2020年第二章遙感物理基礎(chǔ)精品版.doc

1、精選文檔第二章遙感物理基礎(chǔ)2-l電磁波與電磁波譜一、電磁波電磁波是物體運(yùn)動(dòng)的一種形式。 電磁波、電磁波譜及其傳播規(guī)律是遙感技術(shù)產(chǎn)生的理論基礎(chǔ)。振動(dòng)的傳播成為波，電磁場(chǎng)振動(dòng)的傳播是電磁波。1 波如抖動(dòng)繩子， 繩子一端有個(gè)上下振動(dòng)的振源， 振動(dòng)向前傳播， 從整體看波峰和波谷向前運(yùn)動(dòng)， 而繩子上各點(diǎn)世紀(jì)只作上下運(yùn)動(dòng)并不向前運(yùn)動(dòng)； 水波同樣如此。 波動(dòng)是各質(zhì)點(diǎn)在平衡位置振動(dòng)而能量向前傳播的現(xiàn)象。如果質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向相同，稱為縱波，如振動(dòng)彈簧，聲波；如果質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向垂直，成為橫波，如水波，抖繩產(chǎn)生的波等。2電磁 波當(dāng)電磁振蕩進(jìn)入空間， 變化的磁場(chǎng)激起變化的電場(chǎng)， 變化的電場(chǎng)又激發(fā)變化

2、的磁場(chǎng)，使電磁振蕩在空間傳播，產(chǎn)生電磁波。電磁波的產(chǎn)生：組成物質(zhì)的電子、原子、分子，運(yùn)動(dòng)形式有三種：電子繞原子粒作軌道運(yùn)動(dòng)及軌道躍遷；原子核在平衡位置上的振動(dòng)；分子繞質(zhì)量中心轉(zhuǎn)動(dòng)；根據(jù)能量守恒定律和能量轉(zhuǎn)換定律， 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變、 能量的增加與減少， 將以能量輻射的形式表明出來(lái)，這就是電磁波；通常，電子躍出產(chǎn)生的電子磁波波長(zhǎng)最短，在紫外近紅外區(qū)；分子振動(dòng)狀態(tài)改變產(chǎn)生的電磁波波長(zhǎng)中等，紅外區(qū)；分子轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變產(chǎn)生的電磁波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，微波區(qū)電磁波的表述：3電磁波特性a. 電磁波是一個(gè) 橫波：電場(chǎng)矢量和磁場(chǎng)矢量相互垂直， 且都垂直于波的傳播方向。 b. 在真空以光速傳播，滿足麥克斯韋方程： c= v,

3、c =速度 ( 光速 3*108m/s)=波長(zhǎng)v=頻率c. 電磁波具有 波粒二象性： 波是粒子流的統(tǒng)計(jì)平均，粒子是波的量化精選文檔精選文檔（ 1）波動(dòng)性基本特點(diǎn)是時(shí)、空周期性，由波動(dòng)方程的波函數(shù)表示： =Asin(wt-kx)+ , 電磁波的疊加、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象均由波動(dòng)性引起。電磁波的疊加 ：電磁波是由于無(wú)數(shù)個(gè)不同波長(zhǎng)的波組合加而成， 但電磁波的傳播是獨(dú)立進(jìn)行的。 因此任何復(fù)雜的電磁波都可以分解成許多簡(jiǎn)單的電磁波。 反之，通過(guò)合成可以恢復(fù)原來(lái)復(fù)雜電磁波，條件是具有適當(dāng)?shù)恼穹㈩l率和相位。如光的分解。電磁波的相干 ：當(dāng)相位、頻率、振動(dòng)方向相同的電磁波迭加時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)，部分區(qū)

4、域振動(dòng)減弱或消失的現(xiàn)象。 相干電磁波一般是頻率很窄的單道波或微波得到的，相干圖象（微波遙感 / 雷達(dá)遙感）與普通圖像（其他遙感）不同，需經(jīng)過(guò)特殊處理。電磁波的衍射 ：電磁波遇到有限大小的障礙物時(shí)， 能通過(guò)障礙物的邊緣改變傳播方向的現(xiàn)象?？捎糜谠O(shè)計(jì)傳感器提高圖像的幾何分辨率。電磁波的偏振 ：由于電磁波是橫波（振動(dòng)方向垂直運(yùn)動(dòng)方向） ，當(dāng)傳播過(guò)程達(dá)到一條“狹縫”（偏振動(dòng)），只有與狹縫方向一致的電磁波分振動(dòng) （電場(chǎng)矢量） 才能通過(guò)，這些通過(guò)偏振光片的電磁波被極化。電磁波的極化即為“偏振” ，合成孔經(jīng)雷達(dá)成像就是利用電磁波的偏振特性。電磁波的多譜勒效應(yīng)： 因輻射源或觀察者相對(duì)傳播介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)， 而使接收

5、到的電磁波頻率發(fā)生變化，當(dāng)頻率為 v 的波源向著觀察著運(yùn)動(dòng)時(shí)， 觀察著接收到的頻率 vv ；當(dāng)波源背著觀察著運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察著接收到的頻率 vv ；這種現(xiàn)像叫“多譜勒頻移” 。多普勒效應(yīng)對(duì)微波雷達(dá)成像， 尤其是對(duì)近地目標(biāo)的探測(cè)具有重要意義， 軍事上應(yīng)用比較多。（2）粒子性基本特點(diǎn)是能量分布的量子化， 電磁波是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變， 能量輻射或吸收，能量的最小單位，成為光子或光量子，及能量的量子化，光子同其他粒子一樣具有動(dòng)量和能量。動(dòng)量： E=hv；能量： P=h / = 波長(zhǎng) v= 頻率 h= 普朗克常數(shù)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，周期越大，頻率越小，能量越小，越易表現(xiàn)波動(dòng)性；反之，波長(zhǎng)越短，周期越小，頻率越大，能

6、量越大，越易表現(xiàn)粒子性。電磁輻射在 傳播過(guò)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)，主精選文檔精選文檔要表現(xiàn)為粒子性。遙感技術(shù)正是利用電磁波的波粒二象性探測(cè)目標(biāo)的電磁輻射信息的，用傳感器接收其傳播過(guò)來(lái)的輻射能量。二、電磁波譜根據(jù)波長(zhǎng)或頻率大小的變化，將電磁波依次排序，叫電磁波譜； 射線 射線紫外線可見光紅外線微波無(wú)線電波-1A-100A-0.38m-0.76 m-1000 m1mm-1m-100 km紫藍(lán)青綠黃橙紅0.38m-0.43m-0.47m-0.5m-0.56m-0.59m-0.62- 0.76 m近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外極 /超遠(yuǎn)紅外0.76m-3m-6 m-15m-1000

7、 m毫米波厘米波分米波1mm1 cm10 cm- 100 cm3*10 11-3*10 10-3*109-超短波短波中波長(zhǎng)波-10 m -10 m -1000 m -100 km3*10 8-3*10 7-3*10 6-3*10 5-3常用的遙感波段有：紫外線、可見光、紅外線、微波紫外線： 波長(zhǎng)范圍0.1-0.4 m，太陽(yáng)輻射含有紫外線，通過(guò)大氣時(shí)，波大小于 0.3 m的紫外線幾乎都被吸收， 只有 0.3-0.4 m到達(dá)地面，能量較少；應(yīng)用的較晚，可探測(cè)的高度在 2000m以下，不宜用作高空遙感； 目前多用于探測(cè)碳酸巖分布，油污染的監(jiān)測(cè)，能提供土壤水份和作物病類信息?？梢姽猓?波長(zhǎng)范圍 0.3

8、8/0.4-0.76 m，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫色光組成，人眼對(duì)該波段具有敏銳的分辨能力， 是鑒別物質(zhì)的主要波段。 遙感技術(shù)中主要用攝影和掃描方式接收和紀(jì)錄地物對(duì)可見光的 反射特征 。紅外線： 波長(zhǎng)范圍 0.76-1000 m，又根據(jù)用途分為近紅外（ 0.76-3 m），中紅外（ 3-6 m）、遠(yuǎn)紅外（ 6-15 m）、超遠(yuǎn)紅外（ 15-1000 m）。近紅外同可見光相似，常稱為光紅外，遙感中常用攝影和掃描方式接收和紀(jì)錄地物對(duì)紅外的反射特征 ，目前常用的近紅外波段為 0.76-1.3 m；中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外時(shí)產(chǎn)生熱感的原因，常稱為 熱紅外 ，自然界任何高于絕對(duì) 0 K（-273 ）

9、的物體都能向外輻射紅外線，常溫物體發(fā)射紅外線的波長(zhǎng)在 3-40 m，而波長(zhǎng)大于 15m的超遠(yuǎn)紅外易被大精選文檔精選文檔氣和稅分子吸收，所以遙感中常利用的是3-15 m，即 3-5 m和 8-14 m，主要應(yīng)用于探測(cè)地物的 輻射特征 ，如熱污染、火山、火災(zāi)等，由于紅外線不易為天空微粒散射，所以不受日照條件限制，白天、黑夜都可進(jìn)行，全天時(shí)遙感。微波 1mm-1m ，分為毫米波、厘米波、分米波，也具有熱輻射性質(zhì)， 波長(zhǎng)較長(zhǎng)，有一定穿透能力 ( 云層、水體、土壤等 ) ，主要應(yīng)用于雷達(dá)成像，不受天氣影響，可進(jìn)行全天候全天是遙感探測(cè)。 其優(yōu)點(diǎn)有：微波易于聚成較窄的發(fā)射波束， 近似直線傳播，不受高空 10

10、0400km電離層反射的影響， 自然界中的電磁波對(duì)微波干擾小， 地面目標(biāo)對(duì)微波的散射性能好。三、電磁輻射源任何物體在一定溫度下都具有發(fā)射、 輻射電磁波的特性。 輻射源有自然輻射源和人工輻射源。1 自然輻射源(1) 太陽(yáng)輻射黑體輻射：黑體是“絕對(duì)黑體”的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)理想的輻射體，在任何溫度下，對(duì)于各種波長(zhǎng)的電磁輻射的吸收系數(shù)等于 1（ 100%）的物體，黑體的熱輻射成為黑體輻射，其反射率為 0，透射率為 0。反射率 +透射率 +吸收率 =1，吸收率越大，發(fā)射率越大。太陽(yáng)輻射被看作是接近 6000K黑體的輻射源。 太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)范圍很寬， 包括 射線、紫外線、紅外線、微波、無(wú)線電波。 99的輻射 能

11、 輻射能量主要集中在 0.3-3 m，大部分集中在可見光波段， 一般稱為 短波輻射 。46的輻射能集中在 0.4 0.76 m的可見光段；有 25的輻射能分布在小于 0.47 m的紫外線段； 30分布在紅外線段；2太陽(yáng)的輻射強(qiáng)度在進(jìn)入大氣層前為 1385w/m s, 叫“太陽(yáng)常數(shù)”或“輻射通量密度”，每年有 7的被動(dòng)；太陽(yáng)輻射到達(dá)地面前， 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射由一定的吸收、 散射和反射， 從地面到傳感器也有一定的吸收、散射和反射，有很大的衰減。(2) 地球輻射地球輻射可分為短波輻射和長(zhǎng)波輻射兩個(gè)部分。短波輻射：指波長(zhǎng)在 0.3 2.5 m的地球輻射，屬于可見光和近、中紅外波段，主要是地球反射太陽(yáng)輻射

12、的能量。長(zhǎng)波輻射：指波長(zhǎng)在6 m以上的地球輻射，屬于熱紅外波段，主要是地物自身精選文檔精選文檔的熱輻射能量。而 3-6 m的地球輻射，是地物反射和自身熱輻射兼有。遙感探測(cè)時(shí)， 傳感器接收到小于0.3 m波長(zhǎng)，主要是地物反射太陽(yáng)輻射的能量，大于 6 m主要是地物熱輻射能量，3-6 m太陽(yáng)于地球的熱輻射都要考慮。2 人工輻射源人工發(fā)射一定波長(zhǎng)的波束， 接受地物散射該光束返回的后向反射信號(hào)的強(qiáng)弱，從而探知地物或測(cè)距。主要是主動(dòng)遙感。(1) 微波輻射源常用波段 0.8 30cm的微波。具有全天候、全天時(shí)，具有一定的穿透力，容易區(qū)分某些物質(zhì)。(2) 激光輻射源2-2 地物的光譜特性地物的光譜特性是遙感技

13、術(shù)的重要理論依據(jù)， 因?yàn)樗礊閭鞲衅鞴ぷ鞑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)， 還可作為利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字圖像處理和分類是的參考標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間特性主要反映在不同時(shí)期被測(cè)地物光譜特性的變化?？臻g特性主要是由被測(cè)地物光譜特性的不相同所造成的。任何地物都有各自的電磁輻射規(guī)律，即具有吸收、反射、透射某些波段的特性- 地物的光譜特性。太陽(yáng)的輻射能入射到地物表面，一般會(huì)過(guò)出現(xiàn)三種過(guò)程：a. 部分入射能量被地物反射；b. 部分入射能量被地物吸收，成為地物的內(nèi)能再發(fā)射；c. 部分入射能量透射到地物某一深度，再反射；根據(jù)能量守恒定律可得出：P0 P P P其中 : P 0 為地物接收太陽(yáng)輻射的總

14、能量；P 為地物反射能量；P 為地物的吸收能量；P 為地物的透射能量；公式兩端都除以P0 得： 1P P0 P P0P P0精選文檔P P0 100。精選文檔引伸出三個(gè)概念 :地物反射率P P0100地物吸收率 / 發(fā)射率P P0100地物透射率P P0100即 +=1因地表物體大多數(shù)是不透明的 0，地物反射率 1- 地物的反射率可以測(cè)定，吸收率/ 發(fā)射率可以通過(guò)反射率來(lái)推算。在反射、吸收和透射中，應(yīng)用最普遍的仍是反射。一、地物的反射光譜特性太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層， 照射到地物上， 經(jīng)過(guò)地物反射到達(dá)傳感器上， 攜帶地物信息。研究地物的反射光譜特性，可以對(duì)遙感影像進(jìn)行判讀和解譯。1 地物的反射率地物

15、的反射率：地物反射能量與入射總能量的比值，由于地物的物理化學(xué)性質(zhì)差異 , 不同地物對(duì)入射光的反射能力亦不相同。而且 , 同一地物對(duì)不同光譜段的反射能力差異更大。影響地物反射率的因素：入射光的波長(zhǎng)、入射角的大小以及地物表面顏色、粗糙度有關(guān)。因地物的反射能力是一個(gè)相對(duì)概念， 通常所講的反射率實(shí)質(zhì)是指地物的反射系數(shù)，或叫亮度值。對(duì)數(shù)字影像來(lái)說(shuō)， 反射系數(shù)是入射總量與反射總量的比值的百分率；而對(duì)于地面遙感測(cè)試求得的反射系數(shù)， 則是地物反射總量 與標(biāo)準(zhǔn)板反射總量 比值的百分率。通常，反射率高的地物傳感器記錄的亮度值大， 在黑白影像上呈現(xiàn)較淺的色調(diào) 。由反射率不同引起的色調(diào)差異，是目視判讀的重要標(biāo)志。如：

16、風(fēng)沙土類，鹽堿土基本呈白色調(diào)， 而沙姜黑土或地水位淺的地段呈南深灰一黑色調(diào)；鐵軌呈白色調(diào)，農(nóng)田成灰 黑色調(diào)。2地物的反射光譜地物的反射率隨入射光的波長(zhǎng)變化的規(guī)律地物反射光譜 。地物反射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線為地物反射光譜曲線 。(1) 不同地物雪：在可見光部分呈現(xiàn)反射特征， 在藍(lán)光波段有一個(gè)強(qiáng)的反射峰， 在紅外線部分則呈現(xiàn)吸收態(tài)勢(shì)。 如果用全色光射影它就是白色； 如果用熱紅外線掃描成像， 它則呈暗色調(diào)。沙漠：在可見光段亦成強(qiáng)反射狀。但與雪不同的是，在黃、橙、紅波段反射率特精選文檔精選文檔強(qiáng)，峰值出現(xiàn)在橙色光段。因此，沙層較淺薄時(shí)，呈橙黃色，沙層較厚時(shí)呈黃褐色。濕地： 在整個(gè)波段反射率均較低，僅

17、在藍(lán)光段有一個(gè)弱的反射峰值出現(xiàn)。因此，濕地包括水體，一般在暗色調(diào)中稍帶有藍(lán)色。小麥：在藍(lán)和紅光波段是吸收帶，反射率比較低（在 20以下）；在綠光段和近紅外段是一個(gè)強(qiáng)反射， 所以肉眼看上去是綠色； 在近紅外部分反射率受葉綠素含量控制，利用這一特點(diǎn)可以監(jiān)測(cè)小麥的長(zhǎng)勢(shì)和旱、澇、病蟲害的發(fā)生程度。植物在紅外光段的反射光譜主要是葉面內(nèi)部結(jié)構(gòu)、 物質(zhì)成份等方面的差異而引起變化。如樹葉，在生長(zhǎng)期遇到干旱、蟲病害，可引起葉綠素水平降低、葉黃素增加，表現(xiàn)在近紅波段反射率可隨病害的加重而逐漸降低。 盡管病害初期肉眼不易查覺， 但可以用比值法處理來(lái)拉大病害與非病害之間的亮度值， 來(lái)達(dá)到適時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。 由此可見，根

18、據(jù)地物反譜光譜研究十分重要，是遙感工作選擇最佳波段、最佳攝影季節(jié)、最佳攝影時(shí)間的依據(jù)。(2) 同類地物同類地物反射光譜相似， 但隨著該地物的內(nèi)在差異而有所變化。 有多種因素造成的，如成分、結(jié)構(gòu)、表面、形狀等。二、地物的發(fā)射光譜特性1黑體輻射任何地物，當(dāng)溫度高于絕對(duì)溫度 273 時(shí)，都存在分子運(yùn)動(dòng)， 都具有向四周輻射紅外線和微波的能力。 Wj / W 0黑體反射率為0，透射率為 0，是理想的吸收體，吸收率 =發(fā)射率，即 1。黑體輻射定律：斯蒂芬波爾茲曼定律： W= T4 , 輻射通量密度與溫度的 4 次方成正比，輻射同量密度隨溫度的升高， 迅速增大，溫度的微小變化會(huì)引起輻射通量的很大變化； 用紅

19、外裝置測(cè)定溫度就是根據(jù)這個(gè)定律設(shè)計(jì)的。維恩位移定律： max*T=b,輻射通量密度的峰值隨溫度的升高向短波移動(dòng)。 可以解釋隨著爐火溫度的升高，爐焰的顏色由 紅向黃再向藍(lán) 轉(zhuǎn)變。黑體輻射特點(diǎn)：a. 黑體的輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化，曲線只有一個(gè)峰值，沒有太多的選擇性；b. 溫度愈高，強(qiáng)度愈大；c. 隨溫度升高 , 峰值向短波方向位移 （由中遠(yuǎn)紅外向紅外移動(dòng)） , 隨溫度降低，峰值向長(zhǎng)波方向位移（由中遠(yuǎn)紅外向微波移動(dòng)） ；精選文檔精選文檔2地物的發(fā)射率黑體輻射是不存在的，自然地物的吸收率總在01 之間。(1) 地物的紅外熱輻射基爾霍夫定律： 在給定任一溫度的情況下，地物單位面積的輻射通量密度Wj 和吸收率

20、 之比，是一個(gè)常數(shù)，并且等于同一溫度下黑體的輻射通量密度Wa。即:Wj / Wa根據(jù)發(fā)射率定義Wj /W0 Wj/W a所以E 根椐斯蒂芬玻爾茲曼定律，黑體的輻射通量密度可以表示為：4Wd = T 為常數(shù)（ 5.66970.00297） 10-12W cm-2 k-4所以，地物的輻射通量密度W j 可寫為4Wj= Wd=Wd=T表明：紅外的輻射能量與地物的溫度 4 次方成比，只要有微小的溫度差異，就會(huì)引起紅外輻射能量的顯基差異， 從而構(gòu)成了熱紅外遙感的理論根據(jù)。即對(duì)某一波長(zhǎng)的吸收強(qiáng)，則發(fā)射強(qiáng)；吸收弱，則發(fā)射也弱，不吸收，不發(fā)射。地物發(fā)射率與地物的性質(zhì)、表面狀況（顏色、粗糙度）有關(guān)，且是溫度和波

21、長(zhǎng)的函數(shù)。粗糙的、深色調(diào)的地物吸收性好，發(fā)射率高；外表光滑的、淺色調(diào)的地物反射性為，發(fā)射率低；熱貫量大的、比熱大的、保溫性好的地物發(fā)射率高。如水體，白天水面平滑，發(fā)射率較低，晚上因比熱大，發(fā)射率反而升高。依據(jù)比熱特性、利用熱紅外線研究地?zé)?、熱污染以及地下水探測(cè)是行之有效的方法。根據(jù)發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系，地物可分為三種：黑體、灰體、選擇性輻射體。黑體：發(fā)射率 =1，不隨波長(zhǎng)而變化?；殷w：發(fā)射率 1，不隨波長(zhǎng)而變化。選擇性輻射體：發(fā)射率1，且隨波長(zhǎng)而變化。(2) 地物的微波輻射任何地物在一定溫度下， 在向空間發(fā)射紅外輻射的同時(shí)還發(fā)射微波輻射。 而且在低溫狀態(tài)下，微波的輻射特性更加明顯。 盡管這種輻射

22、要比紅外線弱得多， 但可以用無(wú)線電通訊機(jī)經(jīng)調(diào)諧接收或通過(guò)放大線路來(lái)接收。不同地物微波與紅外發(fā)射率比較地物波段精選文檔精選文檔微波紅外線 = 3 cm = 3mm = 10 m = 4 m鋼 材0.000.000.6 0.90.6 0.9水0.960.380.630.99干 沙0.900.860.950.83混 凝 土0.860.920.910.90由此可見， 不同地物間微波發(fā)射率要比紅外線發(fā)射率的差異明顯， 在可見光、紅線外線波段不易區(qū)分的地物， 在微波波段則比較易區(qū)別。 因此，微波輻射也成為遙感技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方面。3地物的發(fā)射光譜地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律地物發(fā)射光譜 。地物發(fā)射率與波

23、長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線為地物發(fā)射光譜曲線 。地物的發(fā)射率有隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律，把不同地物的發(fā)射光譜曲線進(jìn)行對(duì)比，找出差異點(diǎn)，利用不同波段掃描，可有效的區(qū)分地物。如：從巖漿巖的發(fā)射光譜曲線比較可得到在波長(zhǎng)9 11m之間是一個(gè)吸收譜帶，吸收帶的谷底所在位置，隨sio 2 的含量的逐增而向短波方向位移。超基性巖應(yīng)選擇 11m左右波段；基性巖應(yīng)選擇 10m左右波段；中性巖應(yīng)選擇 9m左右波段；酸性巖應(yīng)選擇 8m左右波段；三、地物的透射光譜特性物體除對(duì)電磁波產(chǎn)生吸收、 反射輻射作用外， 還會(huì)有數(shù)量不等的電磁波穿過(guò)表面到達(dá)物體內(nèi)部的某一深度， 這就是物體的電磁波透射特性。 其特性由物體自身性質(zhì)和電磁波長(zhǎng)所決定，透

24、射率等于透射能量（ W ）與總?cè)肷淠芰?W0之比。即 :=W / W0精選文檔精選文檔在遙感技術(shù)應(yīng)用中， 藍(lán)光（ 0.45 0.5 m）的透射性來(lái)探測(cè)一定深度的水體所覆蓋的物體；微波具有透射較厚的水層、沙層的能力，常用來(lái)進(jìn)行洪澇監(jiān)測(cè)，及探查水下、冰層覆蓋的地物。透射率具有隨波長(zhǎng)變化和地物不同而變化的特性。如水體， 0.45 0.56 m（藍(lán)綠光）透射性為一般1020m；在含沙量較大的深水區(qū)可透射 1 2m深。2-3 大氣和環(huán)境對(duì)遙感的影響傳感器接收到的地物反射是兩次通過(guò)大氣而衰減的太陽(yáng)輻射； 從太陽(yáng)輻射圖上可以看出，大氣層外和地面上 / 平均海平面的太陽(yáng)輻射曲線明顯差異，其影響原因是大氣的吸收

25、和散射造成的。 地物本身發(fā)射的電磁波通過(guò)大氣層時(shí)也要衰減。 大氣對(duì)電磁波的吸收、散射和透射的特性， 稱為大氣傳輸特性。 這種特性除了取決于電磁波波長(zhǎng)外，主要決定于大氣成分和環(huán)境的變化。一、大氣成分和結(jié)構(gòu)大氣層 / 圈緊緊包圍著地球，其厚度可達(dá)10003000km，直接制約著遙感技術(shù)應(yīng)用的展開。1 大氣成分a. 氣體，如 N2，O2， H2 O，CO，CO2，O3，CH4，N2O等；b. 懸浮顆粒 ，固態(tài)或液態(tài)微粒如塵埃，水滴，冰晶等，可形成云霧；地表至 80km以下大氣成分，除 H2O，O3 有變化外，其余比例基本不變，也稱為均勻?qū)?，該層中大氣與太陽(yáng)輻射相互作用，是太陽(yáng)輻射衰減的主要原因。2大

26、氣結(jié)構(gòu)大氣厚度一般取 1000km，由下向上依次為對(duì)流層、平流層、中間層、電離層、大氣外層。對(duì)流層：從地面算起，頂部平均位于12km 處。其間高度每增加1km，氣溫下降6.1k。在對(duì)流層內(nèi)，由于 大氣氣體及水溶膠體的吸收作用，使電磁波在傳播的途中受到衰減 。因此研究電磁波在大氣中的傳播特性，主要是在對(duì)流層中的傳播情況。對(duì)流層是航空遙感活動(dòng)的空間。平流層：頂部距地面平均 50km，層內(nèi)氣流比較穩(wěn)定，沒有垂直對(duì)流。在 25km 以下氣溫保持在 -55， 在 25km 以上氣溫逐步增高，至 55km 處達(dá)到最大值（ 0）。平流層對(duì)電磁波傳播反映比較弱微 。精選文檔精選文檔中間層：頂部距地表 90km

27、，氣溫隨高度增加而降低， 在 80km 處為最低點(diǎn)為 -95。電離層：頂部距地表 800km，層內(nèi)氣溫隨高度增加急劇上升 ，在 300km 處可達(dá)1000 以上，故又稱 熱層 /增溫層 。電離層大氣十分稀薄，對(duì)可見光紅外線、微波、無(wú)線電波影響極小 。是資源衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、試驗(yàn)衛(wèi)星主要活動(dòng)的空間。大氣外層 ：距地面 800km以上，大氣粒子不但向外層空間散逸，對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行基本沒有影響 ，是通訊衛(wèi)星、空間站、航天飛機(jī)的主要活動(dòng)空間。二、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響1 透射太陽(yáng)輻射在到達(dá)地表前必須通過(guò)大氣層，特別是在對(duì)流層空間，約有30被云層和其他成份反射回宇宙空間，有 17被吸收；有 22被散射，僅有 31

28、到達(dá)地面。太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層的透射率（）為：e( + )式中：（ + ）為衰減系數(shù)，與波長(zhǎng)成反比。為吸收系數(shù)為散射系數(shù)x 為路經(jīng)長(zhǎng)e 為自然對(duì)數(shù)的底從上可以得出，太陽(yáng)到達(dá)地面的輻射強(qiáng)度決定于路經(jīng)長(zhǎng)x（可以認(rèn)為是大氣層厚度）和大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和散射作用。* 大氣厚度輻射路經(jīng)長(zhǎng)（ x）的影響表達(dá)式：x = x1 / cos= x1 / sin 式中： 為太陽(yáng)高度角（地平線與太陽(yáng)的交角） 為天頂角（衛(wèi)星星下點(diǎn)的地平線垂線與太陽(yáng)射線的交角）從表達(dá)式和理想太陽(yáng)光譜曲線可以得出；太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層的厚度，取決于太陽(yáng)的高度角或天頂角；太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣層后，總能量明顯衰減。而且，路經(jīng)越長(zhǎng)衰減幅度越大；太陽(yáng)

29、輻射衰減在短波部分比長(zhǎng)波部表現(xiàn)更明顯；2 吸收大氣中的 某些成份 對(duì)太陽(yáng)輻射能會(huì)產(chǎn)生 選擇性的吸收 ，并把其轉(zhuǎn)換成熱能， 使溫精選文檔精選文檔度升高。這種選擇性，使部分波段可通過(guò)大氣層到達(dá)地面、部分波段全部被吸收而不能到達(dá)地面、部分波段部分吸收部分到達(dá)地面。造成大氣吸收作用的主要物質(zhì)有O2、O3、H2O、CO2 等。氧 O2 ：大氣中含量占 21；主要吸收小于 0.2 微米的太陽(yáng)輻射能，在 0.155 微米處吸收最強(qiáng)。在 0.69 和 0.76 微米附近有兩個(gè)窄吸收帶，能力較弱；臭氧 O3：含量微?。?0.010.1）吸收最強(qiáng) 。0.2 0.36 微米 (紫外線 )強(qiáng)吸收帶；0.6 微米 (橙

30、光 )強(qiáng)吸收帶；水 H 2O ：呈汽態(tài)、液態(tài)兩種形式，從可見光到微波，到處都分布有吸收帶， （主要分布在可見光和紅外線） 是作用最強(qiáng)介質(zhì) 。0.50.9 微米區(qū)間有四個(gè)吸收帶； 0.95 2.85 微米區(qū)間有五個(gè)吸收帶； 6.25 微米處是強(qiáng)吸收帶，對(duì)紅外線影響最大；二氧化碳 CO 2：吸收作用主要在紅外區(qū)； 1.352.85m，有 3 個(gè)寬帶弱吸收；2.7 m、4.3m、14.5m 為強(qiáng)吸收；塵埃：有一定的吸收作用，但吸收量較少，只有當(dāng)沙塵暴，火山爆發(fā)，大型火災(zāi)發(fā)生時(shí)才有顯著效率；3散射當(dāng)大氣中含有大量的云、 霧和小水滴時(shí)， 這些浮動(dòng)的小 質(zhì)點(diǎn)可導(dǎo)致太陽(yáng)輻射方向的改變 ，從而降低傳感器的接收

31、質(zhì)量， 造成圖像的模湖不清。 散射作用 與輻射光波長(zhǎng)和微粒半經(jīng)有關(guān)。瑞利散射 /分子散射 ：當(dāng)微粒直經(jīng)（ d）比輻射波長(zhǎng)小的多 時(shí) ，d /10，散射系數(shù)與波長(zhǎng)的四次方成反比；當(dāng)波長(zhǎng)大于 1 微米時(shí)（如紅外線），可基本不用考慮分子散射的影響；對(duì)可見光來(lái)說(shuō)，分子散射影響較大。如，天空中呈現(xiàn)的就是波長(zhǎng)較短藍(lán)光散射的緣故。米氏散射 ：當(dāng)微粒直經(jīng)與輻射波長(zhǎng)相近時(shí) d，大氣中的氣溶膠引起散射效應(yīng)。米氏散射 對(duì)紅外線影響較大 。非選擇性散射 ：當(dāng)大氣中懸浮 微粒直經(jīng)比波長(zhǎng)大 得多時(shí)（d）引起的散射與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，對(duì)各波段的散射 作用強(qiáng)度相當(dāng) 。如：云和霧呈白色，是因?yàn)閷?duì)可見光的各波段散射強(qiáng)度一樣造成的。又如：當(dāng)大氣中的水滴直徑超過(guò) 160 微米時(shí)叫