第一章 遙感地質(zhì)學(xué)緒論

1、遙感地質(zhì)學(xué)遙感地質(zhì)學(xué) 第一章第一章 緒論緒論 遙感遙感- -近幾十年出現(xiàn)的一門新的科學(xué)，應(yīng)用領(lǐng)域近幾十年出現(xiàn)的一門新的科學(xué)，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊。極為廣闊。 學(xué)習(xí)遙感的目的：初步了解其原理基礎(chǔ)、技術(shù)系學(xué)習(xí)遙感的目的：初步了解其原理基礎(chǔ)、技術(shù)系統(tǒng)和工作方法，為以后從事相關(guān)工作打基礎(chǔ)。統(tǒng)和工作方法，為以后從事相關(guān)工作打基礎(chǔ)。 教材：遙感地質(zhì)學(xué)教材：遙感地質(zhì)學(xué) 遙感與地質(zhì)學(xué)的關(guān)系；遙感與地質(zhì)學(xué)相結(jié)合形成遙感與地質(zhì)學(xué)的關(guān)系；遙感與地質(zhì)學(xué)相結(jié)合形成遙感地質(zhì)學(xué)。遙感地質(zhì)學(xué)。 課程要求。課程要求。第一節(jié)第一節(jié) 遙感的概念遙感的概念 1. 字面含義：遙遠(yuǎn)的感知。（字面含義：遙遠(yuǎn)的感知。（REMOTE SENSIN

2、G）既不和目標(biāo)物接觸，獲得目標(biāo)物的特征既不和目標(biāo)物接觸，獲得目標(biāo)物的特征信息，進(jìn)爾識(shí)別目標(biāo)物。（舉例信息，進(jìn)爾識(shí)別目標(biāo)物。（舉例 1 電磁波，電磁波，2 聲波，聲波，3 地震波，地震波， 4 重力場重力場 ，5 磁場）磁場） 2. 廣義遙感的含義：泛指各種非接觸的、遠(yuǎn)距離廣義遙感的含義：泛指各種非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測技術(shù)。的探測技術(shù)。 3. 狹義遙感的含義：指從遠(yuǎn)距離、高空以至外層狹義遙感的含義：指從遠(yuǎn)距離、高空以至外層空間的各種平臺(tái)上，利用可見光、紅外、微波等探測空間的各種平臺(tái)上，利用可見光、紅外、微波等探測儀器，通過攝影或掃描，信息感應(yīng)、傳輸和處理，從儀器，通過攝影或掃描，信息感應(yīng)、傳輸和

3、處理，從而識(shí)別地面物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一門現(xiàn)代化技術(shù)而識(shí)別地面物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一門現(xiàn)代化技術(shù)科學(xué)（陳述彭院士）。（解釋科學(xué)（陳述彭院士）。（解釋 距離距離 儀器儀器 物性（物性（發(fā)射發(fā)射反射反射 透射透射 吸收）吸收）第二節(jié)第二節(jié) 遙感地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容和方法遙感地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容和方法 1 1 研究對(duì)象：地球表面和表層的地質(zhì)體（巖石、斷裂研究對(duì)象：地球表面和表層的地質(zhì)體（巖石、斷裂等）、地質(zhì)現(xiàn)象（火山噴發(fā)、泥石流）的電磁波輻射的等）、地質(zhì)現(xiàn)象（火山噴發(fā)、泥石流）的電磁波輻射的各種特征。目的是為了有效識(shí)別地質(zhì)體的物性和運(yùn)動(dòng)狀各種特征。目的是為了有效識(shí)別地質(zhì)體的物性和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從

4、而為地質(zhì)構(gòu)造研究、礦產(chǎn)資源勘查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)態(tài)，從而為地質(zhì)構(gòu)造研究、礦產(chǎn)資源勘查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境和災(zāi)害地質(zhì)監(jiān)測等工作服務(wù)。查、環(huán)境和災(zāi)害地質(zhì)監(jiān)測等工作服務(wù)。 2 2 研究內(nèi)容：研究內(nèi)容： 1 1）各類地質(zhì)體的）各類地質(zhì)體的電磁波電磁波輻射（發(fā)射輻射（發(fā)射 反射反射 透射透射 吸吸收）特征的測試、分析與應(yīng)用。收）特征的測試、分析與應(yīng)用。 2 2）遙感數(shù)據(jù)資料的地學(xué)信息提取原理與方法。）遙感數(shù)據(jù)資料的地學(xué)信息提取原理與方法。 3 3）遙感圖象的地質(zhì)解譯與編圖。）遙感圖象的地質(zhì)解譯與編圖。 4 4）遙感技術(shù)在地質(zhì)各個(gè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用和實(shí)效評(píng)估）遙感技術(shù)在地質(zhì)各個(gè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用和實(shí)效評(píng)估 3 3 研究

5、方法：地物波譜測試、數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析、模研究方法：地物波譜測試、數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析、模擬試驗(yàn)、及地學(xué)（地質(zhì)、地理、地貌、地圖學(xué)）等研究擬試驗(yàn)、及地學(xué)（地質(zhì)、地理、地貌、地圖學(xué)）等研究分析方法。分析方法。第三節(jié)第三節(jié) 遙感技術(shù)系統(tǒng)、遙感過程、遙感的特點(diǎn)遙感技術(shù)系統(tǒng)、遙感過程、遙感的特點(diǎn)及遙感的類型及遙感的類型 一一 遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感技術(shù)系統(tǒng) 1 1 遙感儀器及運(yùn)載工具遙感儀器及運(yùn)載工具 2 2 遙感信息的接受、記錄、預(yù)處理、儲(chǔ)存等，遙感信息的接受、記錄、預(yù)處理、儲(chǔ)存等， 3 3 圖像處理、解譯分析及應(yīng)用。圖像處理、解譯分析及應(yīng)用。( (圖示圖示) ) 二二 遙感的過程遙感的過程 1.目標(biāo)的電磁波特

6、性目標(biāo)的電磁波特性 遙感的物理基礎(chǔ)：任何地物都具有發(fā)射、反射、吸遙感的物理基礎(chǔ)：任何地物都具有發(fā)射、反射、吸收電磁波的性質(zhì)。地物和電磁波的相互作用構(gòu)成了地物收電磁波的性質(zhì)。地物和電磁波的相互作用構(gòu)成了地物的電磁波特性。的電磁波特性。 2.信息的獲?。盒畔⒌墨@?。?傳感器：接收記錄目標(biāo)電磁波特性的儀器。傳感器：接收記錄目標(biāo)電磁波特性的儀器。 遙感平臺(tái)：安裝傳感器的平臺(tái)。遙感平臺(tái)：安裝傳感器的平臺(tái)。 3.信息的接收與傳輸：信息的接收與傳輸： 傳感器接收的目標(biāo)地物電磁波信息記錄在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳感器接收的目標(biāo)地物電磁波信息記錄在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)或膠片上。介質(zhì)或膠片上。 4. 信息的處理：信息的處理： 首先是在

7、衛(wèi)星接收地面站進(jìn)行一系列的處理首先是在衛(wèi)星接收地面站進(jìn)行一系列的處理 信息恢復(fù)，輻射校準(zhǔn)，衛(wèi)星姿態(tài)校正，投影變換，信息恢復(fù)，輻射校準(zhǔn)，衛(wèi)星姿態(tài)校正，投影變換，再轉(zhuǎn)換為用戶的通用數(shù)據(jù)格式或者是膠片。再轉(zhuǎn)換為用戶的通用數(shù)據(jù)格式或者是膠片。 地面站也可以做精處理，專題信息處理，分類等。地面站也可以做精處理，專題信息處理，分類等。 5. 信息的應(yīng)用與評(píng)價(jià)信息的應(yīng)用與評(píng)價(jià) 根據(jù)不同的應(yīng)用目的進(jìn)行，在應(yīng)用的過程中需要大根據(jù)不同的應(yīng)用目的進(jìn)行，在應(yīng)用的過程中需要大量的信息處理、分析。量的信息處理、分析。三、遙感的特點(diǎn)三、遙感的特點(diǎn)1 1 宏觀性：探測范圍大，可以進(jìn)行大面積同步觀測宏觀性：探測范圍大，可以進(jìn)行

8、大面積同步觀測2 2 多源性：多平臺(tái)、多時(shí)相、多波段，信息豐富。多源性：多平臺(tái)、多時(shí)相、多波段，信息豐富。3 3 周期性、時(shí)效性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題以及變化情況周期性、時(shí)效性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題以及變化情況 綜合性和可比較性綜合性和可比較性 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性6 6 獲取信息的手段靈活獲取信息的手段靈活7 7 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛( (農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè) 林業(yè)林業(yè) 水文水文 海洋海洋 氣象氣象 環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測 軍軍事事 考古考古 地質(zhì)地質(zhì)) )四、遙感的類型四、遙感的類型 1.按平臺(tái)分按平臺(tái)分地面遙感，航空遙感，航天遙感，宇航遙感。地面遙感，航空遙感，航天遙感，宇航遙感。 2.按波段分按波段分可見光，紅外，微波遙感

9、?？梢姽?，紅外，微波遙感。多波段遙感：探測波段在可見光和紅外波段范圍內(nèi)，多波段遙感：探測波段在可見光和紅外波段范圍內(nèi)，分成若干窄波段來探測目標(biāo)。分成若干窄波段來探測目標(biāo)。 3.按工作方式分：按工作方式分：主動(dòng)式與被動(dòng)式及成像和非成像方式主動(dòng)式與被動(dòng)式及成像和非成像方式第四節(jié)第四節(jié) 遙感在各方面的應(yīng)用遙感在各方面的應(yīng)用 經(jīng)過四十年的發(fā)展，遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛的滲透到國民經(jīng)過四十年的發(fā)展，遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛的滲透到國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，社會(huì)進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于推動(dòng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，社會(huì)進(jìn)步，環(huán)境改善和國防建設(shè)起到重大作用。步，環(huán)境改善和國防建設(shè)起到重大作用。 1 1 外層空

10、間探測：從衛(wèi)星上獲取的信息是地面觀測所不外層空間探測：從衛(wèi)星上獲取的信息是地面觀測所不能取得的，空間遙感對(duì)地觀測得到的全球變化信息是不可能取得的，空間遙感對(duì)地觀測得到的全球變化信息是不可替代的。替代的。 2 2 全球的氣候變化；溫室效應(yīng)，沙漠化，自然災(zāi)害等的全球的氣候變化；溫室效應(yīng)，沙漠化，自然災(zāi)害等的動(dòng)態(tài)變化已經(jīng)引起人們的重視動(dòng)態(tài)變化已經(jīng)引起人們的重視 3 3 海洋：海洋： 漁業(yè)，海洋交通，海洋生態(tài)和環(huán)境，漁業(yè)，海洋交通，海洋生態(tài)和環(huán)境， 4 4 土地資源，礦山資源，森林資源，水資源，。土地資源，礦山資源，森林資源，水資源，。 5 5 遙感在解決環(huán)境變化，如城市化，沙漠化，土地退化，遙感在解

11、決環(huán)境變化，如城市化，沙漠化，土地退化，鹽漬話，環(huán)境污染有獨(dú)特的作用鹽漬話，環(huán)境污染有獨(dú)特的作用 6 災(zāi)害問題：冰情、洪水、火災(zāi)，地震等多種氣象災(zāi)害，災(zāi)害問題：冰情、洪水、火災(zāi)，地震等多種氣象災(zāi)害， 7 7 農(nóng)林：農(nóng)林： 農(nóng)作物估產(chǎn)，農(nóng)林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)評(píng)估，經(jīng)農(nóng)作物估產(chǎn)，農(nóng)林病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)評(píng)估，經(jīng)營管理營管理 。 8 軍事軍事 9 旅游旅游 10 考古考古 11 氣象氣象 12 12 地質(zhì)地質(zhì) ( (舉例舉例 澳洲銅礦澳洲銅礦 俄大型環(huán)行構(gòu)造等俄大型環(huán)行構(gòu)造等 ) )2空間信息的定位分析空間信息的定位分析 主要作為一種自然環(huán)境與資源勘探的手段。主要作為一種自然環(huán)境與資源勘探的手段。 主要研究物

12、質(zhì)與能量的空間分布規(guī)律。利用多主要研究物質(zhì)與能量的空間分布規(guī)律。利用多波段信息，進(jìn)行圖象匹配和光電分析儀器作為遙感波段信息，進(jìn)行圖象匹配和光電分析儀器作為遙感應(yīng)用的主要技術(shù)手段。應(yīng)用的主要技術(shù)手段。 如：資源調(diào)查、地質(zhì)填圖、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、森林普如：資源調(diào)查、地質(zhì)填圖、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、森林普查、土地利用等，工作中運(yùn)用彩色合成、邊緣增強(qiáng)查、土地利用等，工作中運(yùn)用彩色合成、邊緣增強(qiáng)等光學(xué)處理技術(shù)，進(jìn)行一些特征信息提取以編制各等光學(xué)處理技術(shù)，進(jìn)行一些特征信息提取以編制各種專題圖、系列圖。種專題圖、系列圖。3時(shí)間信息的趨勢分析時(shí)間信息的趨勢分析 作為生產(chǎn)管理和動(dòng)態(tài)檢測的手段。作為生產(chǎn)管理和動(dòng)態(tài)檢測的手段。 主要研

13、究地球表面物質(zhì)與能量的遷移規(guī)律。利主要研究地球表面物質(zhì)與能量的遷移規(guī)律。利用周期性的遙感圖象和數(shù)據(jù)，通過時(shí)間序列的對(duì)用周期性的遙感圖象和數(shù)據(jù)，通過時(shí)間序列的對(duì)比，反映研究對(duì)象不同時(shí)間軌跡的動(dòng)態(tài)變化。比，反映研究對(duì)象不同時(shí)間軌跡的動(dòng)態(tài)變化。 如：自然環(huán)境變遷、城市擴(kuò)展、災(zāi)情調(diào)查等如：自然環(huán)境變遷、城市擴(kuò)展、災(zāi)情調(diào)查等。4環(huán)境信息的綜合分析環(huán)境信息的綜合分析 隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，獲取環(huán)境信息的手段越隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，獲取環(huán)境信息的手段越來越多，信息也就越來越豐富。它們包括了各種環(huán)來越多，信息也就越來越豐富。它們包括了各種環(huán)境衛(wèi)星系列、地面遙感檢測站網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)、境衛(wèi)星系列、地面遙感檢測站網(wǎng)、

14、地理信息系統(tǒng)、自動(dòng)分類與自動(dòng)制圖系統(tǒng)以及情報(bào)資料網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等自動(dòng)分類與自動(dòng)制圖系統(tǒng)以及情報(bào)資料網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等所獲取的各種環(huán)境信息數(shù)據(jù)。這些環(huán)境信息數(shù)據(jù)的所獲取的各種環(huán)境信息數(shù)據(jù)。這些環(huán)境信息數(shù)據(jù)的迅速積累，為多種來源的信息進(jìn)行復(fù)合處理和綜合迅速積累，為多種來源的信息進(jìn)行復(fù)合處理和綜合分析提供可能，同時(shí)還促使建立起全面收集、整理分析提供可能，同時(shí)還促使建立起全面收集、整理和檢索這些數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)，建立一和檢索這些數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)，建立一些地學(xué)分析模型、計(jì)量分析模型或進(jìn)行其它相關(guān)研些地學(xué)分析模型、計(jì)量分析模型或進(jìn)行其它相關(guān)研究與綜合分析。究與綜合分析。 （簡介國內(nèi)外的發(fā)展歷程）（簡

15、介國內(nèi)外的發(fā)展歷程）第五節(jié)第五節(jié) 遙感的發(fā)展前景遙感的發(fā)展前景 1.遙感物理基礎(chǔ)遙感物理基礎(chǔ) 地物波譜特性形成機(jī)制與遙感信息傳輸理論地物波譜特性形成機(jī)制與遙感信息傳輸理論研究，建立地物波譜與影像特征之間的關(guān)系模型，研究，建立地物波譜與影像特征之間的關(guān)系模型，以實(shí)現(xiàn)遙感影像分析解譯的定量化和精確化。以實(shí)現(xiàn)遙感影像分析解譯的定量化和精確化。 2.遙感平臺(tái)：遙感平臺(tái)： 多樣化，系列化，小型化，普遍化，有效載荷增多，多樣化，系列化，小型化，普遍化，有效載荷增多，接受數(shù)據(jù)方便。接受數(shù)據(jù)方便。 航空遙感業(yè)務(wù)化，航天平臺(tái)系列化，出現(xiàn)宇航平臺(tái)。航空遙感業(yè)務(wù)化，航天平臺(tái)系列化，出現(xiàn)宇航平臺(tái)。 往返于空間與地面之

16、間的航天飛機(jī)。往返于空間與地面之間的航天飛機(jī)。 有以空間軌道衛(wèi)星為主的航天平臺(tái)，有地球同步，有以空間軌道衛(wèi)星為主的航天平臺(tái)，有地球同步，太陽同步，低軌與高軌衛(wèi)星，有大型衛(wèi)星，專題目標(biāo)明太陽同步，低軌與高軌衛(wèi)星，有大型衛(wèi)星，專題目標(biāo)明確的小衛(wèi)星群。確的小衛(wèi)星群。 不同高度、不同用途的衛(wèi)星構(gòu)成了對(duì)地球和宇宙的不同高度、不同用途的衛(wèi)星構(gòu)成了對(duì)地球和宇宙的多角度、多周期觀測。多角度、多周期觀測。 3. 傳感器的發(fā)展傳感器的發(fā)展 空間分辨力提高：空間分辨力提高： 探測波段增加：從單一波段向多波段發(fā)展：波段的探測波段增加：從單一波段向多波段發(fā)展：波段的范圍不斷延伸，波段的分割變細(xì)。范圍不斷延伸，波段的分割

17、變細(xì)。 高光譜：成像光譜技術(shù)：高光譜：成像光譜技術(shù)： 數(shù)字成像技術(shù)：數(shù)字成像技術(shù)： 成像成像RADAR： LASER與遙感的結(jié)合：與遙感的結(jié)合： 多探測技術(shù)集成：實(shí)時(shí)測圖多探測技術(shù)集成：實(shí)時(shí)測圖4.遙感硬件軟件處理系統(tǒng)遙感硬件軟件處理系統(tǒng) 處理手段：光學(xué)處理變?yōu)橛?jì)算機(jī)處理，可以處理處理手段：光學(xué)處理變?yōu)橛?jì)算機(jī)處理，可以處理海量數(shù)據(jù)。海量數(shù)據(jù)。 數(shù)字成像技術(shù)：以計(jì)算機(jī)處理為主，打破了攝影與數(shù)字成像技術(shù)：以計(jì)算機(jī)處理為主，打破了攝影與掃描的界限。掃描的界限。 光存儲(chǔ)器的出現(xiàn)：海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸?shù)玫骄徑?。光存?chǔ)器的出現(xiàn)：海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸?shù)玫骄徑狻?大容量高速計(jì)算機(jī)與功能強(qiáng)大的軟件在不斷的完善，

18、大容量高速計(jì)算機(jī)與功能強(qiáng)大的軟件在不斷的完善，能讀取多種格式圖象，有專門的功能模塊。軟件從人能讀取多種格式圖象，有專門的功能模塊。軟件從人機(jī)對(duì)話到視窗方式，向智能化、軟件組件化、網(wǎng)絡(luò)化機(jī)對(duì)話到視窗方式，向智能化、軟件組件化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)軟件和資源的共享和實(shí)時(shí)傳輸。方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)軟件和資源的共享和實(shí)時(shí)傳輸。5. 遙感數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 遙感的發(fā)展一個(gè)特點(diǎn)是海量數(shù)據(jù)。遙感的發(fā)展一個(gè)特點(diǎn)是海量數(shù)據(jù)。 影像的檢索和處理發(fā)生困難。影像的檢索和處理發(fā)生困難。 涉及影象糾正，數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)變換等新理論和方法涉及影象糾正，數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)變換等新理論和方法6.圖象識(shí)別和分類圖象識(shí)別和分類 為了從圖

19、象上提取信息，需要對(duì)圖象進(jìn)行識(shí)別和分類。為了從圖象上提取信息，需要對(duì)圖象進(jìn)行識(shí)別和分類。 不斷引入相鄰學(xué)科的信息處理方法，豐富了遙感圖不斷引入相鄰學(xué)科的信息處理方法，豐富了遙感圖象處理的內(nèi)容。逐步引入人的思想，向全數(shù)字化，可象處理的內(nèi)容。逐步引入人的思想，向全數(shù)字化，可視化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。視化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。 信息融合可以彌補(bǔ)傳感器之間信息的不足。信息融合可以彌補(bǔ)傳感器之間信息的不足。 信息提?。耗壳皬倪b感圖象獲取的信息經(jīng)計(jì)算機(jī)處信息提?。耗壳皬倪b感圖象獲取的信息經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的不足理的不足5%。還不能完全滿足用戶的需求。還不能完全滿足用戶的需求。 信息處理是制約遙感發(fā)展的關(guān)鍵之一。

20、信息處理是制約遙感發(fā)展的關(guān)鍵之一。7.遙感的應(yīng)用范圍越來越廣遙感的應(yīng)用范圍越來越廣 從早期的軍事已發(fā)展到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門從早期的軍事已發(fā)展到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門 第二章第二章 遙感物理基礎(chǔ)遙感物理基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 電磁波電磁波 的一般特征的一般特征 根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的電場能夠在根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的電場能夠在它周圍引起變化的磁場，這一變化的磁場又在較遠(yuǎn)它周圍引起變化的磁場，這一變化的磁場又在較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化電場，并在更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引的區(qū)域內(nèi)引起新的變化電場，并在更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)引起新的變化磁場。這種變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，起新的變化磁場。這種變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，以

21、有限的速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程稱為電以有限的速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程稱為電磁波。磁波。射線、射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等都是電磁波。電磁波是一種橫波，微波、無線電波等都是電磁波。電磁波是一種橫波，這些電磁波有的可以被感受到，有些可以被儀器測這些電磁波有的可以被感受到，有些可以被儀器測量到。量到。 一 電磁輻射電磁輻射的基本特征的基本特征 （一）電磁波電磁波 的傳播的傳播 電磁波電磁波 的傳播是能量存在的一種形式，在傳播過程的傳播是能量存在的一種形式，在傳播過程中與其它物質(zhì)發(fā)生作用，可產(chǎn)生反射、折射、吸收、中與其它物質(zhì)發(fā)生作用，

22、可產(chǎn)生反射、折射、吸收、散射、偏振等現(xiàn)象，從爾使得描述散射、偏振等現(xiàn)象，從爾使得描述電磁波電磁波 的四個(gè)物理的四個(gè)物理量：波長（頻率）、強(qiáng)度、傳播方向和偏振面發(fā)生變量：波長（頻率）、強(qiáng)度、傳播方向和偏振面發(fā)生變化。從爾帶來各種信息，如波長的變化產(chǎn)生顏色的變化。從爾帶來各種信息，如波長的變化產(chǎn)生顏色的變化，試想若無散射天空的顏色?；?，試想若無散射天空的顏色。 （二）（二）電磁波電磁波 的的疊加和相干疊加和相干 由兩個(gè)（或兩個(gè)以上）頻率、振動(dòng)方向相同、相由兩個(gè)（或兩個(gè)以上）頻率、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的電磁波在空間疊加時(shí)，合成位相同或相位差恒定的電磁波在空間疊加時(shí)，合成波振幅為各個(gè)波的

23、振幅的矢量和。因此會(huì)出現(xiàn)交疊波振幅為各個(gè)波的振幅的矢量和。因此會(huì)出現(xiàn)交疊區(qū)某些地方振動(dòng)加強(qiáng)，某些地方振動(dòng)減弱或完全抵區(qū)某些地方振動(dòng)加強(qiáng)，某些地方振動(dòng)減弱或完全抵消的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為干涉。結(jié)果使得探測器在消的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為干涉。結(jié)果使得探測器在某一位置接受到更多的能量，產(chǎn)生亮的效果，而在某一位置接受到更多的能量，產(chǎn)生亮的效果，而在另一位置接受到更少的能量，產(chǎn)生暗的效果，另一位置接受到更少的能量，產(chǎn)生暗的效果，（三）（三）電磁波電磁波 的的衍射衍射 光通過有限大小的障礙物時(shí)偏離直線路徑的現(xiàn)光通過有限大小的障礙物時(shí)偏離直線路徑的現(xiàn)象稱為光的衍射。從夫朗和費(fèi)衍射裝置的單縫衍射象稱為光的衍射。從夫

24、朗和費(fèi)衍射裝置的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中可以看到：在入射光垂直于單縫平面時(shí)的單實(shí)驗(yàn)中可以看到：在入射光垂直于單縫平面時(shí)的單縫衍射實(shí)驗(yàn)圖樣中，中間有特別明亮的亮紋，兩側(cè)縫衍射實(shí)驗(yàn)圖樣中，中間有特別明亮的亮紋，兩側(cè)對(duì)稱地排列著一些強(qiáng)度逐漸減弱的亮紋。如果單縫對(duì)稱地排列著一些強(qiáng)度逐漸減弱的亮紋。如果單縫變成小孔，由于小孔衍射，在屏幕上就有一個(gè)亮斑，變成小孔，由于小孔衍射，在屏幕上就有一個(gè)亮斑，它周圍還有逐漸減弱的明暗相間的條紋。它周圍還有逐漸減弱的明暗相間的條紋。（四）（四）電磁波電磁波 的的偏振偏振 電磁波有偏振、部分偏振和非偏振波，許多散電磁波有偏振、部分偏振和非偏振波，許多散射光、反射光、透射光是部分偏

25、振光。偏振在微射光、反射光、透射光是部分偏振光。偏振在微波技術(shù)中稱為波技術(shù)中稱為“極化極化”。遙感技術(shù)中的偏振攝影。遙感技術(shù)中的偏振攝影和雷達(dá)成像就利用了電磁波的偏振這一特性。和雷達(dá)成像就利用了電磁波的偏振這一特性。 偏振可以影響地物的反射率。偏振可以影響地物的反射率。 生活中的偏振如立體電影、偏光顯微鏡。生活中的偏振如立體電影、偏光顯微鏡。（五）（五）電磁波電磁波 的多普勒效應(yīng)的多普勒效應(yīng) 由觀測者和輻射源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起由觀測者和輻射源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起電磁波電磁波頻率的改頻率的改變。如聲波的改變，天文學(xué)中的紅移現(xiàn)象形成大爆炸變。如聲波的改變，天文學(xué)中的紅移現(xiàn)象形成大爆炸理論的基礎(chǔ)。理論的基礎(chǔ)。

26、 遙感中運(yùn)載工具與觀測物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也會(huì)引起遙感中運(yùn)載工具與觀測物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也會(huì)引起電磁波電磁波頻率的改變，但飛行速度與光速相差很大。頻率的改變，但飛行速度與光速相差很大。多多普勒效應(yīng)不明顯。普勒效應(yīng)不明顯。（六）（六）電磁波電磁波 的波粒二象性的波粒二象性 電磁波具有波動(dòng)性和粒子性兩方面特性（似乎矛盾）電磁波具有波動(dòng)性和粒子性兩方面特性（似乎矛盾） 波動(dòng)性可由波動(dòng)性可由波長、頻率、速度、周期、波長、頻率、速度、周期、相干、衍射、相干、衍射、偏振、偏振、多普勒效應(yīng)來表征。多普勒效應(yīng)來表征。 粒子性可由光電效應(yīng)粒子性可由光電效應(yīng)來表征。來表征。 不同波長的不同波長的電磁波波動(dòng)性和粒子性表現(xiàn)

27、的程度電磁波波動(dòng)性和粒子性表現(xiàn)的程度不同，不同，短波長的短波長的電磁波主要表現(xiàn)為粒子性，而電磁波主要表現(xiàn)為粒子性，而長波長的長波長的電磁電磁波主要表現(xiàn)為波動(dòng)性。波主要表現(xiàn)為波動(dòng)性。 二二 電磁波譜電磁波譜 不同的電磁波由不同的波源產(chǎn)生。不同的電磁波由不同的波源產(chǎn)生。射線、射線、X X射線、射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等都屬于電紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等都屬于電磁波。如果我們按電磁波在真空中傳播的波長或頻率遞磁波。如果我們按電磁波在真空中傳播的波長或頻率遞增或遞減順序排列，就能得到電磁波譜圖。增或遞減順序排列，就能得到電磁波譜圖。電磁波波長范圍非常寬電磁波波長范圍非

28、常寬無線電波無線電波: : 長波長波: : 大于大于30003000m m 中波和短波中波和短波: 10 - 3000: 10 - 3000m m 超短波超短波: 1 - 10: 1 - 10m m 微波微波: : 1 1mm - 1m mm - 1m （能進(jìn)行全天候全天時(shí)的遙感探測。微波能進(jìn)行全天候全天時(shí)的遙感探測。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)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)具有一定的穿透能具有一定的穿透能 力，能直接透過植被、冰雪、土壤等表層力，能直接透過植被、冰雪、土壤等表層覆蓋物。覆蓋物。 ）可分為：可分為： 毫米波毫米波:1:1mm -

29、 10mmmm - 10mm、 厘米波厘米波:1:1cm cm 10cm 10cm : : 分米波分米波: : 1 1dm dm 10dm 10dm 紅外波段紅外波段: : 0.76 - 10000.76 - 1000m m （范圍寬，為遙感主要范圍寬，為遙感主要 波段，波段，白天夜間均可成像）白天夜間均可成像）其中其中 近紅外；近紅外； 0.76 - 3 0.76 - 3m m 中紅外：中紅外： 3 - 6 3 - 6m m 遠(yuǎn)紅外：遠(yuǎn)紅外： 6 - 15 6 - 15m m 超遠(yuǎn)紅外：超遠(yuǎn)紅外： 15 - 1000 15 - 1000m m （也有其它劃分）也有其它劃分）可見光：可見光：

30、0.38 0.76m （范圍窄，遙感主要波段）范圍窄，遙感主要波段）其中其中 紫紫 ：0.38 0.43m 藍(lán)藍(lán) ：0.43 0.47m 青青 ：0.47 0.50m 綠綠 ：0.50 0.56m 黃黃 ；0.56 0.59m 橙橙 ；0.59 0.62m 紅紅 ；0.62 0.76m 紫外線紫外線 ：0 .001 0.38 m （紫外線在通過大氣層時(shí)，波長小于紫外線在通過大氣層時(shí)，波長小于0.30.3mm的紫外線幾乎都被吸收，只有的紫外線幾乎都被吸收，只有0.30.30.40.4mm波長的紫外線部波長的紫外線部分能分能 穿過大氣層到達(dá)地面，且能量很少。紫外波段從空中可探測穿過大氣層到達(dá)地面，

31、且能量很少。紫外波段從空中可探測的的 高度大致在高度大致在20002000m m以下，對(duì)高空遙感不宜采用。）以下，對(duì)高空遙感不宜采用。） X射線射線 ：10-6 10-3m 射線射線 ：小于小于10-6m 特點(diǎn)特點(diǎn)電磁波波長范圍非常寬。電磁波波長范圍非常寬。射線到射線到-無線電波的波長之比高達(dá)無線電波的波長之比高達(dá)1022倍以上。倍以上。遙感波段：紫外遙感波段：紫外- -微波。微波。傳感器通過探測或感測不同波段電磁波譜的傳感器通過探測或感測不同波段電磁波譜的發(fā)射、反射輻射而成像，電磁波的存在是獲取發(fā)射、反射輻射而成像，電磁波的存在是獲取圖像的物理前提。根據(jù)不同的目的選擇不同的圖像的物理前提。根

32、據(jù)不同的目的選擇不同的波譜段。波譜段。第二節(jié)第二節(jié) 電磁輻射源電磁輻射源一一 電磁輻射的有關(guān)概念電磁輻射的有關(guān)概念 1 1 輻射能量（輻射能量（Q）：）：電磁波輻射的能量。電磁波輻射的能量。 單位：焦耳（單位：焦耳（J） 2 2 輻射通量（輻射功率，輻射通量（輻射功率，）：）：單位時(shí)間內(nèi)通過單位時(shí)間內(nèi)通過某一表面的輻射能量。某一表面的輻射能量。 單位：瓦（單位：瓦（W，焦耳焦耳/秒）。秒）。=dQ/dt=dQ/dt 3 3 輻射出射度（輻射通量密度輻射出射度（輻射通量密度W）：）：面輻射源面輻射源在單位時(shí)間內(nèi)，從單位面積上輻射出的輻射能量。即物在單位時(shí)間內(nèi)，從單位面積上輻射出的輻射能量。即物體

33、單位面積上發(fā)出的輻射通量。體單位面積上發(fā)出的輻射通量。 單位：瓦單位：瓦/米米2。W= d/dAd/dA 4 4 輻射照度（輻射照度（E）：）：面輻射源在單位時(shí)間內(nèi)，從單位面輻射源在單位時(shí)間內(nèi)，從單位面積上接收的輻射能量。即照射到物體單位面積上的輻射面積上接收的輻射能量。即照射到物體單位面積上的輻射通量。通量。 單位：瓦單位：瓦/米米2。M= d/dAd/dA 5 5 輻射強(qiáng)度（輻射強(qiáng)度（I）：）：點(diǎn)輻射源在單位立體角、單位時(shí)點(diǎn)輻射源在單位立體角、單位時(shí)間內(nèi)，向某一方向發(fā)出的輻射能量。即點(diǎn)輻射源在單位立間內(nèi)，向某一方向發(fā)出的輻射能量。即點(diǎn)輻射源在單位立體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量。體角內(nèi)發(fā)出的輻射通量

34、。 單位：瓦單位：瓦/球面度。球面度。I=d/d 6 6 輻射亮度輻射亮度(L)：面輻射源在單位立體角、單位時(shí)間面輻射源在單位立體角、單位時(shí)間內(nèi)，在某一垂直于輻射方向單位面積上輻射出的輻射能量。內(nèi)，在某一垂直于輻射方向單位面積上輻射出的輻射能量。即輻射源在單位投影面積上、單位立體角內(nèi)的輻射通量。即輻射源在單位投影面積上、單位立體角內(nèi)的輻射通量。 單位：瓦單位：瓦/米米2.球面度。球面度。L=d/d.dA cos/d.dA cos二二 物體的熱輻射物體的熱輻射 宇宙中的各種物體，如太陽、各種星體、一定厚宇宙中的各種物體，如太陽、各種星體、一定厚度的大氣層、人造飛行器、地球及地球上各種生物、度的大

35、氣層、人造飛行器、地球及地球上各種生物、非生物都是熱輻射源。為了便于討論一般物體的熱輻非生物都是熱輻射源。為了便于討論一般物體的熱輻射性質(zhì)，需要有一個(gè)理想的標(biāo)準(zhǔn)熱輻射體作為參照源，射性質(zhì)，需要有一個(gè)理想的標(biāo)準(zhǔn)熱輻射體作為參照源，這個(gè)參照源就是絕對(duì)黑體。這個(gè)參照源就是絕對(duì)黑體。 一般物體的發(fā)射率小于絕對(duì)黑體的發(fā)射率，因而，一般物體的發(fā)射率小于絕對(duì)黑體的發(fā)射率，因而，物體的輻射溫度小于它的實(shí)際溫度。為了求出一般物物體的輻射溫度小于它的實(shí)際溫度。為了求出一般物體的輻射溫度，必須采用與絕對(duì)黑體進(jìn)行比較的方法。體的輻射溫度，必須采用與絕對(duì)黑體進(jìn)行比較的方法。（一）黑體輻射（一）黑體輻射 1860 186

36、0年，基爾霍夫得出了好的吸收體也是好的輻射年，基爾霍夫得出了好的吸收體也是好的輻射體這一定律。它說明了凡是吸收熱輻射能力強(qiáng)的物體，體這一定律。它說明了凡是吸收熱輻射能力強(qiáng)的物體，它們的熱發(fā)射能力也強(qiáng)；凡是吸收熱輻射能力弱的物體，它們的熱發(fā)射能力也強(qiáng)；凡是吸收熱輻射能力弱的物體，它們的熱發(fā)射能力也就弱。它們的熱發(fā)射能力也就弱。 絕對(duì)黑體：對(duì)于任何波長的電磁輻射全部吸絕對(duì)黑體：對(duì)于任何波長的電磁輻射全部吸收的物體。收的物體。 絕對(duì)黑體是沒有的，實(shí)驗(yàn)上理想的絕對(duì)黑體為空腔絕對(duì)黑體是沒有的，實(shí)驗(yàn)上理想的絕對(duì)黑體為空腔壁由不透明的材料制成的、對(duì)輻射只有吸收和反射作用壁由不透明的材料制成的、對(duì)輻射只有吸收

37、和反射作用的物體。最接近黑體的輻射源是恒星和太陽。的物體。最接近黑體的輻射源是恒星和太陽。（示空腔壁）（示空腔壁） 不同類的物體具有不同的吸收率不同類的物體具有不同的吸收率和反射率和反射率。 1 1 絕對(duì)黑體：吸收率絕對(duì)黑體：吸收率(,T)1,(,T)1,反射率反射率（,T,T）00； 2 2 絕對(duì)白體：吸收率絕對(duì)白體：吸收率(,T)0(,T)0，反射率反射率（,T,T）11，與溫度和波長無關(guān)。與溫度和波長無關(guān)。 3 3 一般物體：對(duì)入射到它上面的電磁波只有一般物體：對(duì)入射到它上面的電磁波只有吸收和反射作用，吸收率吸收和反射作用，吸收率(,T)(,T)+反射率反射率（，T T）=1 1普朗克公

38、式：普朗克公式： 1900年普朗克用量子理論概念推導(dǎo)黑體輻射通量年普朗克用量子理論概念推導(dǎo)黑體輻射通量密度密度W和其溫度的關(guān)系以及按波長和其溫度的關(guān)系以及按波長分布的輻射分布的輻射定律：定律： 式中：式中： W 分譜輻射通量密度分譜輻射通量密度 單位單位W W（cmcm2 2mm）；）； 波長波長 單位是單位是mm； h 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)(6.625610-34 .Js) c 光速光速(31010cm/s)； k k 玻耳茲曼常數(shù)玻耳茲曼常數(shù)(1.38(1.381010-23-23J JK) K) 不同溫度下黑體輻射波譜曲線不同溫度下黑體輻射波譜曲線圖中可直觀地看出黑體輻射的三個(gè)特性：圖中

39、可直觀地看出黑體輻射的三個(gè)特性： （1）與曲線下的面積成正比的總輻射通量密度）與曲線下的面積成正比的總輻射通量密度W是是隨溫度隨溫度T的增加而迅速增加?？傒椛渫棵芏鹊脑黾佣杆僭黾印？傒椛渫棵芏萕可在從可在從零到無窮大的波長范圍內(nèi)。對(duì)普朗克公式進(jìn)行積分，零到無窮大的波長范圍內(nèi)。對(duì)普朗克公式進(jìn)行積分，即即 （2）維恩位移定律）維恩位移定律 分譜輻射能量密度的峰值波長隨分譜輻射能量密度的峰值波長隨溫度的增加向短波方向移動(dòng)。它表明：黑體的絕對(duì)溫度溫度的增加向短波方向移動(dòng)。它表明：黑體的絕對(duì)溫度增高時(shí)，它的最大輻射本領(lǐng)向短波方向位移。增高時(shí)，它的最大輻射本領(lǐng)向短波方向位移。 max=2886/Tm

40、ax=2886/T微米微米. .K K 若知道了某物體溫度，就可以推算出它所輻射的若知道了某物體溫度，就可以推算出它所輻射的波段。將太陽、地球的溫度代入，可得峰值波波段。將太陽、地球的溫度代入，可得峰值波0.470.47m m 和和9,6 9,6 m m 如果輻射最大值在可見光波段，物體的顏色會(huì)隨如果輻射最大值在可見光波段，物體的顏色會(huì)隨著溫度的升高而變化，波長變短。（如星體）著溫度的升高而變化，波長變短。（如星體） （3）每根曲線彼此不相交，故溫度）每根曲線彼此不相交，故溫度T越高，所有波越高，所有波長上的波譜輻射通量密度也越大。長上的波譜輻射通量密度也越大。 一般物體的發(fā)射輻射一般物體的發(fā)

41、射輻射 自然界中實(shí)際物體的發(fā)射和吸收的輻射量都比相同自然界中實(shí)際物體的發(fā)射和吸收的輻射量都比相同條件下絕對(duì)黑體的要低。實(shí)際物體的輻射不僅依賴于條件下絕對(duì)黑體的要低。實(shí)際物體的輻射不僅依賴于波長和溫度，還與構(gòu)成物體的材料、表面狀況等因素波長和溫度，還與構(gòu)成物體的材料、表面狀況等因素有關(guān)。有關(guān)。 發(fā)射率發(fā)射率來表示它們之間的關(guān)系：來表示它們之間的關(guān)系： = W/ W= W/ W 發(fā)射率發(fā)射率就是實(shí)際物體與同溫度的黑體在相同條件就是實(shí)際物體與同溫度的黑體在相同條件下輻射功率之比。下輻射功率之比。 分類：分類： 絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體1 1 灰體灰體 在各波長處的光譜發(fā)射率在各波長處的光譜發(fā)射率相等即：相等

42、即：但但0 01 1 選擇性輻射體選擇性輻射體 在各波長處的光譜發(fā)射率在各波長處的光譜發(fā)射率不不同同()() 理想反射體（絕對(duì)白體）理想反射體（絕對(duì)白體）0 0 材料材料溫度溫度( (C)C)發(fā)射率發(fā)射率 人皮膚人皮膚 土壤土壤(干干) 水水 石英巖石英巖 大理石大理石 鋁鋁 銅銅 鐵鐵 鋼鋼 沙沙 混凝土混凝土 32 20 20 20 20 100 100 40 100 20 20 0.98-0.99 0.92 0.96 0.63 0.94 0.05 0.03 0.21 0.07 0.90 0.92幾種主要地物的發(fā)射率幾種主要地物的發(fā)射率 同一種物體的發(fā)射率與溫度有關(guān)同一種物體的發(fā)射率與溫度

43、有關(guān)溫度溫度-20-20o oC C0 0o oC C2020o oC C4040o oC C石英巖石英巖花崗巖花崗巖0.6940.6940.7870.7870.6820.6820.7830.7830.6210.6210.7800.7800.6640.6640.7770.777（二（二）物體的熱慣量物體的熱慣量 熱慣量（熱慣量（P P）是物體對(duì)環(huán)境溫度變化的熱反映靈敏是物體對(duì)環(huán)境溫度變化的熱反映靈敏性的一種量度，性的一種量度， P P值越大，對(duì)環(huán)境溫度變化的反映越值越大，對(duì)環(huán)境溫度變化的反映越遲鈍。熱慣量與物體的密度及熱學(xué)參量的關(guān)系為：遲鈍。熱慣量與物體的密度及熱學(xué)參量的關(guān)系為： P =P =

44、（k.c )k.c )1/21/2 P P 熱慣量熱慣量 焦?fàn)柦範(fàn)? /厘米厘米2 .2 .秒秒1/21/2 k k 熱擴(kuò)散系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù) 厘米厘米2 2 / /秒秒 （表示溫度變化速率）（表示溫度變化速率） 密度密度 克克/ /厘米厘米2 2 c c 比熱比熱 焦?fàn)柦範(fàn)? /克克 . .度度 熱傳導(dǎo)方程可證明，當(dāng)物體吸收或損失的熱量相同熱傳導(dǎo)方程可證明，當(dāng)物體吸收或損失的熱量相同時(shí)，其溫度的變化幅度與熱慣量的大小成反比。時(shí)，其溫度的變化幅度與熱慣量的大小成反比。三種巖石的三種巖石的熱慣量值熱慣量值 P P白云巖白云巖=0.0962 =0.0962 P P灰?guī)r灰?guī)r=0.0765 =0.0765

45、 P P花崗巖花崗巖=0.0593=0.0593 圖中可見花崗巖對(duì)環(huán)境溫度最敏感，而白云巖最遲鈍。全圖中可見花崗巖對(duì)環(huán)境溫度最敏感，而白云巖最遲鈍。全天花崗巖的溫差最大，白云巖的溫差最小。天花崗巖的溫差最大，白云巖的溫差最小。 可以推測，不同物體溫差最大時(shí)，遙感圖象上反映的光譜可以推測，不同物體溫差最大時(shí)，遙感圖象上反映的光譜特征差別最大，最特征差別最大，最容易將不同物體區(qū)容易將不同物體區(qū)分開來。中午一點(diǎn)分開來。中午一點(diǎn)和黎明時(shí)分物體溫和黎明時(shí)分物體溫差最大，是利用熱差最大，是利用熱紅外成象的有利時(shí)紅外成象的有利時(shí)機(jī)。機(jī)。（三（三）太陽輻射和地球輻射太陽輻射和地球輻射 1 1 太陽輻射太陽輻射

46、 傳感器從空中或空間接收地物反射的電磁波，主要傳感器從空中或空間接收地物反射的電磁波，主要是來自太陽輻射的一種轉(zhuǎn)換形式。是來自太陽輻射的一種轉(zhuǎn)換形式。 1 1）太陽常數(shù)：指不受大氣影響，在距離太陽一個(gè)天）太陽常數(shù)：指不受大氣影響，在距離太陽一個(gè)天文單位內(nèi)，垂直于太陽光輻射的方向上，單位面積單位文單位內(nèi)，垂直于太陽光輻射的方向上，單位面積單位時(shí)間里所接收的太陽輻射能量：時(shí)間里所接收的太陽輻射能量： 平均常數(shù)為平均常數(shù)為14001400W/mW/m2 2 遠(yuǎn)地點(diǎn)常數(shù)為遠(yuǎn)地點(diǎn)常數(shù)為13451345W/mW/m2 2 近地點(diǎn)常數(shù)為近地點(diǎn)常數(shù)為14381438W/mW/m2 2太陽常數(shù)可以認(rèn)為是大氣頂端

47、接收的太陽能量。太陽常數(shù)可以認(rèn)為是大氣頂端接收的太陽能量。 2 2）太陽溫度：）太陽溫度： 5900 5900K K，可近似的看作黑體輻射，可近似的看作黑體輻射， 3) 3) 太陽能量：太陽能量： 總輻射能為總輻射能為3.8 3.8 x 10 x 1033 33 爾格爾格/ /秒，秒，到達(dá)地球的輻射能為到達(dá)地球的輻射能為1.8 1.8 x 10 x 1023 23 爾格爾格/ /秒。秒。 4 4）能量分布：能量分布： 太陽輻射從近紫外到中紅外這一太陽輻射從近紫外到中紅外這一波段區(qū)間能量最集中而且相對(duì)來說較穩(wěn)定。在波段區(qū)間能量最集中而且相對(duì)來說較穩(wěn)定。在X X射線、射線、 射線、遠(yuǎn)紫外及微波波段

48、，能量小但變化大。被動(dòng)遙射線、遠(yuǎn)紫外及微波波段，能量小但變化大。被動(dòng)遙感主要利用可見光、紅外等穩(wěn)定輻射。感主要利用可見光、紅外等穩(wěn)定輻射。 5 5）太陽與大氣的作用）太陽與大氣的作用 約約30%30%的能量被云層和大氣反射回去。約的能量被云層和大氣反射回去。約17%17%的能的能量被大氣吸收。約量被大氣吸收。約22%22%的能量被大氣散射，大部分到的能量被大氣散射，大部分到達(dá)地表。約達(dá)地表。約31%31%的能量直接到達(dá)地表。的能量直接到達(dá)地表。 2 2 地球輻射地球輻射 1 1）輻射特點(diǎn)）輻射特點(diǎn) 地球的溫度為地球的溫度為2902900 0K K，輻射峰值波長為，輻射峰值波長為9,6 9,6

49、m m ，位于熱紅外區(qū)。位于熱紅外區(qū)。 2 2）能量來源）能量來源 太陽輻射與地球內(nèi)部的熱能，太陽輻射太陽輻射與地球內(nèi)部的熱能，太陽輻射從地表向下增溫，地球內(nèi)部的熱能向從地表向下增溫，地球內(nèi)部的熱能向上上傳導(dǎo)，形成熱平傳導(dǎo)，形成熱平衡線，熱平衡線以衡線，熱平衡線以上上主要受太陽輻射的影響，以下主要主要受太陽輻射的影響，以下主要受地球內(nèi)部的熱能的影響。固地球的長波輻射主要由太受地球內(nèi)部的熱能的影響。固地球的長波輻射主要由太陽的短波輻射轉(zhuǎn)化而來。陽的短波輻射轉(zhuǎn)化而來。 3 3）遙感主要波段為）遙感主要波段為 8-14 8-14m m 該波段占其總輻射能的該波段占其總輻射能的約約50%50%。（夜間

50、成象）。（夜間成象）第三節(jié)第三節(jié) 地球地球大氣對(duì)電磁輻射傳輸?shù)挠绊懘髿鈱?duì)電磁輻射傳輸?shù)挠绊?地球大氣從垂直方向可劃分成四層，對(duì)流層、平流地球大氣從垂直方向可劃分成四層，對(duì)流層、平流層、電離層和外大氣層。層、電離層和外大氣層。 大氣成分可分為不變成分和可變成分：大氣成分可分為不變成分和可變成分： 不變成分主要有氮、氧、氬、二氧化碳、氦、甲烷、不變成分主要有氮、氧、氬、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氫等（這些氣體在氧化氮、氫等（這些氣體在8080kmkm以下的相對(duì)比例保持不以下的相對(duì)比例保持不變，含量各不相同，空氣中不變成分的相對(duì)含量是氮占變，含量各不相同，空氣中不變成分的相對(duì)含量是氮占78.097

51、8.09，氧占，氧占20.95%20.95%，氬等其余氣體共占不到，氬等其余氣體共占不到1 1），）， 可變成分主要有臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、可變成分主要有臭氧、水蒸氣、液態(tài)和固態(tài)水（雨、霧、雪、冰等）、鹽粒、塵煙（這些氣體的含量隨高度、霧、雪、冰等）、鹽粒、塵煙（這些氣體的含量隨高度、溫度、位置而變?？勺兂煞种?，臭氧含量較少，水蒸氣溫度、位置而變?？勺兂煞种校粞鹾枯^少，水蒸氣含量不固定，在海平面潮濕的大氣中，水蒸氣含量可高含量不固定，在海平面潮濕的大氣中，水蒸氣含量可高達(dá)達(dá)2 2，液態(tài)和固態(tài)水含量也隨著氣象而變化。，液態(tài)和固態(tài)水含量也隨著氣象而變化。 ）。）。 （見（見1212、

52、1313頁）頁） 成分成分化學(xué)符號(hào)化學(xué)符號(hào)體積百分比體積百分比 氮氮 氧氧 氬氬 二氧化碳二氧化碳 氖氖 氦氦 甲烷甲烷 氪氪 氧化氮氧化氮 氫氫 氙氙 N2 O2 Ar CO2 Ne He CH4 Kr N2O H2 Xe78.08420.9460.9340.0321.818 x 10-35.24 x 10-42.0 x 10-41.14 x 10-45.0 x 10-35.0 x 10-39.0 x 10-5不變成分的不變成分的體積百分比體積百分比一一 大氣散射大氣散射 大氣中的粒子與細(xì)小微粒如煙、塵埃、霧霾、小水大氣中的粒子與細(xì)小微粒如煙、塵埃、霧霾、小水滴及氣溶膠等對(duì)大氣具有散射作用。

53、散射作用使在原傳滴及氣溶膠等對(duì)大氣具有散射作用。散射作用使在原傳播方向上的輻射強(qiáng)度減弱，增加了向其他各個(gè)方向的輻播方向上的輻射強(qiáng)度減弱，增加了向其他各個(gè)方向的輻射。稱為散射。散射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電磁波傳輸中遇到大射。稱為散射。散射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電磁波傳輸中遇到大氣微粒產(chǎn)生的一種衍射現(xiàn)象。氣微粒產(chǎn)生的一種衍射現(xiàn)象。 比值因子比值因子 q = 2/ ( 顆粒半徑，顆粒半徑， 波長波長) 大氣散射有以下三種情況：大氣散射有以下三種情況： （1）瑞利散射。當(dāng)大氣中粒子的直徑小于波長）瑞利散射。當(dāng)大氣中粒子的直徑小于波長1/10或更小時(shí)發(fā)生的散射。即或更小時(shí)發(fā)生的散射。即 q 3 討論討論 雨后、沙塵暴及雨后

54、、沙塵暴及清晨太陽呈紅色清晨太陽呈紅色的情況的情況電磁波與物質(zhì)相互作用后電磁波偏離原來的傳播方向電磁波與物質(zhì)相互作用后電磁波偏離原來的傳播方向瑞利散射瑞利散射米氏散射米氏散射 二二 大氣吸收大氣吸收 太陽輻射穿過大氣層時(shí)，大氣分子對(duì)電磁波的太陽輻射穿過大氣層時(shí)，大氣分子對(duì)電磁波的某些波段有吸收作用，吸收作用使輻射能量變成分某些波段有吸收作用，吸收作用使輻射能量變成分子的內(nèi)能，引起這些波段的太陽輻射強(qiáng)度衰減。子的內(nèi)能，引起這些波段的太陽輻射強(qiáng)度衰減。吸收分子吸收分子 吸收帶中心波長（吸收帶中心波長（m ）H2OCO2O2O3N2OCH4CO水滴水滴 0.94 1.14 1.38 1.87 2.7

55、 3.2 3.7 6.3 1.4 1.6 2.0 2.74 4.3 4.8 5.2 150.2 0.69 0.760.29 0.60 4.8 9.6 14 4.7 7.8 3.2 7.8 4.80.59 3.0 _為強(qiáng)為強(qiáng)吸收吸收三三 大氣折射、反射和透射大氣折射、反射和透射 大氣折射大氣折射 電磁波穿過大氣層時(shí)，除了吸收和散電磁波穿過大氣層時(shí)，除了吸收和散射兩種影響以外，還會(huì)產(chǎn)生傳播方向的改變，產(chǎn)生折射兩種影響以外，還會(huì)產(chǎn)生傳播方向的改變，產(chǎn)生折射現(xiàn)象。大氣的折射率與大氣圈層的大氣密度直接相射現(xiàn)象。大氣的折射率與大氣圈層的大氣密度直接相關(guān)。關(guān)。 大氣反射大氣反射 主要為云層，云層厚度會(huì)影響反

56、射率主要為云層，云層厚度會(huì)影響反射率反射同樣滿足反射定律反射同樣滿足反射定律 大氣透射現(xiàn)象大氣透射現(xiàn)象 太陽電磁輻射經(jīng)過大氣到達(dá)地面時(shí)，太陽電磁輻射經(jīng)過大氣到達(dá)地面時(shí)，可見光和近紅外波段電磁輻射被云層或其它粒子反射可見光和近紅外波段電磁輻射被云層或其它粒子反射的比例約占的比例約占30，散射約占，散射約占22，大氣吸收約占，大氣吸收約占17，透過大氣到達(dá)地面的能量僅占入射總能量的透過大氣到達(dá)地面的能量僅占入射總能量的31。反。反射、散射和吸收作用共同衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分射、散射和吸收作用共同衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分即為透過的部分。剩余強(qiáng)度越高，透過率越高。對(duì)遙即為透過的部分。剩余強(qiáng)度越高，透

57、過率越高。對(duì)遙感傳感器而言，透過率高的波段，才對(duì)遙感有意義。感傳感器而言，透過率高的波段，才對(duì)遙感有意義。四四 大氣窗口與遙感波譜通道大氣窗口與遙感波譜通道 電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射、吸收和散射的，電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射、吸收和散射的，透過率較高的波段透過率較高的波段 常用窗口常用窗口 1 1 反射窗口區(qū)反射窗口區(qū) 1 1） 0.3 - 1.3 0.3 - 1.3m m 紫外、可見光、紅外，白天作業(yè)，紫外、可見光、紅外，白天作業(yè)，攝影、掃描。攝影、掃描。 2 2） 1.5 - 1.7 1.5 - 1.7m m 和和 2.0 - 2.5 2.0 - 2.5 m m 白天作業(yè)，掃白天作業(yè)

58、，掃描。描。 2 2 反射和發(fā)射混合窗口區(qū)反射和發(fā)射混合窗口區(qū) 3 - 4 3 - 4mm和和 4.5 -5 4.5 -5 m m 全天侯作業(yè)。全天侯作業(yè)。 3 3 發(fā)射窗口區(qū)發(fā)射窗口區(qū) 1 1）8-14 8-14 m m 主要為夜間作業(yè)。主要為夜間作業(yè)。 2 2）微波區(qū)）微波區(qū) 主動(dòng)與被動(dòng)。（祥見主動(dòng)與被動(dòng)。（祥見1313頁）頁）第四節(jié)第四節(jié) 地物波譜特征地物波譜特征 地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長改變而變化的規(guī)地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長改變而變化的規(guī)律，稱為地物波譜。地物波譜是電磁輻射與地物相互作律，稱為地物波譜。地物波譜是電磁輻射與地物相互作用的結(jié)果。不同的物質(zhì)反射、透射、吸收、散射

59、和發(fā)射用的結(jié)果。不同的物質(zhì)反射、透射、吸收、散射和發(fā)射電磁波的能量是不同的，它們都具有本身特有的變化規(guī)電磁波的能量是不同的，它們都具有本身特有的變化規(guī)律，表現(xiàn)為地物波譜隨波長而變的特性，這些特性叫做律，表現(xiàn)為地物波譜隨波長而變的特性，這些特性叫做地物波譜特性。地物的波譜特征是遙感識(shí)別地物的基礎(chǔ)。地物波譜特性。地物的波譜特征是遙感識(shí)別地物的基礎(chǔ)。在遙感中，測量地物的反射波譜特性曲線主要有以下三在遙感中，測量地物的反射波譜特性曲線主要有以下三種作用種作用 ：其一，它是選擇遙感波譜段、設(shè)計(jì)遙感儀器的：其一，它是選擇遙感波譜段、設(shè)計(jì)遙感儀器的依據(jù)；其二，在外業(yè)測量中，它是選擇合適的飛行時(shí)間依據(jù)；其二，

60、在外業(yè)測量中，它是選擇合適的飛行時(shí)間的基礎(chǔ)資料；第三，它是有效地進(jìn)行遙感圖像數(shù)字處理的基礎(chǔ)資料；第三，它是有效地進(jìn)行遙感圖像數(shù)字處理的前提之一，是用戶判讀、識(shí)別、分析遙感影像的基礎(chǔ)。的前提之一，是用戶判讀、識(shí)別、分析遙感影像的基礎(chǔ)。 一一 地物的反射波譜地物的反射波譜一）地物的反射類別一）地物的反射類別物體對(duì)電磁波的反射有三種形式：物體對(duì)電磁波的反射有三種形式： 1 1 鏡面反射：鏡面反射是指物體的反射滿足反射定鏡面反射：鏡面反射是指物體的反射滿足反射定律，反射角律，反射角=入射角。當(dāng)發(fā)生鏡面反射時(shí)，對(duì)于不透明入射角。當(dāng)發(fā)生鏡面反射時(shí)，對(duì)于不透明物體，其反射能量等于入射能量減去物體吸收的能量。