第一章 遙感原理-2016

1、佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 第一章第一章 遙感原理及基礎(chǔ)遙感原理及基礎(chǔ) 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 內(nèi)容內(nèi)容 n1 1 遙感的物理基礎(chǔ)遙感的物理基礎(chǔ) n2 2 遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感技術(shù)系統(tǒng) n3 3 遙感數(shù)據(jù)源遙感數(shù)據(jù)源 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1 1 遙感的物理基礎(chǔ)遙感的物理基礎(chǔ) n內(nèi)容內(nèi)容 q1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 q1.2 1.2 表征電磁輻射的物理量表征電磁輻射的物理量 q1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 q1.4 1.4 大氣對電磁

2、輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 q1.5 1.5 地物的波譜特征地物的波譜特征 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波的產(chǎn)生機理電磁波的產(chǎn)生機理 q粒子（電子、原子、分子等）發(fā)生能級躍遷時產(chǎn)生粒子（電子、原子、分子等）發(fā)生能級躍遷時產(chǎn)生 的，到當(dāng)粒子從較高能級躍遷到較低能級時發(fā)射電的，到當(dāng)粒子從較高能級躍遷到較低能級時發(fā)射電 磁波；反之，吸收電磁波磁波；反之，吸收電磁波 q不同的粒子，發(fā)生不同的能級躍遷，產(chǎn)生不同能量，不同的粒子，發(fā)生不同的能級躍遷，產(chǎn)生不同能量， 也就是不同波長的電磁波。也就是不同波長的電磁波

3、。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波的產(chǎn)生機理電磁波的產(chǎn)生機理 n原子光譜原子光譜 n分子光譜分子光譜 n晶體光譜晶體光譜 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波的產(chǎn)生機理電磁波的產(chǎn)生機理 n原子光譜原子光譜 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波的產(chǎn)生機理電磁波的產(chǎn)生機理 n分子光譜分子光譜 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境

4、與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 HH O O H H O H H =2.738m =2.663m 不同的振動方式，產(chǎn)生不同波長的光子不同的振動方式，產(chǎn)生不同波長的光子 水蒸汽分子鍵長不同變化產(chǎn)生不同的水蒸汽分子鍵長不同變化產(chǎn)生不同的 部分振動光譜：部分振動光譜： =6.270m 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波的產(chǎn)生機理電磁波的產(chǎn)生機理 n晶體光譜晶體光譜 q晶體中的吸收與發(fā)射光譜遠比原子與分子復(fù)雜，晶體中的吸收與發(fā)射光譜遠比原子與分子復(fù)雜， 產(chǎn)生的是連續(xù)光譜，其光譜范圍大約在紅外區(qū)產(chǎn)生的是連續(xù)光譜，其光譜范圍

5、大約在紅外區(qū) 330m330m。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生 內(nèi)部狀態(tài) 能量（ev） 相應(yīng)的電磁波 原子核內(nèi)部的相互作用 內(nèi)層電子的電離作用 外層電子的電離作用 外層電子的激發(fā) 分子振動，晶格振動 分子旋轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn) 電子自旋和磁場相互作用 層磁場的相互作用 107105 104102 1024 41 110-5 10-410-5 同上 10-7 線 X 線 紫外線 可見光 紅外線 微波 微波 米波 單位 1 ev（電子伏）的能量 = 1.6021910-19J 1 ev（電子伏）的光

6、的波長 = 1.23985m 表表 1-1 物質(zhì)的內(nèi)部狀態(tài)變化和電磁能量的關(guān)系物質(zhì)的內(nèi)部狀態(tài)變化和電磁能量的關(guān)系 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波譜：電磁波譜： q將各種電磁波按其波長的（頻率）大小，依次排列將各種電磁波按其波長的（頻率）大小，依次排列 成圖表，這個圖表就叫電磁波譜。成圖表，這個圖表就叫電磁波譜。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n電磁波譜的劃分電磁波譜的劃分 0.36nm 0.36nm 0.36nm 0.3

7、6nm 0.38um 0.38nm0.76um 0.36nm 0.36nm 0.36nm 0.36nm 0.38um 0.38nm0.76um 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n遙感中常用遙感中常用 電磁波電磁波 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n遙感中常用電磁波段的特性遙感中常用電磁波段的特性 q紫外線紫外線 n波長波長 0.010.38 um 0.010.38 um 。波長小于。波長小于0.280.28微米的紫外線，被臭氧層微米

8、的紫外線，被臭氧層 及其它成份吸收。只有波長及其它成份吸收。只有波長0.280.380.280.38的紫外線，能部分穿地的紫外線，能部分穿地 大氣層，但散射嚴重，只有部分投射到地面，并使感光材料所大氣層，但散射嚴重，只有部分投射到地面，并使感光材料所 感應(yīng)，可作為遙感工作波段，稱為攝影紫外?，F(xiàn)已開始用于監(jiān)感應(yīng)，可作為遙感工作波段，稱為攝影紫外?，F(xiàn)已開始用于監(jiān) 測氣體污染及水體的油污染。測氣體污染及水體的油污染。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n遙感中常用電磁波段的特性遙感中常用電磁波段的特性 q可見光可見光 波

9、長波長0.380.76um0.380.76um n是人眼可見，可以用棱鏡分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫是人眼可見，可以用棱鏡分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫 七種色光七種色光; ; n能透過大氣層；能透過大氣層； n地面物體對七色光多具有其特征的反射和吸收特性地面物體對七色光多具有其特征的反射和吸收特性, ,故信息量最故信息量最 大；大； n可以用攝影、掃描等各種方式成像，是遙感最常用的波段?？梢杂脭z影、掃描等各種方式成像，是遙感最常用的波段。 n可見光波段的遙感技術(shù)最成熟，但仍然有很大潛力。當(dāng)前分辨可見光波段的遙感技術(shù)最成熟，但仍然有很大潛力。當(dāng)前分辨 能力最好的遙感資料，仍然是在可見光波

10、段內(nèi)。能力最好的遙感資料，仍然是在可見光波段內(nèi)。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n遙感中常用電磁波段的特性遙感中常用電磁波段的特性 q近紅外波段（近紅外波段（0.763um0.763um） n會被地表層反射太陽的紅外輻射，故又稱會被地表層反射太陽的紅外輻射，故又稱反射紅外反射紅外。 n其中靠近可見光紅光的其中靠近可見光紅光的0.761.30.761.3波段可使膠片感光，故此波段波段可使膠片感光，故此波段 又稱又稱攝影紅外攝影紅外。 q中遠紅外（中遠紅外（315um315um） n地表物體發(fā)射的紅外線，故稱地表物

11、體發(fā)射的紅外線，故稱熱紅外熱紅外。熱紅外只能用掃描方式，。熱紅外只能用掃描方式， 經(jīng)過光電信號的轉(zhuǎn)換才能成象。經(jīng)過光電信號的轉(zhuǎn)換才能成象。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.1 1.1 電磁輻射原理電磁輻射原理 n遙感中常用電磁波段的特性遙感中常用電磁波段的特性 q微波微波 n能穿透云霧和一定厚度的植被、冰層和土壤，可獲得其它波段能穿透云霧和一定厚度的植被、冰層和土壤，可獲得其它波段 無法獲得的信息；無法獲得的信息； n具有全天候、全天時的工作能力；具有全天候、全天時的工作能力； n可以主動和被動方式成像?？梢灾鲃雍捅粍臃绞匠上?。 n因此在遙感技術(shù)上是

12、很有潛力的一個波段因此在遙感技術(shù)上是很有潛力的一個波段 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.2 1.2 表征電磁輻射的物理量表征電磁輻射的物理量 n輻射能量輻射能量Q Q q電磁波是有能量的，電磁輻射源以電磁波形式向外電磁波是有能量的，電磁輻射源以電磁波形式向外 傳送能量，常用傳送能量，常用Q Q表示，單位為焦（表示，單位為焦（J J）。）。 n輻射通量輻射通量 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.2 1.2 表征電磁輻射的物理量表征電磁輻射的物理量 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐

13、丹徐丹 1.2 1.2 表征電磁輻射的物理量表征電磁輻射的物理量 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 n立體角立體角 q一個錐面所圍成的空間部分稱為一個錐面所圍成的空間部分稱為“立體角立體角”。 q定義為：所攔截的球面積定義為：所攔截的球面積與半徑與半徑r r的平方之比的平方之比, , 用用表示，單位為球面度表示，單位為球面度(sr)(sr)。 可寫為：可寫為： = /r = /r2 2 一個球形空間的立體角為一個球形空間的立體角為44 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.2 1.2 表征電磁輻射的物理量表征電磁輻射的

14、物理量 點輻射源點輻射源 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.2 1.2 表征電磁輻射的物理量表征電磁輻射的物理量 輻射能量輻射能量Q 輻射通量輻射通量 除以時間t 對于點狀地物對于面狀地物 輻射通量密度輻射通量密度 面點 除以面積除以立體角 輻射強度輻射強度I 出射面接受面 輻出度輻出度M輻照度輻照度E 某個方向的輻射強度（除 以立體角和投影面積） 輻射亮度輻射亮度L 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.2 1.2 表征電磁輻射的物理量表征電磁輻射的物理量 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程

15、學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n電磁輻射的基礎(chǔ)電磁輻射的基礎(chǔ)物體的熱輻射物體的熱輻射 q自然界中一切物體，當(dāng)溫度高于絕對零度（自然界中一切物體，當(dāng)溫度高于絕對零度（-273-273）時，）時， 都會不斷向四周空間輻射電磁波，這種現(xiàn)象稱為都會不斷向四周空間輻射電磁波，這種現(xiàn)象稱為熱輻射熱輻射。 q熱輻射能量的大小及波長分布取決于物體本身的溫度。熱輻射能量的大小及波長分布取決于物體本身的溫度。 n吸收系數(shù)吸收系數(shù) n物體吸收電磁輻射能量與入射總電磁輻射能量之比。物體吸收電磁輻射能量與入射總電磁輻射能量之比。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹

16、徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n黑體黑體 q任何溫度、頻率和波長條件下吸收系數(shù)恒等于任何溫度、頻率和波長條件下吸收系數(shù)恒等于1 1的物體的物體 稱為稱為“絕對黑體絕對黑體”，簡稱，簡稱黑體黑體。 n灰體灰體 q各波長吸收率近似為一小于各波長吸收率近似為一小于1 1的的常數(shù)常數(shù)的物體的物體 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n黑體的輻射規(guī)律黑體的輻射規(guī)律 q斯特藩斯特藩- -波爾茲曼（波爾茲曼（Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann）定律）定律 q維恩位移定律維恩位移定律 q基爾霍

17、夫定律基爾霍夫定律 q一般物體的輻射規(guī)律與黑體輻射規(guī)律相似，因此通一般物體的輻射規(guī)律與黑體輻射規(guī)律相似，因此通 過黑體的輻射規(guī)律可推論出一般物體的輻射規(guī)律過黑體的輻射規(guī)律可推論出一般物體的輻射規(guī)律 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n斯特藩斯特藩- -波爾茲曼（波爾茲曼（Stefan-BoltzmannStefan-Boltzmann）定律）定律 qM(T)M(T)為黑體表面發(fā)射的總能量，即總輻射出射度；為黑體表面發(fā)射的總能量，即總輻射出射度；為斯為斯- - 波常數(shù)；波常數(shù)；T T為發(fā)射體的熱力學(xué)溫度，即黑體溫度。為發(fā)

18、射體的熱力學(xué)溫度，即黑體溫度。 q此式表明，絕對黑體表面上，單位面積發(fā)出的此式表明，絕對黑體表面上，單位面積發(fā)出的總輻射能與絕總輻射能與絕 對溫度的四次方成正比對溫度的四次方成正比 q對于對于一般物體也可用一般物體也可用上式概略推算出總輻射能與絕對溫度的上式概略推算出總輻射能與絕對溫度的 關(guān)系關(guān)系 4 )(TTM 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n斯特藩斯特藩- -波爾茲曼定律波爾茲曼定律 q曲線以下的面積相當(dāng)于總曲線以下的面積相當(dāng)于總 輻射出射度輻射出射度M M q輻射溫度越高，發(fā)射的輻輻射溫度越高，發(fā)射的輻 射總

19、量越大射總量越大 q不同溫度的黑體輻射曲線不同溫度的黑體輻射曲線 相似相似 q曲線的能量峰值分布隨著曲線的能量峰值分布隨著 溫度的升高，向短波方向溫度的升高，向短波方向 移動移動 圖圖1.1 不同溫度黑體輻射波譜曲線不同溫度黑體輻射波譜曲線 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n維恩位移定律維恩位移定律 max max=A/T =A/T（A A為常數(shù)）為常數(shù)） qmax max為輻射強度最大的波長，單位為 為輻射強度最大的波長，單位為um; Aum; A為常數(shù)；為常數(shù)； T T為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 q該定律表明該定律

20、表明：黑體的絕對溫度增高時，它輻射能最大的：黑體的絕對溫度增高時，它輻射能最大的 波段向波段向短波短波方向移動。（一般物體也有相似性質(zhì)）方向移動。（一般物體也有相似性質(zhì)） q據(jù)此可對特定的目標選擇紅外遙感的最佳波段。據(jù)此可對特定的目標選擇紅外遙感的最佳波段。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n基爾霍夫定律基爾霍夫定律 q在任一給定的溫度和波長條件下，任何物體的在任一給定的溫度和波長條件下，任何物體的輻射出射度輻射出射度和吸和吸 收系數(shù)之比收系數(shù)之比是一個常數(shù)是一個常數(shù)，并且等于同一溫度波長下，絕對黑體，并且等于同一溫

21、度波長下，絕對黑體 的輻射出射度的輻射出射度 q 為黑體在給定的溫度和波長條件下的輻射出射度；為黑體在給定的溫度和波長條件下的輻射出射度； 為任意物體在任一給定的溫度和波長條件下的輻射出射度；為任意物體在任一給定的溫度和波長條件下的輻射出射度； 為物體的吸收系數(shù)為物體的吸收系數(shù) ),( ),( ),( M M b ),( b M),(M ),( 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n定義物體的輻射能力與黑體輻射能力之比為定義物體的輻射能力與黑體輻射能力之比為 物體的物體的比輻射率比輻射率或或發(fā)射率發(fā)射率，即：，即： ),

22、( ),( ),( b M M Te n故有：故有： ),(),(TaTe n即即物體的吸收率就是它的發(fā)射率物體的吸收率就是它的發(fā)射率 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n基爾霍夫定律基爾霍夫定律 n該定律表明：該定律表明： q一個好的吸收體也是一個好的發(fā)射體。一個好的吸收體也是一個好的發(fā)射體。 q溫度相同的兩物體，對于某波長的的輻射，如果甲比乙吸溫度相同的兩物體，對于某波長的的輻射，如果甲比乙吸 收得多，則甲比乙發(fā)射得也多收得多，則甲比乙發(fā)射得也多 q物體不吸收某波長的輻射，也就不發(fā)射該波長的輻射物體不吸收某波長的輻

23、射，也就不發(fā)射該波長的輻射 q一般物體的熱輻射出射度小于同溫度的絕對黑體的輻射出一般物體的熱輻射出射度小于同溫度的絕對黑體的輻射出 射度射度 ),().,(),(TMaTM b 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n電磁輻射源電磁輻射源 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n太陽太陽 q是地球環(huán)境中，最強大天然電磁輻射源，是當(dāng)前航天、是地球環(huán)境中，最強大天然電磁輻射源，是當(dāng)前航天、 航空可見光及近紅外遙感的航空可見光及近紅外遙感的主要輻射源主要輻射

24、源 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n太陽輻射太陽輻射 圖圖1.2 地球表面的太陽輻照度曲線地球表面的太陽輻照度曲線 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n太陽輻射太陽輻射 q太陽常數(shù)太陽常數(shù) n定義：定義：指大氣層頂部平均日指大氣層頂部平均日地距離處，垂直于太地距離處，垂直于太 陽入射光線的單位面積上，單位時間內(nèi)接收到的太陽入射光線的單位面積上，單位時間內(nèi)接收到的太 陽輻射的總能量。陽輻射的總能量。 n即大氣層外太陽輻射在全波段的總能量即大氣

25、層外太陽輻射在全波段的總能量 n為為1352w/m1352w/m2 2 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n太陽輻射太陽輻射 q太陽輻照度太陽輻照度 n太陽輻射能（太陽常數(shù)）是在平均日地距離的情況下測得，太陽輻射能（太陽常數(shù)）是在平均日地距離的情況下測得， 故任一時刻的太陽輻射能故任一時刻的太陽輻射能需考慮日地距離的變化需考慮日地距離的變化 n任一時刻的大氣層外接收到的太陽輻照能量均要考慮日地任一時刻的大氣層外接收到的太陽輻照能量均要考慮日地 距離的變化，并與太陽天頂角有關(guān)距離的變化，并與太陽天頂角有關(guān) 佛山科技學(xué)院環(huán)

26、境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n太陽輻射太陽輻射 q太陽輻照度太陽輻照度 n任一時刻大氣層外太陽輻照度：任一時刻大氣層外太陽輻照度： E = EE = E0 0 （r r0 0/r/r）2 2 cos cos E E0 0：太陽常數(shù)：太陽常數(shù) ： 太陽天頂角太陽天頂角 r r0 0：日地平均距離：日地平均距離 r r：日地距離：日地距離 日地距離因子日地距離因子d = r/rd = r/r0 0 ：可從天文年歷中查出：可從天文年歷中查出 E 0 E 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3

27、1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n地球輻射地球輻射 q是目前熱紅外遙感的主要輻射源是目前熱紅外遙感的主要輻射源 q能量集中在遠能量集中在遠紅外和中紅外譜段，峰值在紅外和中紅外譜段，峰值在9.79.7處，大部處，大部 分集中在分集中在8-14um8-14um的范圍內(nèi)。這是由于地球表面平均溫度的范圍內(nèi)。這是由于地球表面平均溫度 約約27270 0C C，接近（不超過），接近（不超過）3003000 0K K，故為，故為3003000 0K K黑體光譜曲黑體光譜曲 線所包圍。線所包圍。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n地球

28、輻射地球輻射 q與太陽輻射的關(guān)系與太陽輻射的關(guān)系 n波長波長0.3-3um0.3-3um，主要是反，主要是反 射太陽輻射能，地球熱輻射射太陽輻射能，地球熱輻射 可忽略不計。可忽略不計。 n波長波長3-6um3-6um中紅外波段太陽與地球輻射均不能忽略中紅外波段太陽與地球輻射均不能忽略. .作該波段的作該波段的 紅外遙感時，常選擇在清晨時分，經(jīng)減少太陽輻射影響紅外遙感時，常選擇在清晨時分，經(jīng)減少太陽輻射影響 n波長波長6um6um，主要是地球表面的熱輻射，主要是地球表面的熱輻射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n人工輻

29、射源人工輻射源 q微波微波 n用于主動遙感之中，輻射源直接安裝在傳感器里，產(chǎn)生所用于主動遙感之中，輻射源直接安裝在傳感器里，產(chǎn)生所 需波長和功率的電磁輻射。如側(cè)視雷達系統(tǒng)中心微波脈沖需波長和功率的電磁輻射。如側(cè)視雷達系統(tǒng)中心微波脈沖 發(fā)生器，激光雷達中使用的脈沖輸出激光器等發(fā)生器，激光雷達中使用的脈沖輸出激光器等 n全天候工作全天候工作 n對某些地物具有特殊的波譜特征對某些地物具有特殊的波譜特征 n具有一定穿透能力：具有一定穿透能力：如3.2cm的微波束可穿透4000m厚的云層， 只衰減1dB，大氣影響可忽略不計，可穿透干沙土幾十米，可穿 透冰層上百米。如：撒哈拉沙漠幾十米下的古大陸，微波遙感

30、 時發(fā)現(xiàn)。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.3 1.3 電磁輻射源電磁輻射源 n人工輻射源人工輻射源 q激光激光 n短波可至短波可至0.24um0.24um以下，長波可達以下，長波可達1000um1000um，以至微波以至微波 n光的方向性好：光細、發(fā)散面非常小、產(chǎn)生極高分辨率圖光的方向性好：光細、發(fā)散面非常小、產(chǎn)生極高分辨率圖 像像 n高亮度：可比太陽亮度高幾十億倍高亮度：可比太陽亮度高幾十億倍 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣成分大氣成分 ，

31、N2 78.084% 不變成份 O2 20.946% CO2、A5及其它稀有氣體 1% 水（氣態(tài)） （H2O） 水（液態(tài)、固態(tài)） (H2O） 可變成份 臭氧 O3 塵埃、工業(yè)污染 鹽粒、陸地塵埃、碳粒、氨氣、 一氧化碳、硫化氫、氧化硫等。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣成分大氣成分 q按照粒子大小有：按照粒子大小有： n氣體（分子）氣體（分子） n氣溶膠：氣溶膠：大氣中懸浮的大量固態(tài)和液態(tài)微粒，包括灰塵、大氣中懸浮的大量固態(tài)和液態(tài)微粒，包括灰塵、 煙塵、鹽晶、水晶和水滴等，直徑為煙塵、鹽晶

32、、水晶和水滴等，直徑為0.01-30 um0.01-30 um，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為 氣溶膠氣溶膠 n大于大于30um30um的顆粒會發(fā)生沉降作用，慢慢降落至地面的顆粒會發(fā)生沉降作用，慢慢降落至地面 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 大氣及其大氣及其 它成份反它成份反 射：射：30% 大氣吸收：大氣吸收： 17% 大氣大氣 散射：散射： 22% 到達地面到達地面: 31% 地地 球球 太陽太陽 大大 氣氣 層層 電磁輻射從太陽到達電磁輻射從太陽到達 地球表面的過程中，地球表面的過程中， 大氣在其中的作用大

33、氣在其中的作用 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣對電磁輻射的影響主要有：大氣對電磁輻射的影響主要有： q大氣散射大氣散射 q大氣吸收大氣吸收 q大氣反射大氣反射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣散射大氣散射 q大氣散射主要是大氣中的粒子對電磁波的散射大氣散射主要是大氣中的粒子對電磁波的散射 q散射的性質(zhì)和強度取決于微粒的散射的性質(zhì)和強度取決于微粒的半徑半徑r r與與電磁波長電磁波長 兩者之

34、間兩者之間 的關(guān)系的關(guān)系 q引入比例因子引入比例因子x x=2x x=2 r r/ / 式中：式中：r r微粒半徑；微粒半徑； 電磁波的長電磁波的長 X X 稱散射稱散射尺度參數(shù)尺度參數(shù)，其值大小決定了散射的性質(zhì)：，其值大小決定了散射的性質(zhì)： X 0.1 X 0.1 瑞利散射瑞利散射 0.1 X 3 0.1 X 3 X 3 無選擇散射無選擇散射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣散射大氣散射 q瑞利散射瑞利散射 n發(fā)生該散射的情況發(fā)生該散射的情況：X 0.1X 0.1，即，即“粒子直徑粒子直徑

35、r r 入射電磁波波長入射電磁波波長 ” n發(fā)生散射的粒子發(fā)生散射的粒子：氣體分子（如氧氣、氮氣等對可見光的：氣體分子（如氧氣、氮氣等對可見光的 散射）散射） n散射強度散射強度：與：與4次方成反比，波長越短，散射越強次方成反比，波長越短，散射越強 n散射方向散射方向：前向散射（散射方向與入射方向夾角小于：前向散射（散射方向與入射方向夾角小于9090） = = 后向散射強度后向散射強度 前向散射前向散射 = 后向散射后向散射 入射光 后向 散射 前向 散射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣散

36、射大氣散射 q米氏散射米氏散射 n發(fā)生該散射的情況發(fā)生該散射的情況：0.1 x 30.1 x 后向散射強度后向散射強度 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣散射大氣散射 q無選擇性散射無選擇性散射 n發(fā)生散射的情況發(fā)生散射的情況：x 3x 3，即，即“散射的粒子直徑散射的粒子直徑r r 入射入射 電磁波波長電磁波波長” n發(fā)生無選擇性散射的粒子發(fā)生無選擇性散射的粒子：云、霧、水滴、塵埃等：云、霧、水滴、塵埃等 n散射強度散射強度：與波長無關(guān)，同等的散射所有可見光、近紅外：與波長無關(guān)，同等的散射所

37、有可見光、近紅外 波段波段 n散射方向散射方向：向前散射向前散射，前向散射，前向散射 后向散射后向散射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣散射大氣散射 q大氣散射的影響大氣散射的影響 n降低了太陽光直射的強度降低了太陽光直射的強度 n改變了太陽輻射的方向改變了太陽輻射的方向 n產(chǎn)生了漫反射的天空散射光（又叫天空光），從而增強了產(chǎn)生了漫反射的天空散射光（又叫天空光），從而增強了 地面的輻照和大氣層本身的地面的輻照和大氣層本身的“亮度亮度” n降低圖像質(zhì)量及空間信息的表達能力降低圖像質(zhì)量及空間信息

38、的表達能力 地表地表 散射散射 天空光天空光 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣吸收大氣吸收 q概念概念：輻射能在氣體中傳輸，一部分輻射能會輻射能在氣體中傳輸，一部分輻射能會被氣體被氣體 吸收成變?yōu)闅怏w內(nèi)能吸收成變?yōu)闅怏w內(nèi)能，使傳輸?shù)妮椛淠芟魅酰@一現(xiàn)象，使傳輸?shù)妮椛淠芟魅酰@一現(xiàn)象 稱為大氣吸收。稱為大氣吸收。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣吸收大氣吸收 q大氣主要氣體及相應(yīng)吸收帶大氣主

39、要氣體及相應(yīng)吸收帶 n水汽吸收帶：水汽吸收帶：對太陽輻射的吸收作用最為顯著，范圍很廣，但對太陽輻射的吸收作用最為顯著，范圍很廣，但 集中在紅外波段，其中集中在紅外波段，其中0.7-3.0um0.7-3.0um波段是強吸收帶波段是強吸收帶 n氧和臭氧吸收帶：氧和臭氧吸收帶：氧的吸收帶主要在氧的吸收帶主要在0.176-0.202um0.176-0.202um和和0.242-0.242- 0.260um0.260um，在，在0.69-0.76um0.69-0.76um也有一狹小的吸收帶。臭氧對也有一狹小的吸收帶。臭氧對0.28um0.28um 以下的短波光能全部吸收。以下的短波光能全部吸收。 n二氧

40、化碳吸收帶二氧化碳吸收帶：主要發(fā)生在大于：主要發(fā)生在大于2um2um的紅外區(qū)內(nèi)的紅外區(qū)內(nèi)。 n水滴和塵埃水滴和塵埃：吸收的范圍較寬，但主要吸收：吸收的范圍較寬，但主要吸收0.7-3um0.7-3um的紅外線。的紅外線。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣吸收大氣吸收 q大氣主要氣體及相應(yīng)吸收帶大氣主要氣體及相應(yīng)吸收帶 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣反射大氣反射 q主要是云層反射主要是云層反

41、射 q云層厚度大于云層厚度大于50m50m時，反射量達時，反射量達50%50%以上，厚度為以上，厚度為 500m500m時，反射量超過時，反射量超過80%80% q另外，大氣層中直徑大于另外，大氣層中直徑大于1010-6 -6m m的其它微粒也會產(chǎn)生 的其它微粒也會產(chǎn)生 反射作用反射作用 q故對地球溫度有調(diào)節(jié)作用故對地球溫度有調(diào)節(jié)作用 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣衰減大氣衰減 q消光消光：電磁波在大氣中傳播時，因大氣的吸收和散：電磁波在大氣中傳播時，因大氣的吸收和散 射作用，強度減弱，由

42、此引起的電磁波強度的衰減射作用，強度減弱，由此引起的電磁波強度的衰減 叫叫消光消光。 q若太陽輻照度為若太陽輻照度為E，大氣路徑為，大氣路徑為x，則穿過該大氣路，則穿過該大氣路 徑經(jīng)大氣衰減后的輻照度徑經(jīng)大氣衰減后的輻照度E為為 E= Ee-kx p大氣透過率大氣透過率T： T =e-kx k為衰減系數(shù)（消光系數(shù)）為衰減系數(shù)（消光系數(shù)） kx為光學(xué)厚度為光學(xué)厚度 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣窗口大氣窗口 q大氣窗口大氣窗口：電磁輻射在大氣傳輸過程中損耗比較小，透射率：電磁輻射在大氣傳輸過

43、程中損耗比較小，透射率 較高的波段較高的波段 q目前用于遙感的大氣窗口目前用于遙感的大氣窗口: : n0.3-1.3um0.3-1.3um：包括全部可見光、部分紫外和攝影紅外：包括全部可見光、部分紫外和攝影紅外 波段。應(yīng)用范圍廣，可采用攝影、掃描等方式成像。波段。應(yīng)用范圍廣，可采用攝影、掃描等方式成像。 n1.5-2.5um1.5-2.5um：屬近紅外波段，掃描方式成像。：屬近紅外波段，掃描方式成像。 n3.5-5.5um3.5-5.5um：屬中紅外波段，白天或黑夜都可用，掃：屬中紅外波段，白天或黑夜都可用，掃 描方式成像。描方式成像。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程

44、學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n大氣窗口大氣窗口 q目前用于遙感的大氣窗口目前用于遙感的大氣窗口: : n8-14um8-14um：屬遠紅外（熱紅外）波段，在熱輻射波段：屬遠紅外（熱紅外）波段，在熱輻射波段 范圍內(nèi)，可采用掃描或紅外輻射計檢測，白天、黑范圍內(nèi)，可采用掃描或紅外輻射計檢測，白天、黑 夜都能成像夜都能成像 n大于大于1.4mm1.4mm：屬微波段，不受大氣干擾，采用雷達成：屬微波段，不受大氣干擾，采用雷達成 像或微波輻射計檢測，可全天候工作像或微波輻射計檢測，可全天候工作 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹

45、徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n地球表面的入射能量地球表面的入射能量 q在大氣散射和地物反射的影響下，地表入射的太陽在大氣散射和地物反射的影響下，地表入射的太陽 能發(fā)生再分配。使自然地表任一點的入射光由三部能發(fā)生再分配。使自然地表任一點的入射光由三部 分組成：分組成： n太陽直射光太陽直射光 n天空光（漫射光或天空散射光）天空光（漫射光或天空散射光） n周圍地物反射光周圍地物反射光 地表地表 散射散射 天空光天空光 周圍 更高 地物 太陽直射光太陽直射光 地物地物 反射反射 光光 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4

46、1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n地球表面的入射能量地球表面的入射能量 q太陽直射光的特點太陽直射光的特點 n太陽光穿過大氣，直接入射到地面的部分。太陽光穿過大氣，直接入射到地面的部分。 n為平行光，有明確的方向性為平行光，有明確的方向性 n其強度取決于大氣層外太陽輻射強度、大氣透過率和入其強度取決于大氣層外太陽輻射強度、大氣透過率和入 射天頂角射天頂角 cosT r r EE 2 0 0 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n地球表面的入射能量地球表面的入射能量 q天空光（漫射光或

47、天空散射光）的特點天空光（漫射光或天空散射光）的特點 n大氣中粒子發(fā)生散射發(fā)出的光大氣中粒子發(fā)生散射發(fā)出的光 n來自上半球空間來自上半球空間 n其強度取決于大氣狀況。晴朗天氣，天空光弱；多云或陰其強度取決于大氣狀況。晴朗天氣，天空光弱；多云或陰 天，天空光強天，天空光強 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.4 1.4 大氣對電磁輻射的影響大氣對電磁輻射的影響 n地球表面的入射能量地球表面的入射能量 q周圍地物反射光的特點周圍地物反射光的特點 n為周圍地物反射光為周圍地物反射光 n與周圍地形、周圍地物反射率有關(guān)與周圍地形、周圍地物反射率有關(guān) n山區(qū)，特別是

48、當(dāng)周圍地物有較高的反射率時，周圍地物反山區(qū)，特別是當(dāng)周圍地物有較高的反射率時，周圍地物反 射光較強；平地，該部分入射光可以忽略射光較強；平地，該部分入射光可以忽略 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5 1.5 地物的波譜特征地物的波譜特征 n1.5.1 1.5.1 波譜特征波譜特征 n1.5.2 1.5.2 電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制 n1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 n1.5.4 1.5.4 幾種典型地物的反射波譜特征幾種典型地物的反射波譜特征 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化

49、學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.1 1.5.1 波譜特征波譜特征 n波譜特征波譜特征 q概念：物體會反射和發(fā)射電磁波，其本領(lǐng)隨波長的概念：物體會反射和發(fā)射電磁波，其本領(lǐng)隨波長的 改變而改變的特性，稱地物的波譜特征改變而改變的特性，稱地物的波譜特征 q波譜信息是其他一切遙感信息的基礎(chǔ)波譜信息是其他一切遙感信息的基礎(chǔ) 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.2 1.5.2 電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制 n光的吸收與發(fā)射光的吸收與發(fā)射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.2 1.5.2 電磁輻射產(chǎn)生的微

50、觀機制電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制 n反射反射 q物體內(nèi)部粒子物體內(nèi)部粒子吸收光子吸收光子后，由基態(tài)后，由基態(tài)躍遷躍遷為激發(fā)態(tài)，通常為激發(fā)態(tài)，通常 粒子的這種激發(fā)態(tài)極短，約粒子的這種激發(fā)態(tài)極短，約1010-8 -8秒，之后隨 秒，之后隨發(fā)射與吸收發(fā)射與吸收 頻率相同的光子頻率相同的光子后，粒子又恢復(fù)原來的能量狀態(tài)，溫度后，粒子又恢復(fù)原來的能量狀態(tài)，溫度 并無變化，這個過程就是反射，即并無變化，這個過程就是反射，即 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.2 1.5.2 電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制 n吸收吸收 q有些激發(fā)態(tài)的壽命特別長，稱亞穩(wěn)定

51、態(tài)，粒子吸收光子有些激發(fā)態(tài)的壽命特別長，稱亞穩(wěn)定態(tài)，粒子吸收光子 進入這些激發(fā)態(tài)后并非立即發(fā)出光子而向下躍遷，而是進入這些激發(fā)態(tài)后并非立即發(fā)出光子而向下躍遷，而是 滯留一段時間，這段時間物體內(nèi)部的能量增加，溫度上滯留一段時間，這段時間物體內(nèi)部的能量增加，溫度上 升。這個過程就是吸收。升。這個過程就是吸收。 n透射透射 q如果入射光子能量與物理內(nèi)部所有粒子的能級差都不同，如果入射光子能量與物理內(nèi)部所有粒子的能級差都不同， 那么入射光將不會被粒子吸收，而發(fā)生透射。那么入射光將不會被粒子吸收，而發(fā)生透射。 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.2 1.5.2

52、 電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制 n熒光效應(yīng)熒光效應(yīng) q某些物質(zhì)中的粒子（電子）在基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間有一個某些物質(zhì)中的粒子（電子）在基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間有一個 （或多個）（或多個）亞穩(wěn)定態(tài)亞穩(wěn)定態(tài)，吸收光子進入激發(fā)態(tài)后，可以以，吸收光子進入激發(fā)態(tài)后，可以以 級聯(lián)方式躍遷回基態(tài)，因而可以吸收某一波長的能量，級聯(lián)方式躍遷回基態(tài)，因而可以吸收某一波長的能量， 再了出另一不同波的光子。這就是熒光效應(yīng)。再了出另一不同波的光子。這就是熒光效應(yīng)。 q如螢石、紅寶石等。如螢石、紅寶石等。 q實際當(dāng)中經(jīng)常用紫外光進行熒光效應(yīng)的應(yīng)用實際當(dāng)中經(jīng)常用紫外光進行熒光效應(yīng)的應(yīng)用 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山

53、科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.2 1.5.2 電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制電磁輻射產(chǎn)生的微觀機制 n熒光效應(yīng)熒光效應(yīng) 紫外光 照射下 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 n概念概念 q電磁輻射射到物體上有三個分量：反射、吸收和透射，各電磁輻射射到物體上有三個分量：反射、吸收和透射，各 分量大小取決于物體性質(zhì)。分量大小取決于物體性質(zhì)。 q吸收率吸收率 q透射率透射率 入射能量 吸收能量 入射能量 透射能量 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.

54、5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 n概念概念 q反照率反照率 q反照率、透射率、吸收率三者之和為反照率、透射率、吸收率三者之和為1 1 q自然界中，大部分物體是不透明的，則有：自然界中，大部分物體是不透明的，則有： q高反照率的物體是弱發(fā)射體，同時也說明對絕大部分地物，高反照率的物體是弱發(fā)射體，同時也說明對絕大部分地物， 只要測定其只要測定其反照率就可以推算其發(fā)射率反照率就可以推算其發(fā)射率 入射能量 反射能量 1 1 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 n反

55、照率與反射率的區(qū)別反照率與反射率的區(qū)別 q反照率（反照率（spectral albedospectral albedo）：對某一表面而言總的反射輻）：對某一表面而言總的反射輻 射通量與入射輻射通量之比。射通量與入射輻射通量之比。 n全波段的反射全波段的反射 n向半球方向的反射向半球方向的反射 q反射率反射率(reflectance):(reflectance):對某波段向一定方向的反射對某波段向一定方向的反射 入射能量入射能量 反射能量反射能量 E L R 入射能量 方向反射能量 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其

56、量度地物的反射波譜及其量度 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 n界面起伏高度相對入射電磁波波長很小時產(chǎn)生界面起伏高度相對入射電磁波波長很小時產(chǎn)生 n反射的電磁波具有方向性，即反射角反射的電磁波具有方向性，即反射角= =入射角入射角 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度

57、地物的反射波譜及其量度 n界面起伏高度相對入射波波長而言較大（即界面很粗糙）時發(fā)界面起伏高度相對入射波波長而言較大（即界面很粗糙）時發(fā) 生，電磁波被向各方面均勻反射出去，各方向上反射的亮度值生，電磁波被向各方面均勻反射出去，各方向上反射的亮度值 是一樣的是一樣的 n發(fā)生漫反射的物體叫發(fā)生漫反射的物體叫朗伯體朗伯體 q混合反射混合反射 n介于鏡面反射和漫反射之間的反射，自然界地物大多屬于這種介于鏡面反射和漫反射之間的反射，自然界地物大多屬于這種 反射反射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度

58、鏡面反射鏡面反射 漫反射漫反射 混合反射混合反射 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 n地物反射波譜的測量地物反射波譜的測量 q方法方法 n采用采用0.350.352.5um2.5um的光譜儀（光輻射計）來測量，測定的方法的光譜儀（光輻射計）來測量，測定的方法 是將地物與已知反射率的白板（標準板）相比較，求出地物反是將地物與已知反射率的白板（標準板）相比較，求出地物反 射率射率R R L L 所所測地物反射輻亮度；測地物反射輻亮度；R R0 0 白板反射率（已知白板反射率（已知) ) ；

59、L L0 0 所所測白板反射輻亮度；測白板反射輻亮度； 0 0 R L L R 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.3 1.5.3 地物的反射波譜及其量度地物的反射波譜及其量度 n地物反射波譜的測量地物反射波譜的測量 q方式方式 n室內(nèi)測量室內(nèi)測量 q將樣品拿到實驗室測量，結(jié)果精度高，但不反映實際狀態(tài)將樣品拿到實驗室測量，結(jié)果精度高，但不反映實際狀態(tài) n野外測量野外測量 q將儀器拿到實地測量，結(jié)果較反映地物自然狀態(tài)的波譜特征將儀器拿到實地測量，結(jié)果較反映地物自然狀態(tài)的波譜特征 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 野

60、外光譜測量實驗野外光譜測量實驗 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 野外光譜測量實驗野外光譜測量實驗 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.4 1.5.4 幾種典型地物的波譜特征幾種典型地物的波譜特征 n水體的波譜特征（清潔的深水）水體的波譜特征（清潔的深水） 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.4 1.5.4 幾種典型地物的波譜特征幾種典型地物的波譜特征 n植被的波譜特征植被的波譜特征 佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院佛山科技學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 徐丹徐丹 1.5.4 1