《遙感輻射傳輸理論》課程教學(xué)大綱

1、遙感輻射傳輸理論Radiation Transfer Principle for Remote Sensing課程基本情況課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課課程學(xué)分： 3 學(xué)分課程總學(xué)時： 48 學(xué)時，其中講課： 48 學(xué)時，實驗（含上機）： 0 學(xué)時，課外 0 學(xué)時課程性質(zhì)： 必修開課學(xué)期： 第3學(xué)期先修課程：大氣科學(xué)概論適用專業(yè)： 遙感科學(xué)與技術(shù)教 材： 無合適教材開課單位：地理與遙感學(xué)院 遙感科學(xué)與技術(shù)系二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標和任務(wù)遙感輻射傳輸理論是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)課，系專業(yè)必修課程。本門課程通過介紹電磁輻射傳輸過程及其理論、方法，重點討論電磁輻射傳輸方程及其求解算法，闡述電磁輻射

2、傳輸在遙感成像機理中的作用。為根據(jù)大氣和地表介質(zhì)在電磁輻射傳輸中的不同特征，利用遙感影像反演大氣和地表的物理狀態(tài)參數(shù)以及成分結(jié)構(gòu)提供理論基礎(chǔ)。要求重點掌握大氣的輻射傳輸基本知識；太陽輻射在大氣中的吸收和散射理論；大氣中的熱紅外輻射傳輸理論；電磁輻射傳輸方程及其求解方法；輻射傳輸原理對遙感探測的應(yīng)用等內(nèi)容，并能結(jié)合實際，用輻射理論解釋一些自然現(xiàn)象。三、教學(xué)內(nèi)容和要求第1章 太陽輻射的基礎(chǔ)知識 （10學(xué)時）1.1 遙感輻射傳輸過程 （1學(xué)時）（1）了解常用衛(wèi)星遙感圖像及特征，地物反射光譜和反射率的概念，太陽輻射在遙感中的作用； （2）理解太陽輻射在衛(wèi)星遙感成像時的衰減過程；（3）掌握大氣頂層表觀反

3、射率的計算公式；重點：太陽輻射在衛(wèi)星遙感成像中的作用難點：無1.2 太陽輻射（2學(xué)時）（1）了解太陽的基本特性，了解日地距離、日射分布特征； （2）理解太陽光譜的特征、太陽常數(shù)的概念及其測量方法、大氣的垂直分層的特征；（3）掌握太陽幾何位置的描述和計算方法；重點：太陽光譜的特征、太陽幾何位置的計算方法難點：無1.3 電磁波及其特性（2學(xué)時）（1）了解電磁波的相關(guān)概念、電磁光譜的范圍、（2）理解電磁波與其它波的聯(lián)系和區(qū)別，電磁波的特性及其表征參量，電磁波譜的概念，遙感常用的電磁波波段，（3）掌握電磁輻射度量的相關(guān)概念，重點：電磁波的特性及其表征參量難點：無1.4 電磁輻射度量（2學(xué)時）（1）了解

4、電磁輻射源的分類；（2）理解電磁輻射度量的相關(guān)概念；（3）掌握不同電磁輻射度量物理量的區(qū)別；重點：電磁波的特性及其表征參量難點：無1.5、電磁輻射原理（3學(xué)時）（1）理解黑體概念；理解發(fā)射率的定義及其影響因素；（2）掌握普朗克輻射定律、斯忒藩-玻爾茲曼定律、維恩位移定律、基爾霍夫定律；掌握不同定律的應(yīng)用；重點：電磁輻射的定律難點：熟練掌握電磁輻射定律的應(yīng)用第2章 太陽輻射的在大氣中的傳輸 （10學(xué)時）2.1 地球大氣的成分和結(jié)構(gòu)（2學(xué)時）（1）了解大氣化學(xué)成分；（2）理解大氣層熱力結(jié)構(gòu)、大氣化學(xué)成分的來源和分布特征；重點：大氣化學(xué)成分的分布特征難點：無2.2 大氣分子的吸收（2學(xué)時）（1）了解

5、大氣分子結(jié)構(gòu)、大氣分子吸收光譜的形成、（2）理解度量大氣吸收強度的物理含義、大氣窗口、以及衛(wèi)星遙感的大氣窗口；（3）掌握大氣在紫外、可見光、紅外波段的吸收帶；重點：大氣吸收強度的物理含義；大氣的吸收帶難點：無2.3 大氣分子的瑞利散射（3學(xué)時）（1）了解大氣的散射現(xiàn)象；（2）理解反射、散射和折射的區(qū)別與聯(lián)系、散射的特點、獨立散射的原理、散射的分類、偏振現(xiàn)象、散射強度公式的推導(dǎo)、瑞利散射的應(yīng)用；（3）掌握瑞利散射的條件、瑞利散射的參數(shù)（相函數(shù)、散射通量、散射截面、極化率、光學(xué)厚度）。重點：瑞利散射的條件及其參數(shù)；難點：瑞利散射強度公式的推導(dǎo)；2.4 大氣粒子的米氏散射（3學(xué)時）（1）了解大氣粒子

6、與電磁輻射的相互作用機制、氣溶膠來源、形成和清除機制、氣溶膠類型；（2）理解大氣氣溶膠的概念，氣溶膠的譜分布函數(shù)，氣溶膠的模態(tài)和濃度，米氏散射公式、特點、與瑞利散射的區(qū)別；（3）掌握氣溶膠的容格譜分布函數(shù)、氣溶膠光學(xué)特性及其參數(shù)化、云光學(xué)特性及其參數(shù)化重點：氣溶膠容格譜分布函數(shù)、氣溶膠和云光學(xué)特性及其參數(shù)化；難點：米氏散射公式的推導(dǎo)；第3章 熱紅外輻射在大氣中的傳輸 （10學(xué)時）3.1熱紅外光譜和溫室效應(yīng) （0.5學(xué)時）（1）了解地球和大氣熱輻射特性，大氣效應(yīng)； 重點：地球和大氣熱輻射特性難點：無3.2熱紅外遙感的輻射傳輸過程 （1.5學(xué)時）（1）理解熱紅外遙感的輻射傳輸過程，理解地表輻射、大

7、氣上行熱輻射和下行熱輻射、大氣透射率的概念； 重點：熱紅外遙感的輻射傳輸過程難點：無3.3 大氣熱輻射亮度的計算 （2學(xué)時）（1）了解大氣上行熱輻射與下行熱輻射量大小關(guān)系；（2）理解熱輻射傳輸方程求解過程，大氣熱輻射亮度的確定方法；（3）掌握用輻射傳輸模型模擬大氣熱輻射亮度的方法；重點：大氣熱輻射亮度的確定方法；難點：熱輻射傳輸方程求解方法；3.4 大氣熱輻射透射率的計算 （3學(xué)時）（1）了解大氣透射率的k分布法、單譜線模式和譜帶模式；（2）理解逐線積分法，理解影響大氣熱輻射透射率的因素；（3）掌握用輻射傳輸模型模擬大氣熱輻透射率的方法、透射率的經(jīng)驗統(tǒng)計模式；重點：大氣熱輻射透射率的影響因素；

8、透射率的經(jīng)驗統(tǒng)計模式；難點：熱輻射透射率的逐線積分法；3.5 地表發(fā)射率的確定 （3學(xué)時）（1）了解利用紅外光譜儀測量地表發(fā)射率的方法，衛(wèi)星遙感反演地表發(fā)射率的方法；（2）掌握歸一化植被指數(shù)法、溫度-發(fā)射率分離法反演地表發(fā)射率的過程；重點：歸一化植被指數(shù)法、溫度-發(fā)射率分離法反演地表發(fā)射率的過程；難點：無第4章大氣輻射傳輸方程求解 （10學(xué)時）4.1大氣輻射傳輸方程的表示形式 （1.5學(xué)時）（1）理解輻射在介質(zhì)中傳輸?shù)囊话阈问剑焕斫庖痪S水平均勻大氣輻射傳輸方程的表示形式、參數(shù)的物理意義；大氣輻射傳輸方程的邊界條件；重點：一維水平均勻大氣輻射傳輸方程中參數(shù)的物理意義；難點：一維水平均勻大氣輻射傳

9、輸方程的表示形式；4.2 大氣輻射傳輸方程的求解 （2.5學(xué)時）（1）理解輻射場的分解、理解輻射傳輸方程求解方法：逐級散射法、離散坐標法和二流近似解法；理解考慮地表BRDF的輻射傳輸方程的近似表達；（3）掌握逐級散射法、離散坐標法和二流近似解法的基本思想和步驟。重點：3種輻射傳輸方程解法的基本思想和步驟；難點：3種輻射傳輸方程解法的基本算法；4.3 輻射傳輸模型6S （3 學(xué)時）（1）了解輻射傳輸模型6S的基礎(chǔ)知識；（2）理解輻射傳輸模型6S的基本原理，利用6S進行遙感圖像大氣校正的方法；（3）掌握輻射傳輸模型6S的基本操作；重點：掌握輻射傳輸模型6S的基本操作；難點：理解輻射傳輸模型6S的基

10、本原理；4.4 輻射傳輸模型MODTRAN （3 學(xué)時）（1）了解輻射傳輸模型MODTRAN的基礎(chǔ)知識；（2）理解輻射傳輸模型MODTRAN的基本原理，利用MODTRAN模擬大氣透射率和輻射亮度；（3）掌握輻射傳輸模型MODTRAN的基本操作；重點：掌握輻射傳輸模型MODTRAN的基本操作；難點：理解輻射傳輸模型MODTRAN的基本原理；第5章 輻射傳輸原理在遙感探測的應(yīng)用 （8學(xué)時）5.1 利用太陽光進行遙感 （4學(xué)時）（1）了解具有可見-近紅外通道進行大氣氣溶膠和總水汽量遙感的衛(wèi)星傳感器；（2）理解利用可見-近紅外波段進行大氣氣溶膠光學(xué)厚度和總水汽量遙感的基本原理和方法；（3）掌握大氣氣溶膠光學(xué)厚度和總水汽量遙感的基本步驟；重點：大氣氣溶膠光學(xué)厚度和總水汽量遙感的基本原理和方法難點：無5.2 利用發(fā)射的紅外輻射進行遙感 （4學(xué)時）（1）了解具有紅外熱紅外通道進行大氣溫度廓線、總水汽量和云遙感的衛(wèi)星傳感器；（2）理解熱紅外數(shù)據(jù)進行大氣溫度廓線、總水汽量和云遙感的原理和方法；（3）掌握大氣溫度廓線、總水汽量和云遙感的的基本步驟；重點：大氣溫度廓線、總水汽量和云遙感的基本原理和方法；難點：無四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)：5次，課程論文： 0 篇；（2）考核方式：閉卷考試（3）總評成績計算方式：平時成績占總成績的0-10%、實驗成績占0-