段。 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。可以探测热辐射。 微波：波长范围为1 mm～1 m，能透过云雾而不受天气影响，也能透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物，在遥感技术中是很有发展潜力的波段。 目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。 遥感需要研究的辐射类型： 1、黑体辐射 2、太阳辐射 3、地球辐射 4、大气辐射 一、黑体辐射 黑体也称绝对黑体，是指全部吸收外来电磁辐射而毫无反射和透射能力的理想物体。恒星和太阳的辐射接近黑体辐射。 （三）实际物体的辐射 自然界中黑体辐射是不存在，一般地物辐射能量总要比黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要增加一个因子，那就是发射率（比辐射率）。 发射率ε是指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出的辐射总通量）M与同温度的黑体辐射出射度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）M黑的比值。 实际物体的发射率与其性质、表面状况（如粗糙度、颜色）有关，且是温度和波长的函数。P33,表2.2 依据发射率与波长的关系，将实际物体分为三种类型：黑体、灰体、选择性发射体。 一、太阳辐射（太阳光）太阳是被动遥感最主要的辐射源 太阳能量随波长的分布 二、地球的电磁波辐射 地球表面的平均温度约为300K，其电磁波辐射近似于该温度下的黑体辐射。 当辐射通过大气射入大气外遥感平台时，由于大气中水、二氧化碳、臭氧等对辐射的吸收，曲线显示为不平滑的折线。 进行遥感探测时： ?? 接收到波长 小于 3微米的电磁波，主要是地物反射的太阳辐射能量 ?? 接收到波长 大于 6微米的电磁波，主要是地物本身发射的热辐射能量 ?? 接收到波长 3-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑 §2.3 太阳辐射与大气的作用 一、大气结构 二、大气成分 三、大气对太阳辐射的影响（折射、反射、吸收和散射） 四、大气窗口 一、大气结构 二、大气成分 大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、水滴等组成。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 悬浮微粒：尘埃 三、大气对太阳辐射的影响 太阳辐射进入地球之前必然通过大气层，太阳辐射与大气相互作用的结果，是使能量不断减弱。约有30%被云层和其它大气成分反射回宇宙空间；约有17%被大气吸收，约有22%被大气散射；而仅有31%的太阳辐射辐射到地面。其中反射作用影响最大，由于云层的反射对电磁波各波段均有强烈影响，造成对遥感信息接受的严重障碍。 因此，被动遥感应尽量选择无云的天气接收遥感信号。目前在大多数遥感方式中，都只考虑无云天气情况下的大气吸收、散射的衰减作用。P46 （一）大气的吸收作用 （二）大气的散射作用 大气中各种成分对太阳辐射吸收的明显特点，是吸收带主要位于太阳辐射的紫外和红外区，而对可见光区基本上是透明的。但当大气中含有大量云、雾、小水滴时，由于大气散射使得可见光区也变成不透明了。 对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。 大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d λ（…） 米氏散射：d ≈λ （…） 非选择性散射：d λ （…） （三）大气窗口 2.4地物反射波谱特征 自