第二章 電磁輻射與地物光譜

1、福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系第二章第二章 遙感物理基礎(chǔ)遙感物理基礎(chǔ) 2.1 2.1 電磁波與電磁輻射電磁波與電磁輻射 2.2 2.2 地物的波譜特征地物的波譜特征 2.3 2.3 大氣對(duì)遙感監(jiān)測(cè)的影響大氣對(duì)遙感監(jiān)測(cè)的影響 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（一）電磁波（一）電磁波 交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。（二）電磁波的特性（二）電磁波的特性 電磁波是橫波，傳播速度為電磁波是橫波，傳播速度為3 3108 108 m/sm/s，不需不需要媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)會(huì)有反射、要媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)會(huì)有反射、吸收、透射、散射等，并遵循

2、同一規(guī)律。吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。 第一節(jié)第一節(jié) 電磁波與電磁輻射電磁波與電磁輻射一、電磁波及其特性一、電磁波及其特性福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系 （一）電磁波譜（一）電磁波譜 按電磁波波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫電磁按電磁波波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。波譜。 依次為：依次為： 射線射線X X射線射線紫外線紫外線可見(jiàn)光可見(jiàn)光紅外線紅外線微波微波無(wú)線電波。無(wú)線電波。 電磁波譜示圖電磁波譜示圖 二、二、 電磁波譜與遙感監(jiān)測(cè)電磁波譜與遙感監(jiān)測(cè)福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系電磁波譜電磁波譜福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系o紫外線紫外線：波長(zhǎng)范

3、圍為0.010.38m，太陽(yáng)光譜中，只有0.30.38m波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在2000 m以下。o可見(jiàn)光可見(jiàn)光：波長(zhǎng)范圍：0.380.76m，人眼對(duì)可見(jiàn)光有敏銳的感覺(jué)，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。o紅外線紅外線：波長(zhǎng)范圍為0.761000m，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。o微波微波：波長(zhǎng)范圍為1 mm1 m，穿透性好，不受云霧的影響。（二）遙感技術(shù)常用的電磁波（二）遙感技術(shù)常用的電磁波福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（三）電磁輻射的度量單位（三）電磁輻射的度量單位o在遙感探測(cè)過(guò)程中，需要測(cè)量從目標(biāo)地物反射或輻射的電在遙感探測(cè)過(guò)程中，需要測(cè)量從目標(biāo)地

4、物反射或輻射的電磁波能量，為了定量描述電磁輻射，需要了解下面一些輻磁波能量，為了定量描述電磁輻射，需要了解下面一些輻射度量的術(shù)語(yǔ)及其定義。射度量的術(shù)語(yǔ)及其定義。o輻射能量（輻射能量（W）：電磁輻射的能量，單位是：電磁輻射的能量，單位是J。o輻射通量：在單位時(shí)間內(nèi)傳送的輻射能量（輻射通量：在單位時(shí)間內(nèi)傳送的輻射能量（W），是輻射），是輻射能流的單位。能流的單位。o輻射通量密度（輻射通量密度（E）：?jiǎn)挝幻娣e所截取的輻射能量。：?jiǎn)挝幻娣e所截取的輻射能量。o輻照度（輻照度（I）：被輻照的物體單位面積上的入射輻射通量。：被輻照的物體單位面積上的入射輻射通量。o輻射出射度（輻射出射度（M）：被輻照的物體單

5、位面積上出射的輻射：被輻照的物體單位面積上出射的輻射通量。輻照度與輻射出射度都是描述輻射能量的密度，前通量。輻照度與輻射出射度都是描述輻射能量的密度，前者描述物體接受的輻射，后者為物體發(fā)出的輻射。者描述物體接受的輻射，后者為物體發(fā)出的輻射。o輻射亮度（輻射亮度（L）：在單位立體角、單位時(shí)間內(nèi)，從外表面：在單位立體角、單位時(shí)間內(nèi)，從外表面的單位面積上輻射出的輻射能量。的單位面積上輻射出的輻射能量。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系三、電磁輻射源三、電磁輻射源 自然界中一切物體都是輻射源，也是遙感探測(cè)中自然界中一切物體都是輻射源，也是遙感探測(cè)中被動(dòng)遙感的主要輻射源。太陽(yáng)輻射是可見(jiàn)光及近被動(dòng)遙

6、感的主要輻射源。太陽(yáng)輻射是可見(jiàn)光及近紅外遙感的主要輻射源，地球是遠(yuǎn)紅外遙感的主紅外遙感的主要輻射源，地球是遠(yuǎn)紅外遙感的主要輻射源，地球是遠(yuǎn)紅外遙感的主要輻射源。主要輻射源，地球是遠(yuǎn)紅外遙感的主要輻射源。主動(dòng)式遙感采用人工輻射源，是微波遙感的主要輻動(dòng)式遙感采用人工輻射源，是微波遙感的主要輻射源。射源。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系o太陽(yáng)輻射：太陽(yáng)是遙感主要的輻射源，又叫太陽(yáng)光，在大氣上界太陽(yáng)輻射：太陽(yáng)是遙感主要的輻射源，又叫太陽(yáng)光，在大氣上界和海平面測(cè)得的太陽(yáng)輻射曲線如圖所示。和海平面測(cè)得的太陽(yáng)輻射曲線如圖所示。o從太陽(yáng)光譜曲線可以看出從太陽(yáng)光譜曲線可以看出()()：（一）太陽(yáng)輻射（一

7、）太陽(yáng)輻射福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系o太陽(yáng)輻射與地表的相互作用()o地物的反射率()o漫反射()o鏡面反射()太陽(yáng)輻射與地物的作用太陽(yáng)輻射與地物的作用n太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后，一部分反射，一部分吸收，一部太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即分透射，即： 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量反射能量吸收能量透到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量反射能量吸收能量透射能量射能量n地表反射的太陽(yáng)輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。地表反射的太陽(yáng)輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。n一般而言，絕大多數(shù)物體對(duì)可見(jiàn)光都不具備透射能力，一般而言，絕大多數(shù)物體對(duì)可見(jiàn)光都不具備

8、透射能力，而有些物體如水，對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，而有些物體如水，對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是特別是0. 450. 56m的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達(dá)可達(dá)1020 m，清澈水體可達(dá)清澈水體可達(dá)100 m的深度。的深度。n地表吸收太陽(yáng)輻射后具有約地表吸收太陽(yáng)輻射后具有約300 K的溫度，從而形成自身的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長(zhǎng)為的熱輻射，其峰值波長(zhǎng)為9.66 m，主要集中在長(zhǎng)波，主要集中在長(zhǎng)波，即即6 6mm以上的熱紅外區(qū)段。以上的熱紅外區(qū)段。地物在不同波段的反射率是不同的。地物在不同波段的反射率是不同的。反射率是可以測(cè)定

9、的。反射率是可以測(cè)定的。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。地物的反射光譜曲線：反射率隨波長(zhǎng)變化的曲線。地物的反射光譜曲線：反射率隨波長(zhǎng)變化的曲線。 不論入射方向如何，其反射出來(lái)的能量在各個(gè)方向是不論入射方向如何，其反射出來(lái)的能量在各個(gè)方向是一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各個(gè)方向反射的一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各個(gè)方向反射的能量大小不同。能量大小不同。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（二）地球的輻射（二）地球的輻射 地球的輻射主要是指地球自身的熱輻射，是遠(yuǎn)紅外遙感的主要輻射源。地球表面的平均溫度大約是300K，地球

10、輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)是9.66um，屬于遠(yuǎn)紅外波段。由于這種輻射與地表熱有關(guān)，所以也稱(chēng)為熱紅外遙感。地球輻射的能量分布在從近紅外到微波這一很寬的范圍內(nèi)，但大部分集中在630um，熱紅外遙感被廣泛應(yīng)用于地表地?zé)岙惓５奶綔y(cè)、城市熱島效應(yīng)及水體熱污染等方面的研究。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（三）太陽(yáng)輻射與地球輻射的關(guān)系（三）太陽(yáng)輻射與地球輻射的關(guān)系o太陽(yáng)輻射近似于溫度太陽(yáng)輻射近似于溫度6000K的黑體輻射，二地的黑體輻射，二地球輻射則接近于溫度為球輻射則接近于溫度為300K的黑體輻射。最大的黑體輻射。最大輻射波長(zhǎng)分別為輻射波長(zhǎng)分別為0.48um和和9.66um，兩者相差，兩者相差較遠(yuǎn)。較遠(yuǎn)。

11、波長(zhǎng)波長(zhǎng)/um波段名稱(chēng)波段名稱(chēng)輻射特性輻射特性0.32.5可見(jiàn)光和近紅外可見(jiàn)光和近紅外地表反射太陽(yáng)輻射地表反射太陽(yáng)輻射為主為主2.56中紅外中紅外地表反射太陽(yáng)輻射地表反射太陽(yáng)輻射和地表物體自身的和地表物體自身的熱輻射熱輻射6熱紅外熱紅外地表物體自身的熱地表物體自身的熱輻射為主輻射為主福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（四）人工輻射源（四）人工輻射源o人工輻射源人工輻射源指人為發(fā)射的具有一定波長(zhǎng)（或一定頻率）的波束，主動(dòng)式遙感采用人工輻射源。工作時(shí)根據(jù)接收地物散射該光束返回的后向反射信號(hào)強(qiáng)弱，從而探知地物或測(cè)距，稱(chēng)為雷達(dá)探測(cè)。雷達(dá)可分為微波雷達(dá)和激光雷達(dá)。在微波遙感中，目前常用的主要為測(cè)視

12、雷達(dá)。o微波輻射源微波輻射源在微波遙感中常用波段為0.830cm。由于微波波長(zhǎng)比可見(jiàn)光、紅外線波長(zhǎng)要長(zhǎng)，收到大氣散射影響小，使得微波遙感具有全天候全天時(shí)探測(cè)能力，在海洋遙感及多云多雨地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。o激光輻射源激光輻射源在遙感技術(shù)中逐漸得到應(yīng)用，其中應(yīng)用較為廣的為激光雷達(dá)。激光雷達(dá)使用脈沖激光器，可精確測(cè)定衛(wèi)星的位置、高度、速度等，也可測(cè)量地形、繪制地圖、記錄海面波浪情況，還可利用物體的散射性及熒光、吸收等性能監(jiān)測(cè)污染和勘察資源。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系o在可見(jiàn)光與近紅外波段，地表物體自身的輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽(yáng)輻射為主。太陽(yáng)輻射到達(dá)地面之后，物體除了反

13、射作用外，還有對(duì)電磁輻射的吸收作用。電磁輻射未被吸收和反射的其余部分則是透過(guò)的部分，即： 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量反射能量吸收能量透射能量o一般而言，絕大多數(shù)物體對(duì)可見(jiàn)光都不具備透射能力，而有些物體如水，對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波透射能力較強(qiáng)，特別是對(duì)0. 45 0. 56m的藍(lán)綠光波段，一般水體的透射深度可達(dá)1020 m，清澈水體可達(dá)100 m的深度。o對(duì)于一般不能透過(guò)可見(jiàn)光的地面物體，波長(zhǎng)5 cm的電磁波卻有透射能力，如超長(zhǎng)波的透射能力就很強(qiáng)，可以透過(guò)地面巖石和土壤。第二節(jié)第二節(jié) 地物波譜特性地物波譜特性福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（一）地物的反射率（一）地物的反射率 o反射率反射率 ：

14、物體反射的輻射能量物體反射的輻射能量P占總?cè)肷淠苷伎側(cè)肷淠芰苛縋0的百分比，稱(chēng)為反射率的百分比，稱(chēng)為反射率 ： o地物反射率的大小與入射電磁波的波長(zhǎng)，入地物反射率的大小與入射電磁波的波長(zhǎng)，入射角的大小以及地物表面顏色和粗糙度有關(guān)。射角的大小以及地物表面顏色和粗糙度有關(guān)。%1000PP一、地物的反射波譜特性與地物反射波譜曲線一、地物的反射波譜特性與地物反射波譜曲線福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（二）地物的反射波譜曲線（二）地物的反射波譜曲線 地物反射光譜地物反射光譜 ：地物的反射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律。地物的反射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律。o地物反射光譜曲線：地物反射光譜曲線：按地物反射率與波長(zhǎng)之

15、間關(guān)系繪成的曲線按地物反射率與波長(zhǎng)之間關(guān)系繪成的曲線（橫軸為波長(zhǎng)，縱軸為反射率）。（橫軸為波長(zhǎng)，縱軸為反射率）。o地物由于組成和結(jié)構(gòu)的不同因而具有不同的反射光譜特性。這地物由于組成和結(jié)構(gòu)的不同因而具有不同的反射光譜特性。這是遙感的基本出發(fā)點(diǎn)。是遙感的基本出發(fā)點(diǎn)。o不同地物在不同波段反射率存在著差異，因此在不同波段的遙不同地物在不同波段反射率存在著差異，因此在不同波段的遙感圖象上即呈現(xiàn)出不同的色調(diào)，這就是判讀識(shí)別各種地物的依感圖象上即呈現(xiàn)出不同的色調(diào)，這就是判讀識(shí)別各種地物的依據(jù)。設(shè)計(jì)傳感器探測(cè)波段的波長(zhǎng)范圍是通過(guò)分析比較地物光譜據(jù)。設(shè)計(jì)傳感器探測(cè)波段的波長(zhǎng)范圍是通過(guò)分析比較地物光譜數(shù)據(jù)而選擇設(shè)

16、置的。數(shù)據(jù)而選擇設(shè)置的。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系0100020003000400050003724535326136927728519291008波 長(zhǎng)反 射 值系列2系列3系列4福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系從雪、沙漠、濕地、小麥反射波譜曲線從雪、沙漠、濕地、小麥反射波譜曲線對(duì)反射波譜曲線的意義及應(yīng)用的幾點(diǎn)理對(duì)反射波譜曲線的意義及應(yīng)用的幾點(diǎn)理解：解：o（1）不同的地物具有不同的波譜特征。）不同的地物具有不同的波譜特征。o（2）根據(jù)區(qū)分的地物不同選擇不同波段的）根據(jù)區(qū)分的地物不同選擇不同波段的遙感影像。遙感影像。o（3）衛(wèi)星監(jiān)測(cè)

17、數(shù)據(jù)的波譜曲線是地物分類(lèi)）衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的波譜曲線是地物分類(lèi)的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。o（4）地面光譜反射曲線的測(cè)定是遙感數(shù)據(jù)）地面光譜反射曲線的測(cè)定是遙感數(shù)據(jù)分類(lèi)的基礎(chǔ)。分類(lèi)的基礎(chǔ)。o（5）地面波譜數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。）地面波譜數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。o（6）地面波譜曲線測(cè)量是本章實(shí)驗(yàn)的主要）地面波譜曲線測(cè)量是本章實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容。內(nèi)容。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（三（三) )不同地物的反射波譜曲線特征不同地物的反射波譜曲線特征 o（1 1、植被）、植被）o規(guī)律性明顯而獨(dú)特規(guī)律性明顯而獨(dú)特?？梢?jiàn)光波段可見(jiàn)光波段（0.40.76m）有一個(gè)小的反有一個(gè)小的反射峰，兩側(cè)有兩個(gè)吸收帶。這是因射峰，兩側(cè)有兩個(gè)吸收帶。

18、這是因?yàn)槿~綠素對(duì)藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，為葉綠素對(duì)藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對(duì)綠光反射作用強(qiáng)。而對(duì)綠光反射作用強(qiáng)。o在近紅外波段（在近紅外波段（0.70.8 rn）有一反射的有一反射的“陡陡坡坡”，至，至 1.lm附近有一附近有一峰值，形成植被的獨(dú)有特峰值，形成植被的獨(dú)有特征。這是由于植被葉細(xì)胞征。這是由于植被葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，除了吸收和結(jié)構(gòu)的影響，除了吸收和透射的部分，形成的高反透射的部分，形成的高反射率。射率。o在中紅外波段（在中紅外波段（1.32.5mm）受到綠色植物含受到綠色植物含水量的影響，吸收率大增，水量的影響，吸收率大增，反射率大大下降，特別是反射率大大下降，特別是在水的吸收帶形成低

19、谷。在水的吸收帶形成低谷。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系o植物波譜具有上述的基本特征，但仍有細(xì)部差別，這種差別與植物種類(lèi)、植物波譜具有上述的基本特征，但仍有細(xì)部差別，這種差別與植物種類(lèi)、季節(jié)、病蟲(chóng)害影響、含水量多少等有關(guān)系。為了區(qū)分植被種類(lèi)，需要對(duì)季節(jié)、病蟲(chóng)害影響、含水量多少等有關(guān)系。為了區(qū)分植被種類(lèi)，需要對(duì)植被波譜進(jìn)行研究。植被波譜進(jìn)行研究。9月20日玉米、大豆5月20日油菜、小麥不同種類(lèi)地物光譜不同福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系不同樹(shù)種的反射波譜福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系 （2 2）土壤反射波譜曲線）土壤反射波譜曲線o1 1）土質(zhì)粗細(xì)，越細(xì)，反射）土質(zhì)粗細(xì)

20、，越細(xì)，反射率越高；率越高；o2 2）有機(jī)質(zhì)，越高，反射率）有機(jī)質(zhì)，越高，反射率越低；越低；o3 3）含水量，越高，反射率）含水量，越高，反射率越低；越低；o4 4）土類(lèi)和肥力）土類(lèi)和肥力 不同質(zhì)地土壤反射光譜曲線福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系 （3 3）水體反射波譜曲線）水體反射波譜曲線o水體的反射主要在藍(lán)綠光水體的反射主要在藍(lán)綠光波段，其他波段吸收都很波段，其他波段吸收都很強(qiáng)，特別到了近紅外波段，強(qiáng)，特別到了近紅外波段，吸收就更強(qiáng)，所以水體在吸收就更強(qiáng)，所以水體在遙感影像上常呈黑色。但遙感影像上常呈黑色。但當(dāng)水中含有其他物質(zhì)時(shí)，當(dāng)水中含有其他物質(zhì)時(shí)，反射光譜曲線會(huì)發(fā)生變化。反射光

21、譜曲線會(huì)發(fā)生變化。水中含泥沙時(shí)，由于泥沙水中含泥沙時(shí)，由于泥沙散射，可見(jiàn)光波段反射率散射，可見(jiàn)光波段反射率會(huì)增加，峰值出現(xiàn)在黃紅會(huì)增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。水中含葉綠素時(shí)，近區(qū)。水中含葉綠素時(shí)，近紅外波段明顯抬升，這些紅外波段明顯抬升，這些都成為影像分析的重要依都成為影像分析的重要依據(jù)。據(jù)。不同葉綠素濃度的海水反射光譜曲線福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系 （4 4）巖石反射波譜曲線）巖石反射波譜曲線o巖石的反射波譜曲線無(wú)巖石的反射波譜曲線無(wú)統(tǒng)一的特征，礦物成分、統(tǒng)一的特征，礦物成分、礦物含量、風(fēng)化程度、礦物含量、風(fēng)化程度、含水狀況、顆粒大小、含水狀況、顆粒大小、表面光滑程度、色澤等表面光

22、滑程度、色澤等都會(huì)對(duì)曲線形態(tài)產(chǎn)生影都會(huì)對(duì)曲線形態(tài)產(chǎn)生影響。響。幾種巖石的反射波譜曲線福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系n 不同地物在不同波段反射率存在著差異，因此在不同不同地物在不同波段反射率存在著差異，因此在不同波段的遙感圖象上即呈現(xiàn)出不同的色調(diào)，這就是判讀識(shí)別波段的遙感圖象上即呈現(xiàn)出不同的色調(diào)，這就是判讀識(shí)別各種地物的依據(jù)。設(shè)計(jì)傳感器探測(cè)波段的波長(zhǎng)范圍是通過(guò)各種地物的依據(jù)。設(shè)計(jì)傳感器探測(cè)波段的波長(zhǎng)范圍是通過(guò)分析比較地物光譜數(shù)據(jù)而選擇設(shè)置的。分析比較地物光譜數(shù)據(jù)而選擇設(shè)置的。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（一）黑體輻射（一）黑體輻射1、普朗克公式：普朗克常數(shù)6.63*10-3

23、4Js 真空中的光速玻爾茲曼常數(shù)1.38*10-23J/K 輻射出射度波長(zhǎng)絕對(duì)溫度（K）二、地物的發(fā)射波譜特性與地物發(fā)射波譜曲線二、地物的發(fā)射波譜特性與地物發(fā)射波譜曲線福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系2 2、斯忒藩、斯忒藩- -玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律o絕對(duì)黑體的總輻射出射度與黑體絕對(duì)黑體的總輻射出射度與黑體的溫度的四次方成正比。的溫度的四次方成正比。 M=T4 為斯忒藩為斯忒藩- -玻爾茲曼常數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)， 5.6710-8Wm-2K-4 900K800K700K600K500K0.750.500.250 2 4 6 8 10 12 14 16 18/um M 福建師范大學(xué)地理科

24、學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系 1 1、基爾霍夫定律、基爾霍夫定律 （二）實(shí)際物體的輻射（二）實(shí)際物體的輻射o基爾霍夫在研究輻射傳輸過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：在任一給定的溫度下，地物單位基爾霍夫在研究輻射傳輸過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：在任一給定的溫度下，地物單位面積的輻射出射度和吸收率之比，對(duì)任何地物都是一個(gè)常數(shù)，并等于該面積的輻射出射度和吸收率之比，對(duì)任何地物都是一個(gè)常數(shù)，并等于該溫度下同面積黑體輻射出射度溫度下同面積黑體輻射出射度。 M0= Mi/ai ai = Mi/ M0 ? = Mi/ M0 ? a 由此可見(jiàn)，在給定的溫度下，任何地物的發(fā)射率在數(shù)值上等于同溫度大、同由此可見(jiàn)，在給定的溫度下，任何地物的發(fā)射率在數(shù)值上等于

25、同溫度大、同波長(zhǎng)下的吸收率，該公式還表明地物的吸收率愈大，發(fā)射率也愈。波長(zhǎng)下的吸收率，該公式還表明地物的吸收率愈大，發(fā)射率也愈。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系oM0= M/aM= a M0=? M0=?T4o由上式可知，只有已知地物的溫度和吸收率，就可以由上式可知，只有已知地物的溫度和吸收率，就可以確定地物的熱輻射強(qiáng)度。該公式表明地物的熱輻射強(qiáng)確定地物的熱輻射強(qiáng)度。該公式表明地物的熱輻射強(qiáng)度與溫度的四次方成正比，所以，地物微小的溫度差度與溫度的四次方成正比，所以，地物微小的溫度差異就會(huì)引起紅外輻射能量較明顯的變化。這種特征構(gòu)異就會(huì)引起紅外輻射能量較明顯的變化。這種特征構(gòu)成了紅外遙感的

26、理論依據(jù)。成了紅外遙感的理論依據(jù)。 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系2、發(fā)射率、發(fā)射率 指地物的輻射出射度（地物單位面積發(fā)出的輻射總指地物的輻射出射度（地物單位面積發(fā)出的輻射總通量）通量）Mi于同溫度的黑體輻射出射度（黑體單位面積發(fā)于同溫度的黑體輻射出射度（黑體單位面積發(fā)出的輻射總通量）出的輻射總通量）M0的比值的比值 ?Mi/M0福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系 地物的發(fā)射率與地物的性質(zhì)、表面狀況（如粗糙度、顏色等）地物的發(fā)射率與地物的性質(zhì)、表面狀況（如粗糙度、顏色等）有關(guān)且是溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)。有關(guān)且是溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)。n不同地物，發(fā)射率不同；不同地物，發(fā)射率不同；n同一地物

27、，其表面粗糙或顏色較深的，發(fā)射率往往較高，同一地物，其表面粗糙或顏色較深的，發(fā)射率往往較高，表面光滑或顏色淺的，發(fā)射率則較??；表面光滑或顏色淺的，發(fā)射率則較?。籲同一地物，溫度越高，發(fā)射率越大。同一地物，溫度越高，發(fā)射率越大。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系3、地物發(fā)射波譜、地物發(fā)射波譜 地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律稱(chēng)為地物的發(fā)射波譜。地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律稱(chēng)為地物的發(fā)射波譜。按地物發(fā)射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系繪成的曲線（橫坐標(biāo)按地物發(fā)射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系繪成的曲線（橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為總發(fā)射）稱(chēng)為地物發(fā)射波譜曲線。為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為總發(fā)射）稱(chēng)為地物發(fā)射波譜曲線。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)

28、院 地球信息科學(xué)系 大氣主要由氣體分子、懸浮的微粒、水蒸大氣主要由氣體分子、懸浮的微粒、水蒸氣、水滴等組成。氣、水滴等組成。 氣體：氣體：N N2 2，O O2 2，H H2 2O O，COCO2 2，COCO，CHCH4 4，O O3 3 懸浮微粒：塵埃懸浮微粒：塵埃（一）大氣成分（一）大氣成分第三節(jié)第三節(jié) 大氣對(duì)遙感監(jiān)測(cè)的影響大氣對(duì)遙感監(jiān)測(cè)的影響一、大氣成分與結(jié)構(gòu)一、大氣成分與結(jié)構(gòu)福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系（二）大氣結(jié)構(gòu)（二）大氣結(jié)構(gòu)從地面到大氣上界，大氣的結(jié)構(gòu)分層為：從地面到大氣上界，大氣的結(jié)構(gòu)分層為：對(duì)流層：高度在對(duì)流層：高度在7 712 12 km,km,溫度隨高度而降

29、低，天氣變化頻繁，航空遙感主要溫度隨高度而降低，天氣變化頻繁，航空遙感主要在該層內(nèi)。在該層內(nèi)。平流層：高度在平流層：高度在121250 50 kmkm，底部為同溫層（航空遙感活動(dòng)層），同溫層以上，底部為同溫層（航空遙感活動(dòng)層），同溫層以上，溫度由于臭氧層對(duì)紫外線的強(qiáng)吸收而逐漸升高。溫度由于臭氧層對(duì)紫外線的強(qiáng)吸收而逐漸升高。電離層：高度在電離層：高度在50501 000 1 000 kmkm，大氣中的大氣中的O O2 2、N N2 2受紫外線照射而電離，對(duì)遙感受紫外線照射而電離，對(duì)遙感波段是透明的，是陸地衛(wèi)星活動(dòng)空間。波段是透明的，是陸地衛(wèi)星活動(dòng)空間。大氣外層：大氣外層：80080035 000

30、 35 000 km ,km ,空氣極稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒(méi)有影響?？諝鈽O稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒(méi)有影響。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系二、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響二、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響o太陽(yáng)輻射進(jìn)入地球之前必然通過(guò)大氣層，太陽(yáng)輻射與大氣相互作用的結(jié)果使能量不斷減弱，約30%被云層和其它大氣成分反射回宇宙空間，約17%被大氣吸收，約22%被大氣散射，僅有31%的太陽(yáng)輻射輻射到地面。其中，反射作用影響最大，這是因?yàn)樵茖拥姆瓷鋵?duì)電磁波各波段均有強(qiáng)烈影響，造成對(duì)遙感信息接收的嚴(yán)重障礙。因此，目前在大多遙感方式中，都只考慮無(wú)云天氣情況下的大氣散射、吸收的衰減作用。福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 地球信息科學(xué)系o（一）大氣的反射作用（一）大氣的反射作用 電磁波傳播過(guò)程中的反射現(xiàn)象主要發(fā)生在云層頂部，取決于云量和云霧，使用波段