教案2電磁輻射與地物光譜特征1課件

教案2電磁輻射與地物光譜特征1教案2電磁輻射與地物光譜特征11電磁輻射與地物光譜特征§1

遙感的電磁波原理

§2

太陽(yáng)輻射與大氣的作用

§3

地球（地物）輻射特征

§4

微波輻射與雷達(dá)遙感§5彩色合成原理

電磁輻射與地物光譜特征§1遙感的電磁波原理2電磁波

交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。描述電磁波特性的指標(biāo)波長(zhǎng)、頻率、振幅、位相等。電磁波的特性

電磁波是橫波，傳播速度為3×108m/s，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、吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。

1遙感的電磁波原理電磁波1遙感的電磁波原理3

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波譜。依次為：γ射線—X射線—紫外線—可見(jiàn)光—紅外線—微波—無(wú)線電波。

目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于可見(jiàn)光、紅外和微波波譜區(qū)間。由于它們的波長(zhǎng)或頻率不同，不同電磁波又表現(xiàn)出各自的特性和特點(diǎn)?？梢?jiàn)光、紅外和微波遙感，就是利用不同電磁波的特性。電磁波與地物相互作用特點(diǎn)與過(guò)程，是遙感成像機(jī)理探討的主要內(nèi)容。電磁波譜目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于4電磁波譜示圖電磁波譜示圖5紫外線：波長(zhǎng)范圍為～，太陽(yáng)光譜中，只有～波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在2000m以下?？梢?jiàn)光：波長(zhǎng)范圍：～，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。紅外線：波長(zhǎng)范圍為～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。微波：波長(zhǎng)范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。遙感應(yīng)用的電磁波波譜段紫外線：波長(zhǎng)范圍為～，太陽(yáng)光譜中，只有～波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)6近紅外：0.76～3.0μm，與可見(jiàn)光相似。中紅外：3.0～6.0μm，地面常溫下的輻射波長(zhǎng)，有熱感，又叫熱紅外。遠(yuǎn)紅外：6.0～15.0μm，地面常溫下的輻射波長(zhǎng)，有熱感，又叫熱紅外。超遠(yuǎn)紅外：15.0～1000μm，多被大氣吸收，遙感探測(cè)器一般無(wú)法探測(cè)。紅外線的劃分近紅外：0.76～3.0μm，與可見(jiàn)光相似。紅外7電磁輻射的度量1、輻射測(cè)量（radiometry），以伽瑪射線到電磁波的整個(gè)波段范圍為對(duì)象的物理輻射量的測(cè)定，其度量單位見(jiàn)下表。電磁輻射的度量1、輻射測(cè)量（radiometry），以伽瑪射82、光度測(cè)量（photometry），由人眼的視覺(jué)特性（標(biāo)準(zhǔn)光度觀察）評(píng)價(jià)的物理輻射量的測(cè)定，其度量單位見(jiàn)下表。電磁輻射的度量2、光度測(cè)量（photometry），由人眼的視覺(jué)特性（標(biāo)準(zhǔn)9黑體輻射

絕對(duì)黑體

如果一個(gè)物體在任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于1），則這個(gè)物體稱為絕對(duì)黑體。黑體輻射特性（1）黑體輻射出射度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，每條曲線只有一個(gè)最大值。（2）溫度愈高，黑體的輻射出射度也愈大，不同溫度的曲線是不相交的。絕對(duì)黑體的總輻射出射度與黑體溫度的4次方成正比。（斯忒藩—玻爾茲曼定律）（3）黑體輻射光譜中最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)與黑體絕對(duì)溫度成反比。（維恩位移定律）。隨著溫度的升高，輻射最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)移向短波方向。

黑體輻射絕對(duì)黑體10實(shí)際物體的輻射

對(duì)于實(shí)際物體，都可以看作輻射源。如果物體的吸收本領(lǐng)大，它的發(fā)射本領(lǐng)也大，即越接近黑體輻射。實(shí)際物體的輻射比黑體輻射弱，而且隨波長(zhǎng)不同而不同。黑體輻射實(shí)際物體的輻射黑體輻射112太陽(yáng)輻射與大氣的作用

太陽(yáng)輻射大氣結(jié)構(gòu)大氣成分大氣吸收作用大氣散射作用大氣窗口請(qǐng)大家討論一下全球變化，哪些大氣成分是惡魔？2太陽(yáng)輻射與大氣的作用太陽(yáng)輻射請(qǐng)大家討論一下全球12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。從太陽(yáng)光譜曲線可以看出(…)：太陽(yáng)輻射太陽(yáng)光譜相當(dāng)于6000K的黑體輻射；太陽(yáng)輻射的能量主要集中在可見(jiàn)光，其中0.38～0.76μm的可見(jiàn)光能量占太陽(yáng)輻射總能量的46%，最大輻射強(qiáng)度位于波長(zhǎng)0.47μm左右；到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射主要集中在0.3～3.0μm波段，包括近紫外、可見(jiàn)光、近紅外和中紅外；經(jīng)過(guò)大氣層的太陽(yáng)輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。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13Tobecontinued…地面的太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)(nm)大氣上界太陽(yáng)輻照度海平面太陽(yáng)輻照度太陽(yáng)光譜輻照度Tobecontinued…地面的太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)(nm)大14大氣物理狀況的物理量一般有氣壓，大氣溫度和大氣濕度它們?cè)诖怪狈较蛏系淖兓h(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平方向上的梯度，所以在大氣效應(yīng)糾正中大量假定大氣具有水平均一，垂直分層結(jié)構(gòu)。氣壓隨高度是以負(fù)指數(shù)形式遞減。大氣層次與成分大氣物理狀況的物理量一般有氣壓，大氣溫度和大氣濕度它們?cè)诖怪?5大氣層次大氣厚度約為1000km,從地面到大氣上界，可垂直分為4層：對(duì)流層：高度在7～12km,溫度隨高度而降低，空氣明顯垂直對(duì)流，天氣變化頻繁，航空遙感主要在該層內(nèi)。上界隨緯度和季節(jié)而變化。平流層：高度在12～50km，沒(méi)有對(duì)流和天氣現(xiàn)象。底部為同溫層（航空遙感活動(dòng)層），同溫層以上為暖層，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50～1000km，大氣中的O2、N2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。大氣外層：800～35000km,空氣極稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒(méi)有影響。大氣層次16

大氣是由多種氣體及氣溶膠所組成的混合物。氣體：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3氣溶膠大氣的成分可分為常定成分（N2，O2，CO2等）與可變成分兩個(gè)部分（水汽，氣溶膠）。大氣成分大氣成分17O3臭氧主要分布在10～50km的平流層大氣中，極大值出現(xiàn)在20～25km處，對(duì)流層中的臭氧含量不到十分之一。臭氧的總含量具有明顯的地域分布特征及季節(jié)變化，在赤道上空臭氧含量最少，在高緯度地區(qū)60°～70°區(qū)域內(nèi)達(dá)到極大值。70年代，近極地上空臭氧層厚度是很大的，但隨著時(shí)間發(fā)展，臭氧層厚度逐漸在減小，目前在南極上空已形成臭氧空洞。O3臭氧主要分布在10～50km的平流層大氣中，極大值出現(xiàn)在18大氣對(duì)輻射的吸收真正對(duì)電磁波傳播起重要吸收作用的是一些非常少量的氣體，其中作用最為顯著的有臭氧，二氧化碳，甲烷和水汽。大氣中的各種成分對(duì)太陽(yáng)輻射有選擇性吸收，形成太陽(yáng)輻射的大氣吸收帶（如下表）。

大氣對(duì)輻射的吸收真正對(duì)電磁波傳播起重要吸收作用的是一些非常少19大氣的吸收作用O2吸收帶<0.2μm，0.155μm最強(qiáng)O3吸收帶0.2～0.36μm，0.6μmH2O吸收帶0.5～0.9μm,0.95～2.85μm，6.25μmCO2吸收帶1.35～2.85μm,2.7μm,4.3μm,14.5μm塵埃吸收量很小大氣的吸收作用O2吸收帶<0.2μm，0.155μm最強(qiáng)O20

大氣散射散射的概念：電磁波與物質(zhì)相互作用后電磁波偏離原來(lái)的傳播方向的一種現(xiàn)象。不同于吸收作用，只改變傳播方向，不能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。大氣的散射是太陽(yáng)輻射衰減的主要原因。對(duì)遙感圖像來(lái)說(shuō)，降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊不清。散射主要發(fā)生在可見(jiàn)光區(qū)。大氣發(fā)生的散射主要有三種：瑞利散射：d<<λ米氏散射：d≈λ非選擇性散射：d>>λ大氣散射散射的概念：電磁波與物質(zhì)相互作用后電磁波偏離原來(lái)的傳21瑞利散射：由于氣體分子的尺度遠(yuǎn)小于光波的波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的散射，屬小顆粒散射。小顆粒散射的特征：（1）散射光強(qiáng)度與波長(zhǎng)4次方成反比，由此可以解釋天空為什么呈藍(lán)色。（2）如果入射光的為自然光，散射光的相函數(shù)為（1＋cos2Q)。（3）當(dāng)Q取0或180°時(shí)，散射光的偏振度為0。（4）當(dāng)Q取90°時(shí)，散射光的偏振度為1（線偏振），其它角度為部分偏振光。大氣散射瑞利散射：由于氣體分子的尺度遠(yuǎn)小于光波的波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的散射，屬22米氏散射：大氣中的氣溶膠顆粒，云滴，雨云滴等的直徑與入射光的波長(zhǎng)可以比擬或大于入射光的波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的散射。米氏散射的特征：（1）電磁波可以穿透介質(zhì)表面而深入到散射顆粒的內(nèi)部。（2）由于顆粒尺度與波長(zhǎng)可以比擬，所以顆粒的不同部位往往處在不同的電場(chǎng)強(qiáng)度下，導(dǎo)致誘發(fā)電流的產(chǎn)生，一方面這高度電流會(huì)產(chǎn)生高變的磁場(chǎng)，另一方面電流的存在意味著焦耳熱損耗的出現(xiàn)——電磁波的吸收。大氣散射米氏散射：大氣中的氣溶膠顆粒，云滴，雨云滴等的直徑與入射光的23無(wú)選擇散射：大氣粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)發(fā)生的散射，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，在符合無(wú)選擇散射的條件的波段中，任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度相同。

大氣散射無(wú)選擇散射：大氣粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)發(fā)生的散射，散射強(qiáng)度24大氣散射的特點(diǎn)群體散射強(qiáng)度是個(gè)體散射強(qiáng)度的線性和。大氣散射系數(shù)與高度的關(guān)系：—大氣散射系數(shù)由分子散射和氣溶膠散射兩部分組成?！?dú)馊苣z顆粒密度隨高度呈指數(shù)衰減?！推骄鶢顩r而言，4km以下的氣溶膠米氏散射占優(yōu)勢(shì)，4km以上的分子散射占相對(duì)優(yōu)勢(shì)。分子散射與氣溶膠散射光強(qiáng)之比隨角度和能見(jiàn)度的變化規(guī)律。

大氣散射的特點(diǎn)群體散射強(qiáng)度是個(gè)體散射強(qiáng)度的線性和。25大氣折射與反射折射現(xiàn)象：電磁波傳過(guò)大氣層時(shí)出現(xiàn)傳播方向的改變，大氣密度越大，折射率越大。反射現(xiàn)象：電磁波在傳播過(guò)程中，通過(guò)兩種介質(zhì)的交界面時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，反射現(xiàn)象出要出現(xiàn)在云頂（云造成的噪聲）。大氣折射與反射折射現(xiàn)象：電磁波傳過(guò)大氣層時(shí)出現(xiàn)傳播方向的改變26太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣傳輸時(shí)，反射，吸收和散射共同衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分即為透過(guò)的部分。由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽(yáng)輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。電磁波通過(guò)大氣層時(shí)較少被反射，吸收和散射的，透射率較高的波段稱為大氣窗口。（對(duì)地遙感要用的部分）

大氣窗口太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣傳輸時(shí)，反射，吸收和散射共同衰減了輻射強(qiáng)度，27大氣窗口主要光譜波段大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外、可見(jiàn)光、近紅外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.5～1.8μm80TM5近-中紅外2.0～3.5μm80TM7中紅外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR遠(yuǎn)紅外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat大氣窗口主要光譜波段大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外、可見(jiàn)28在可見(jiàn)光和近紅外波段，太陽(yáng)輻射30％被云或其它粒子反射，22％被散射，17％被吸收，到達(dá)地面能量31％。

大氣透射的定量分析在可見(jiàn)光和近紅外波段，太陽(yáng)輻射30％被云或其它粒子反射，2229光學(xué)厚度

光學(xué)厚度：電磁波沿某一路徑長(zhǎng)度的總衰減系數(shù)，波長(zhǎng)的函數(shù)（無(wú)因次量）。

大氣的總光學(xué)厚度：在某一垂直路徑上，從大氣頂層到地表的總衰減系數(shù)。

光學(xué)厚度光學(xué)厚度光學(xué)厚度30透過(guò)率——通過(guò)大氣后的輻照度與通過(guò)大氣前的輻照度之比。

大氣透射的定量描述透過(guò)率大氣透射的定量描述31太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣并被地表反射（有用的）；太陽(yáng)輻射被大氣散射后被地表反射（糾正后有用）；太陽(yáng)輻射被大氣散射后直接進(jìn)入傳感器；太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣被地物反射后又被地表發(fā)射進(jìn)入傳感器；被視場(chǎng)以外地物反射后進(jìn)入視場(chǎng)的交叉輻射項(xiàng)。

太陽(yáng)光在地—?dú)庀到y(tǒng)的吸收、散射過(guò)程中對(duì)遙感的作用太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣并被地表反射（有用的）；太陽(yáng)光在地—?dú)庀到y(tǒng)的32太陽(yáng)輻射與地表的相互作用(…)地物的反射率(…)漫反射(…)鏡面反射(…)3地球輻射特征太陽(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：

到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量地表反射的太陽(yáng)輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。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)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0.45~0.56μm的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達(dá)10～20m，清澈水體可達(dá)100m的深度。地表吸收太陽(yáng)輻射后具有約300K的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長(zhǎng)為9.66μm，主要集中在長(zhǎng)波，即6μm以上的熱紅外區(qū)段。

反射率（ρ）：地物的反射能量與入射總能量的比，即ρ=(Pρ/P

0)×100%。地物在不同波段的反射率是不同的。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)。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。

物體的反射滿足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探測(cè)到電磁波，水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時(shí)很亮，有時(shí)很暗，就是這個(gè)原因造成的。

太陽(yáng)輻射與地物的相互作用太陽(yáng)輻射與地表的相互作用(…)3地球輻射特征太陽(yáng)輻射到33

地球的輻射與地物波譜(1)地球的輻射源(2)地球輻射的特性（分段特性）(3)地物波譜的特征（反射波譜特征）(4)地物波譜特性的測(cè)量(5)微波輻射與雷達(dá)遙感

地球的輻射與地物波譜(1)地球的輻射源34地球輻射地球輻射：地球表面和大氣電磁輻射的總稱。地球輻射是被動(dòng)遙感中傳遞地物信息的載體。裝載在航天航空平臺(tái)上的遙感器，接受來(lái)自地球輻射攜帶的地物信息，經(jīng)過(guò)處理形成遙感影像。地球輻射地球輻射：地球表面和大氣電磁輻射的總稱。35被動(dòng)遙感的輻射源太陽(yáng)輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在～波段之間。（可見(jiàn)光和近紅外）地球自身熱輻射近似300K的黑體輻射，能量集中在以上的波段。（熱紅外）

被動(dòng)遙感的輻射源太陽(yáng)輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在36在～波段（主要在可見(jiàn)光和近紅外波段），地表以反射太陽(yáng)輻射為主，地球自身的輻射可以忽略。即在該波段范圍內(nèi)，對(duì)地觀測(cè)遙感主要以太陽(yáng)的短波輻射對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)和成像。在～波段（主要在中紅外波段），地表反射太陽(yáng)輻射和地球自身的熱輻射均為被動(dòng)遙感的輻射源。在以上的熱紅外波段，以地球自身的熱輻射為主，地表反射太陽(yáng)輻射可以忽略。（熱紅外成像）

地球輻射的特性地球輻射的分段特性在～波段（主要在可見(jiàn)光和近紅外波段），地表以反射太陽(yáng)輻射為主37了解地球輻射的分段特性的意義可見(jiàn)光和近紅外波段遙感圖像上的信息來(lái)自地物反射特性。中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽(yáng)輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。熱紅外波段遙感圖像上的信息來(lái)自地球自身的熱輻射特性。

地球輻射的特性了解地球輻射的分段特性的意義可見(jiàn)光和近紅外波段遙感圖像上的信38地物波譜：地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長(zhǎng)改變而變化的規(guī)律，稱為地表物體波譜，簡(jiǎn)稱地物波譜。地物波譜特性是電磁輻射與地物相互作用的一種表現(xiàn)。地物波譜的作用：不同類型的地物，其電磁波響應(yīng)的特性不同，因此地物波譜特征是遙感識(shí)別地物的基礎(chǔ)。

地物波譜地球輻射的特性地物波譜：地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長(zhǎng)改變而變化的規(guī)律，稱39不同電磁波段中地物波譜特性可見(jiàn)光和近紅外波段：主要表現(xiàn)地物反射作用和地物的吸收作用。（樹(shù)葉蒼翠欲滴、水下溫度）熱紅外波段：主要表現(xiàn)地物熱輻射作用。（熱紅外靈敏遙感器夜間成像河流為亮色條帶，但熱紅外白天成像河流為暗色條帶，為什么？）微波波段：主動(dòng)遙感利用地物后向散射；被動(dòng)遙感利用地物微波輻射。

地球輻射的特性不同電磁波段中地物波譜特性可見(jiàn)光和近紅外波段：主要表現(xiàn)地物反40地物反射波譜特征太陽(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：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。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)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0.45~0.56μm的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達(dá)10～20m，清澈水體可達(dá)100m的深度。地表反射的太陽(yáng)輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。地物反射地物反射波譜特征太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后，一部分反射，一部分吸收，41地物的反射：太陽(yáng)光通過(guò)大氣層照射到地球表面，地物會(huì)發(fā)生發(fā)射作用，反射后的短波輻射一部分為遙感器所接收。反射率（ρ）：地物的反射能量與入射總能量的比，即ρ=(Pρ/P

0)×100%。表征物體對(duì)電磁波譜的反射能力。反射率是可以測(cè)定的。地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率的差別，可以判斷地物的屬性。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。地物反射率地物反射波譜特征地物的反射：太陽(yáng)光通過(guò)大氣層照射到地球表面，地物會(huì)發(fā)生發(fā)射作42地物的反射類型：根據(jù)地表目標(biāo)物體表面性質(zhì)的不同，物體反射大體上可以分為3種類型，即鏡面反射、漫反射、實(shí)際物體的反射（1）鏡面反射：發(fā)生在光滑物體表面的一種反射。物體的反射滿足反射定律，反射波和入射波在同一平面內(nèi)，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探測(cè)到電磁波。

例子：水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時(shí)很亮，有時(shí)很暗，就是這個(gè)原因造成的。物體表面性質(zhì)對(duì)反射的影響地物反射波譜特征地物的反射類型：根據(jù)地表目標(biāo)物體表面性質(zhì)的不同，物體反射大體43（2）漫反射：發(fā)生在非常粗糙的表面上的一種反射現(xiàn)象。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。即當(dāng)入射輻照度I一定時(shí)，從任何角度觀察反射面，其反射輻照亮度是一個(gè)常數(shù)，這種反射面又叫朗伯面。（3）實(shí)際物體反射：介于鏡面和朗伯面（漫反射）之間的一種反射。自然界種絕大多數(shù)地物的反射都屬于這種類型的反射，又叫非朗伯面反射。對(duì)太陽(yáng)短波輻射的反射具有各向異性，即實(shí)際物體面在有入射波時(shí)各個(gè)方向都有反射能量，但大小不同。地物反射波譜特征物體表面性質(zhì)對(duì)反射的影響（2）漫反射：發(fā)生在非常粗糙的表面上的一種反射現(xiàn)象。不論入射44遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也與反射方向的方位角和天頂角有關(guān)。由于鏡面反射會(huì)造成太陽(yáng)光直接進(jìn)入遙感器，在成像時(shí)間選擇上，應(yīng)避免中午成像，防止形成鏡面反射。否則水體會(huì)形成非常亮的耀斑，周圍地物的反射信息有受到干擾和削弱。了解物體表面性質(zhì)對(duì)反射影響的意義地物反射波譜特征遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也45地物反射波譜：是研究可見(jiàn)光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律。表示方法：一般采用二維幾何空間內(nèi)的曲線表示，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示反射率。地物反射波譜地物反射波譜：是研究可見(jiàn)光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變46植被土壤水體巖石常見(jiàn)的幾種地物類型波譜特征植被常見(jiàn)的幾種地物類型波譜特征47植物的光譜曲線植物的光譜曲線48植被的波譜特征在附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在附近（綠色波段）有一個(gè)反射峰；在附近（紅色波段）有一個(gè)吸收谷。在可見(jiàn)光波段在近紅外波段從0.76um處反射率迅速增大，形成一個(gè)爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一個(gè)峰值，反射率最大可達(dá)50％，形成植被的獨(dú)有特征。1.5～1.9um光譜區(qū)反射率增大；以，，為中心是水的吸收帶，其附近區(qū)間受到綠色植物含水量的影響，反射率下降，形成低谷。植被的波譜特征在附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在可見(jiàn)光波段在49影響植被波譜特征的主要因素植物類型植物生長(zhǎng)季節(jié)病蟲(chóng)害影響等植被波譜特征大同小異，根據(jù)這些差異可以區(qū)分植被類型、生長(zhǎng)狀態(tài)等。影響植被波譜特征的主要因素植物類型50不同植被類型的光譜曲線比較不同植被類型的光譜曲線比較51土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，沒(méi)有明顯的反射峰和吸收谷。在干燥條件下，土壤的波譜特征主要與成土礦物（原生礦物和此生礦物）和土壤有機(jī)質(zhì)有關(guān)。土壤含水量增加，土壤的反射率就會(huì)下降，在水的各個(gè)吸收帶（、、處附近區(qū)間），反射率的下降尤為明顯。土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，52三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線53水體的波譜特征純凈水體的反射主要在可見(jiàn)光中的藍(lán)綠光波段，在可見(jiàn)光其它波段的反射率很低。近紅外和中紅外純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于0。水體的波譜特征純凈水體的反射主要在可見(jiàn)光中的藍(lán)綠光波段，在可54水中其它物質(zhì)對(duì)波譜特征的影響水中含有泥沙，在可見(jiàn)光波段的反射率會(huì)增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。水中含有水生植物葉綠素時(shí)，近紅外波段反射率明顯抬高。水中其它物質(zhì)對(duì)波譜特征的影響水中含有泥沙，在可見(jiàn)光波段的反射55葉綠素含量不同時(shí)水體的光譜曲線葉綠素含量不同時(shí)水體的光譜曲線56巖石的反射波譜主要由礦物成分、礦物含量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等決定。影響巖石礦物波譜曲線的因素包括巖石風(fēng)化程度、巖石含水狀況、礦物顆粒大小、巖石表面光滑程度、巖石色澤等。巖石礦物的光譜曲線巖石的反射波譜主要由礦物成分、礦物含量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等決定。巖石57巖石的光譜曲線巖石的光譜曲線58地物波譜曲線的作用物體波譜曲線形態(tài)，反映出該地物類型在不同波段的反射率，通過(guò)測(cè)量該地物類型在不同波段的反射率，并以此與遙感傳感器所獲得的數(shù)據(jù)相對(duì)照，可以識(shí)別遙感影像中的同類地物。地物波譜曲線的作用物體波譜曲線形態(tài)，反映出該地物類型在不同波59應(yīng)用地物波譜特征需要注意的問(wèn)題絕大部分地物的波譜值具有一定的變幅，它們的波譜特征不是一條曲線，而是具有一定寬度的曲帶。地物存在“同物異譜”和“異物同譜”現(xiàn)象?！巴锂愖V”是指兩個(gè)類型的個(gè)體地物，在某個(gè)波段上波譜特征不同；“異物同譜”是指不同類型的地物具有相同的波譜特征。應(yīng)用地物波譜特征需要注意的問(wèn)題絕大部分地物的波譜值具有一定的60地物波譜特性的測(cè)量可見(jiàn)光和近紅外波段是研究地表的主要波段?？梢?jiàn)光和近紅外地物光譜測(cè)試的作用：（1）傳感器波段的選擇、驗(yàn)證、評(píng)價(jià)；（2）建立地面、航空和航天遙感數(shù)據(jù)的定量關(guān)系；（3）地物光譜數(shù)據(jù)與地物特征的相關(guān)分析。地物波譜特性的測(cè)量可見(jiàn)光和近紅外波段是研究地表的主要波段。61反射光譜特性的測(cè)量方法（1）樣品的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量（2）野外測(cè)量?jī)煞N方法BACK地物波譜特性的測(cè)量反射光譜特性的測(cè)量方法BACK地物波譜特性的測(cè)量62溫度一定時(shí)，物體的熱輻射遵循基爾霍夫定律。地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的曲線叫發(fā)射光譜曲線。地物的發(fā)射率與地表的粗糙度、顏色和溫度有關(guān)。表面粗糙、顏色暗，發(fā)射率高，反之發(fā)射率低。地物的輻射能量與溫度的四次方成正比，比熱、熱慣性大的地物，發(fā)射率大。如水體夜晚發(fā)射率大，白天就小。探測(cè)地物的熱輻射特性的熱紅外遙感在夜間和白天進(jìn)行的結(jié)果是不同的。熱紅外遙感探測(cè)的地物熱輻射量用亮度溫度表示，它不同于地面溫度，是接收的熱輻射能量的轉(zhuǎn)換值，圖像上表示為亮度。地物的熱輻射溫度一定時(shí)，物體的熱輻射遵循基爾霍夫定律。地物的熱輻射63在電磁波譜中，波長(zhǎng)在1mm～1m范圍的波稱微波。（微波波段劃分）成像雷達(dá)所提供的信息是地物對(duì)于雷達(dá)信號(hào)的后向散射。影響地物對(duì)雷達(dá)信號(hào)的后向散射能力的因素有：表面狀況（如：地形，粗糙程度）、電學(xué)性質(zhì)（介電常數(shù)）及含水量等。4微波輻射與雷達(dá)遙感

在電磁波譜中，波長(zhǎng)在1mm～1m范圍的波稱微波。（微波波段劃64在電磁波譜中，波長(zhǎng)在1mm～1m范圍的波稱微波。（微波波段劃分）微波遙感特性：能全天候、全天時(shí)工作(…)；對(duì)某些地物具有特殊的波譜特征；對(duì)冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力(…)；對(duì)海洋遙感具有特殊意義(…)；分辨率較低，但特征明顯(…)。微波與地物的作用由于微波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，因而散射相對(duì)較小，在大氣中衰減少，對(duì)云層、雨區(qū)的穿透能力較強(qiáng)，基本不受煙、云、雨的限制。對(duì)于熱帶雨林地區(qū)更有意義。微波傳感器的波長(zhǎng)分辨率比較低，是由于其波長(zhǎng)較長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象顯著的緣故。同時(shí)，觀察精度和取樣速度往往不能協(xié)調(diào)。

這一特性可以用來(lái)探測(cè)隱藏在林下的地形、地質(zhì)構(gòu)造、軍事目標(biāo)以及埋藏在地下的工程、礦藏、地下水等。電磁波通過(guò)介質(zhì)時(shí)，部分被吸收，強(qiáng)度要衰減。故將電磁波振幅減少1/e倍（37%）的穿透深度定義為趨膚深度H:

H=(5.3×10-3ε1/2)/δ式中：ε為地物的介電常數(shù)；δ為地物的導(dǎo)電率。

微波對(duì)于海水特別敏感，其波長(zhǎng)很適合于海面動(dòng)態(tài)情況（海面風(fēng)、海浪等）的觀測(cè)。

在電磁波譜中，波長(zhǎng)在1mm～1m范圍的波稱微波。（微波波段劃65微波的波段劃分波段名稱波長(zhǎng)/cmKαKKuXCSLP0.75~1.131.13~1.671.67~2.422.42~3.753.75~7.57.5~1515~3030~100微波的波段劃分波段名稱波長(zhǎng)/cmKα0.75~1.13665彩色合成原理“單色”“混合色”三原色（基色）5彩色合成原理“單色”67２.１.４彩色合成原理１加色法品紅黃綠紅藍(lán)青白“間色光”“白色光”“互補(bǔ)色光”“復(fù)色光”２.１.４彩色合成原理１加色法品紅黃綠紅藍(lán)青白“間色光”68２.１.４彩色合成原理１減色法品紅黃綠紅藍(lán)青黑２.１.４彩色合成原理１減色法品紅黃綠紅藍(lán)青黑69２.１.４彩色合成原理三維顏色空間紅（Ｒ）綠（Ｇ）藍(lán)（Ｂ）黑品紅黃白青0,0,00,0,10,1,10,1,01,1,11,0,01,0,1２.１.４彩色合成原理三維顏色空間紅（Ｒ）綠（Ｇ）藍(lán)（Ｂ）70２.１.４彩色合成原理彩色的分解與還原濾光系統(tǒng)真彩色合成假彩色合成標(biāo)準(zhǔn)假彩色像片：加色法（藍(lán)、綠、紅）減色法（黃、品紅、青）假彩色像片：隨意選擇的方案２.１.４彩色合成原理彩色的分解與還原濾光系統(tǒng)真彩色合成標(biāo)71作業(yè)名詞解釋：電磁波、反射光譜、鏡面反射與漫反射、微波作業(yè)名詞解釋：72謝謝大家！

結(jié)語(yǔ)謝謝大家！結(jié)語(yǔ)73教案2電磁輻射與地物光譜特征1教案2電磁輻射與地物光譜特征174電磁輻射與地物光譜特征§1

遙感的電磁波原理

§2

太陽(yáng)輻射與大氣的作用

§3

地球（地物）輻射特征

§4

微波輻射與雷達(dá)遙感§5彩色合成原理

電磁輻射與地物光譜特征§1遙感的電磁波原理75電磁波

交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。描述電磁波特性的指標(biāo)波長(zhǎng)、頻率、振幅、位相等。電磁波的特性

電磁波是橫波，傳播速度為3×108m/s，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、吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。

1遙感的電磁波原理電磁波1遙感的電磁波原理76

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波譜。依次為：γ射線—X射線—紫外線—可見(jiàn)光—紅外線—微波—無(wú)線電波。

目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于可見(jiàn)光、紅外和微波波譜區(qū)間。由于它們的波長(zhǎng)或頻率不同，不同電磁波又表現(xiàn)出各自的特性和特點(diǎn)?？梢?jiàn)光、紅外和微波遙感，就是利用不同電磁波的特性。電磁波與地物相互作用特點(diǎn)與過(guò)程，是遙感成像機(jī)理探討的主要內(nèi)容。電磁波譜目前遙感技術(shù)中通常采用的電磁波位于77電磁波譜示圖電磁波譜示圖78紫外線：波長(zhǎng)范圍為～，太陽(yáng)光譜中，只有～波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在2000m以下?？梢?jiàn)光：波長(zhǎng)范圍：～，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。紅外線：波長(zhǎng)范圍為～1000μm，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。微波：波長(zhǎng)范圍為1mm～1m，穿透性好，不受云霧的影響。遙感應(yīng)用的電磁波波譜段紫外線：波長(zhǎng)范圍為～，太陽(yáng)光譜中，只有～波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)79近紅外：0.76～3.0μm，與可見(jiàn)光相似。中紅外：3.0～6.0μm，地面常溫下的輻射波長(zhǎng)，有熱感，又叫熱紅外。遠(yuǎn)紅外：6.0～15.0μm，地面常溫下的輻射波長(zhǎng)，有熱感，又叫熱紅外。超遠(yuǎn)紅外：15.0～1000μm，多被大氣吸收，遙感探測(cè)器一般無(wú)法探測(cè)。紅外線的劃分近紅外：0.76～3.0μm，與可見(jiàn)光相似。紅外80電磁輻射的度量1、輻射測(cè)量（radiometry），以伽瑪射線到電磁波的整個(gè)波段范圍為對(duì)象的物理輻射量的測(cè)定，其度量單位見(jiàn)下表。電磁輻射的度量1、輻射測(cè)量（radiometry），以伽瑪射812、光度測(cè)量（photometry），由人眼的視覺(jué)特性（標(biāo)準(zhǔn)光度觀察）評(píng)價(jià)的物理輻射量的測(cè)定，其度量單位見(jiàn)下表。電磁輻射的度量2、光度測(cè)量（photometry），由人眼的視覺(jué)特性（標(biāo)準(zhǔn)82黑體輻射

絕對(duì)黑體

如果一個(gè)物體在任何溫度下對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁輻射全部吸收（即吸收系數(shù)恒等于1），則這個(gè)物體稱為絕對(duì)黑體。黑體輻射特性（1）黑體輻射出射度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，每條曲線只有一個(gè)最大值。（2）溫度愈高，黑體的輻射出射度也愈大，不同溫度的曲線是不相交的。絕對(duì)黑體的總輻射出射度與黑體溫度的4次方成正比。（斯忒藩—玻爾茲曼定律）（3）黑體輻射光譜中最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)與黑體絕對(duì)溫度成反比。（維恩位移定律）。隨著溫度的升高，輻射最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)移向短波方向。

黑體輻射絕對(duì)黑體83實(shí)際物體的輻射

對(duì)于實(shí)際物體，都可以看作輻射源。如果物體的吸收本領(lǐng)大，它的發(fā)射本領(lǐng)也大，即越接近黑體輻射。實(shí)際物體的輻射比黑體輻射弱，而且隨波長(zhǎng)不同而不同。黑體輻射實(shí)際物體的輻射黑體輻射842太陽(yáng)輻射與大氣的作用

太陽(yáng)輻射大氣結(jié)構(gòu)大氣成分大氣吸收作用大氣散射作用大氣窗口請(qǐng)大家討論一下全球變化，哪些大氣成分是惡魔？2太陽(yáng)輻射與大氣的作用太陽(yáng)輻射請(qǐng)大家討論一下全球85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。從太陽(yáng)光譜曲線可以看出(…)：太陽(yáng)輻射太陽(yáng)光譜相當(dāng)于6000K的黑體輻射；太陽(yáng)輻射的能量主要集中在可見(jiàn)光，其中0.38～0.76μm的可見(jiàn)光能量占太陽(yáng)輻射總能量的46%，最大輻射強(qiáng)度位于波長(zhǎng)0.47μm左右；到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射主要集中在0.3～3.0μm波段，包括近紫外、可見(jiàn)光、近紅外和中紅外；經(jīng)過(guò)大氣層的太陽(yáng)輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。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86Tobecontinued…地面的太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)(nm)大氣上界太陽(yáng)輻照度海平面太陽(yáng)輻照度太陽(yáng)光譜輻照度Tobecontinued…地面的太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)(nm)大87大氣物理狀況的物理量一般有氣壓，大氣溫度和大氣濕度它們?cè)诖怪狈较蛏系淖兓h(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平方向上的梯度，所以在大氣效應(yīng)糾正中大量假定大氣具有水平均一，垂直分層結(jié)構(gòu)。氣壓隨高度是以負(fù)指數(shù)形式遞減。大氣層次與成分大氣物理狀況的物理量一般有氣壓，大氣溫度和大氣濕度它們?cè)诖怪?8大氣層次大氣厚度約為1000km,從地面到大氣上界，可垂直分為4層：對(duì)流層：高度在7～12km,溫度隨高度而降低，空氣明顯垂直對(duì)流，天氣變化頻繁，航空遙感主要在該層內(nèi)。上界隨緯度和季節(jié)而變化。平流層：高度在12～50km，沒(méi)有對(duì)流和天氣現(xiàn)象。底部為同溫層（航空遙感活動(dòng)層），同溫層以上為暖層，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50～1000km，大氣中的O2、N2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。大氣外層：800～35000km,空氣極稀薄，對(duì)衛(wèi)星基本上沒(méi)有影響。大氣層次89

大氣是由多種氣體及氣溶膠所組成的混合物。氣體：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3氣溶膠大氣的成分可分為常定成分（N2，O2，CO2等）與可變成分兩個(gè)部分（水汽，氣溶膠）。大氣成分大氣成分90O3臭氧主要分布在10～50km的平流層大氣中，極大值出現(xiàn)在20～25km處，對(duì)流層中的臭氧含量不到十分之一。臭氧的總含量具有明顯的地域分布特征及季節(jié)變化，在赤道上空臭氧含量最少，在高緯度地區(qū)60°～70°區(qū)域內(nèi)達(dá)到極大值。70年代，近極地上空臭氧層厚度是很大的，但隨著時(shí)間發(fā)展，臭氧層厚度逐漸在減小，目前在南極上空已形成臭氧空洞。O3臭氧主要分布在10～50km的平流層大氣中，極大值出現(xiàn)在91大氣對(duì)輻射的吸收真正對(duì)電磁波傳播起重要吸收作用的是一些非常少量的氣體，其中作用最為顯著的有臭氧，二氧化碳，甲烷和水汽。大氣中的各種成分對(duì)太陽(yáng)輻射有選擇性吸收，形成太陽(yáng)輻射的大氣吸收帶（如下表）。

大氣對(duì)輻射的吸收真正對(duì)電磁波傳播起重要吸收作用的是一些非常少92大氣的吸收作用O2吸收帶<0.2μm，0.155μm最強(qiáng)O3吸收帶0.2～0.36μm，0.6μmH2O吸收帶0.5～0.9μm,0.95～2.85μm，6.25μmCO2吸收帶1.35～2.85μm,2.7μm,4.3μm,14.5μm塵埃吸收量很小大氣的吸收作用O2吸收帶<0.2μm，0.155μm最強(qiáng)O93

大氣散射散射的概念：電磁波與物質(zhì)相互作用后電磁波偏離原來(lái)的傳播方向的一種現(xiàn)象。不同于吸收作用，只改變傳播方向，不能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。大氣的散射是太陽(yáng)輻射衰減的主要原因。對(duì)遙感圖像來(lái)說(shuō)，降低了傳感器接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，造成圖像模糊不清。散射主要發(fā)生在可見(jiàn)光區(qū)。大氣發(fā)生的散射主要有三種：瑞利散射：d<<λ米氏散射：d≈λ非選擇性散射：d>>λ大氣散射散射的概念：電磁波與物質(zhì)相互作用后電磁波偏離原來(lái)的傳94瑞利散射：由于氣體分子的尺度遠(yuǎn)小于光波的波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的散射，屬小顆粒散射。小顆粒散射的特征：（1）散射光強(qiáng)度與波長(zhǎng)4次方成反比，由此可以解釋天空為什么呈藍(lán)色。（2）如果入射光的為自然光，散射光的相函數(shù)為（1＋cos2Q)。（3）當(dāng)Q取0或180°時(shí)，散射光的偏振度為0。（4）當(dāng)Q取90°時(shí)，散射光的偏振度為1（線偏振），其它角度為部分偏振光。大氣散射瑞利散射：由于氣體分子的尺度遠(yuǎn)小于光波的波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的散射，屬95米氏散射：大氣中的氣溶膠顆粒，云滴，雨云滴等的直徑與入射光的波長(zhǎng)可以比擬或大于入射光的波長(zhǎng)時(shí)發(fā)生的散射。米氏散射的特征：（1）電磁波可以穿透介質(zhì)表面而深入到散射顆粒的內(nèi)部。（2）由于顆粒尺度與波長(zhǎng)可以比擬，所以顆粒的不同部位往往處在不同的電場(chǎng)強(qiáng)度下，導(dǎo)致誘發(fā)電流的產(chǎn)生，一方面這高度電流會(huì)產(chǎn)生高變的磁場(chǎng)，另一方面電流的存在意味著焦耳熱損耗的出現(xiàn)——電磁波的吸收。大氣散射米氏散射：大氣中的氣溶膠顆粒，云滴，雨云滴等的直徑與入射光的96無(wú)選擇散射：大氣粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)發(fā)生的散射，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，在符合無(wú)選擇散射的條件的波段中，任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度相同。

大氣散射無(wú)選擇散射：大氣粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)發(fā)生的散射，散射強(qiáng)度97大氣散射的特點(diǎn)群體散射強(qiáng)度是個(gè)體散射強(qiáng)度的線性和。大氣散射系數(shù)與高度的關(guān)系：—大氣散射系數(shù)由分子散射和氣溶膠散射兩部分組成?！?dú)馊苣z顆粒密度隨高度呈指數(shù)衰減?！推骄鶢顩r而言，4km以下的氣溶膠米氏散射占優(yōu)勢(shì)，4km以上的分子散射占相對(duì)優(yōu)勢(shì)。分子散射與氣溶膠散射光強(qiáng)之比隨角度和能見(jiàn)度的變化規(guī)律。

大氣散射的特點(diǎn)群體散射強(qiáng)度是個(gè)體散射強(qiáng)度的線性和。98大氣折射與反射折射現(xiàn)象：電磁波傳過(guò)大氣層時(shí)出現(xiàn)傳播方向的改變，大氣密度越大，折射率越大。反射現(xiàn)象：電磁波在傳播過(guò)程中，通過(guò)兩種介質(zhì)的交界面時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，反射現(xiàn)象出要出現(xiàn)在云頂（云造成的噪聲）。大氣折射與反射折射現(xiàn)象：電磁波傳過(guò)大氣層時(shí)出現(xiàn)傳播方向的改變99太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣傳輸時(shí)，反射，吸收和散射共同衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分即為透過(guò)的部分。由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽(yáng)輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。電磁波通過(guò)大氣層時(shí)較少被反射，吸收和散射的，透射率較高的波段稱為大氣窗口。（對(duì)地遙感要用的部分）

大氣窗口太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣傳輸時(shí)，反射，吸收和散射共同衰減了輻射強(qiáng)度，100大氣窗口主要光譜波段大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外、可見(jiàn)光、近紅外0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.5～1.8μm80TM5近-中紅外2.0～3.5μm80TM7中紅外3.5～5.5μmNOAA的AVHRR遠(yuǎn)紅外8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat大氣窗口主要光譜波段大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外、可見(jiàn)101在可見(jiàn)光和近紅外波段，太陽(yáng)輻射30％被云或其它粒子反射，22％被散射，17％被吸收，到達(dá)地面能量31％。

大氣透射的定量分析在可見(jiàn)光和近紅外波段，太陽(yáng)輻射30％被云或其它粒子反射，22102光學(xué)厚度

光學(xué)厚度：電磁波沿某一路徑長(zhǎng)度的總衰減系數(shù)，波長(zhǎng)的函數(shù)（無(wú)因次量）。

大氣的總光學(xué)厚度：在某一垂直路徑上，從大氣頂層到地表的總衰減系數(shù)。

光學(xué)厚度光學(xué)厚度光學(xué)厚度103透過(guò)率——通過(guò)大氣后的輻照度與通過(guò)大氣前的輻照度之比。

大氣透射的定量描述透過(guò)率大氣透射的定量描述104太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣并被地表反射（有用的）；太陽(yáng)輻射被大氣散射后被地表反射（糾正后有用）；太陽(yáng)輻射被大氣散射后直接進(jìn)入傳感器；太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣被地物反射后又被地表發(fā)射進(jìn)入傳感器；被視場(chǎng)以外地物反射后進(jìn)入視場(chǎng)的交叉輻射項(xiàng)。

太陽(yáng)光在地—?dú)庀到y(tǒng)的吸收、散射過(guò)程中對(duì)遙感的作用太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣并被地表反射（有用的）；太陽(yáng)光在地—?dú)庀到y(tǒng)的105太陽(yáng)輻射與地表的相互作用(…)地物的反射率(…)漫反射(…)鏡面反射(…)3地球輻射特征太陽(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：

到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量地表反射的太陽(yáng)輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。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)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0.45~0.56μm的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達(dá)10～20m，清澈水體可達(dá)100m的深度。地表吸收太陽(yáng)輻射后具有約300K的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長(zhǎng)為9.66μm，主要集中在長(zhǎng)波，即6μm以上的熱紅外區(qū)段。

反射率（ρ）：地物的反射能量與入射總能量的比，即ρ=(Pρ/P

0)×100%。地物在不同波段的反射率是不同的。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)。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。

物體的反射滿足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探測(cè)到電磁波，水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時(shí)很亮，有時(shí)很暗，就是這個(gè)原因造成的。

太陽(yáng)輻射與地物的相互作用太陽(yáng)輻射與地表的相互作用(…)3地球輻射特征太陽(yáng)輻射到106

地球的輻射與地物波譜(1)地球的輻射源(2)地球輻射的特性（分段特性）(3)地物波譜的特征（反射波譜特征）(4)地物波譜特性的測(cè)量(5)微波輻射與雷達(dá)遙感

地球的輻射與地物波譜(1)地球的輻射源107地球輻射地球輻射：地球表面和大氣電磁輻射的總稱。地球輻射是被動(dòng)遙感中傳遞地物信息的載體。裝載在航天航空平臺(tái)上的遙感器，接受來(lái)自地球輻射攜帶的地物信息，經(jīng)過(guò)處理形成遙感影像。地球輻射地球輻射：地球表面和大氣電磁輻射的總稱。108被動(dòng)遙感的輻射源太陽(yáng)輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在～波段之間。（可見(jiàn)光和近紅外）地球自身熱輻射近似300K的黑體輻射，能量集中在以上的波段。（熱紅外）

被動(dòng)遙感的輻射源太陽(yáng)輻射近似6000K的黑體輻射，能量集中在109在～波段（主要在可見(jiàn)光和近紅外波段），地表以反射太陽(yáng)輻射為主，地球自身的輻射可以忽略。即在該波段范圍內(nèi)，對(duì)地觀測(cè)遙感主要以太陽(yáng)的短波輻射對(duì)地表進(jìn)行探測(cè)和成像。在～波段（主要在中紅外波段），地表反射太陽(yáng)輻射和地球自身的熱輻射均為被動(dòng)遙感的輻射源。在以上的熱紅外波段，以地球自身的熱輻射為主，地表反射太陽(yáng)輻射可以忽略。（熱紅外成像）

地球輻射的特性地球輻射的分段特性在～波段（主要在可見(jiàn)光和近紅外波段），地表以反射太陽(yáng)輻射為主110了解地球輻射的分段特性的意義可見(jiàn)光和近紅外波段遙感圖像上的信息來(lái)自地物反射特性。中紅外波段遙感圖像上，既有地表反射太陽(yáng)輻射的信息，也有地球自身的熱輻射的信息。熱紅外波段遙感圖像上的信息來(lái)自地球自身的熱輻射特性。

地球輻射的特性了解地球輻射的分段特性的意義可見(jiàn)光和近紅外波段遙感圖像上的信111地物波譜：地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長(zhǎng)改變而變化的規(guī)律，稱為地表物體波譜，簡(jiǎn)稱地物波譜。地物波譜特性是電磁輻射與地物相互作用的一種表現(xiàn)。地物波譜的作用：不同類型的地物，其電磁波響應(yīng)的特性不同，因此地物波譜特征是遙感識(shí)別地物的基礎(chǔ)。

地物波譜地球輻射的特性地物波譜：地物的電磁波響應(yīng)特性隨電磁波長(zhǎng)改變而變化的規(guī)律，稱112不同電磁波段中地物波譜特性可見(jiàn)光和近紅外波段：主要表現(xiàn)地物反射作用和地物的吸收作用。（樹(shù)葉蒼翠欲滴、水下溫度）熱紅外波段：主要表現(xiàn)地物熱輻射作用。（熱紅外靈敏遙感器夜間成像河流為亮色條帶，但熱紅外白天成像河流為暗色條帶，為什么？）微波波段：主動(dòng)遙感利用地物后向散射；被動(dòng)遙感利用地物微波輻射。

地球輻射的特性不同電磁波段中地物波譜特性可見(jiàn)光和近紅外波段：主要表現(xiàn)地物反113地物反射波譜特征太陽(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：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。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)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0.45~0.56μm的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達(dá)10～20m，清澈水體可達(dá)100m的深度。地表反射的太陽(yáng)輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。地物反射地物反射波譜特征太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后，一部分反射，一部分吸收，114地物的反射：太陽(yáng)光通過(guò)大氣層照射到地球表面，地物會(huì)發(fā)生發(fā)射作用，反射后的短波輻射一部分為遙感器所接收。反射率（ρ）：地物的反射能量與入射總能量的比，即ρ=(Pρ/P

0)×100%。表征物體對(duì)電磁波譜的反射能力。反射率是可以測(cè)定的。地物在不同波段的反射率是不同的，利用地物反射率的差別，可以判斷地物的屬性。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。地物反射率地物反射波譜特征地物的反射：太陽(yáng)光通過(guò)大氣層照射到地球表面，地物會(huì)發(fā)生發(fā)射作115地物的反射類型：根據(jù)地表目標(biāo)物體表面性質(zhì)的不同，物體反射大體上可以分為3種類型，即鏡面反射、漫反射、實(shí)際物體的反射（1）鏡面反射：發(fā)生在光滑物體表面的一種反射。物體的反射滿足反射定律，反射波和入射波在同一平面內(nèi)，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探測(cè)到電磁波。

例子：水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時(shí)很亮，有時(shí)很暗，就是這個(gè)原因造成的。物體表面性質(zhì)對(duì)反射的影響地物反射波譜特征地物的反射類型：根據(jù)地表目標(biāo)物體表面性質(zhì)的不同，物體反射大體116（2）漫反射：發(fā)生在非常粗糙的表面上的一種反射現(xiàn)象。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。即當(dāng)入射輻照度I一定時(shí)，從任何角度觀察反射面，其反射輻照亮度是一個(gè)常數(shù)，這種反射面又叫朗伯面。（3）實(shí)際物體反射：介于鏡面和朗伯面（漫反射）之間的一種反射。自然界種絕大多數(shù)地物的反射都屬于這種類型的反射，又叫非朗伯面反射。對(duì)太陽(yáng)短波輻射的反射具有各向異性，即實(shí)際物體面在有入射波時(shí)各個(gè)方向都有反射能量，但大小不同。地物反射波譜特征物體表面性質(zhì)對(duì)反射的影響（2）漫反射：發(fā)生在非常粗糙的表面上的一種反射現(xiàn)象。不論入射117遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也與反射方向的方位角和天頂角有關(guān)。由于鏡面反射會(huì)造成太陽(yáng)光直接進(jìn)入遙感器，在成像時(shí)間選擇上，應(yīng)避免中午成像，防止形成鏡面反射。否則水體會(huì)形成非常亮的耀斑，周圍地物的反射信息有受到干擾和削弱。了解物體表面性質(zhì)對(duì)反射影響的意義地物反射波譜特征遙感圖像上記錄的輻射亮度，既與輻射入射方位角和天頂角有關(guān)，也118地物反射波譜：是研究可見(jiàn)光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律。表示方法：一般采用二維幾何空間內(nèi)的曲線表示，橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示反射率。地物反射波譜地物反射波譜：是研究可見(jiàn)光至近紅外波段上地物反射率隨波長(zhǎng)的變119植被土壤水體巖石常見(jiàn)的幾種地物類型波譜特征植被常見(jiàn)的幾種地物類型波譜特征120植物的光譜曲線植物的光譜曲線121植被的波譜特征在附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在附近（綠色波段）有一個(gè)反射峰；在附近（紅色波段）有一個(gè)吸收谷。在可見(jiàn)光波段在近紅外波段從0.76um處反射率迅速增大，形成一個(gè)爬升的“陡坡”,至1.1um附近有一個(gè)峰值，反射率最大可達(dá)50％，形成植被的獨(dú)有特征。1.5～1.9um光譜區(qū)反射率增大；以，，為中心是水的吸收帶，其附近區(qū)間受到綠色植物含水量的影響，反射率下降，形成低谷。植被的波譜特征在附近（藍(lán)色波段）有一個(gè)吸收谷；在可見(jiàn)光波段在122影響植被波譜特征的主要因素植物類型植物生長(zhǎng)季節(jié)病蟲(chóng)害影響等植被波譜特征大同小異，根據(jù)這些差異可以區(qū)分植被類型、生長(zhǎng)狀態(tài)等。影響植被波譜特征的主要因素植物類型123不同植被類型的光譜曲線比較不同植被類型的光譜曲線比較124土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，沒(méi)有明顯的反射峰和吸收谷。在干燥條件下，土壤的波譜特征主要與成土礦物（原生礦物和此生礦物）和土壤有機(jī)質(zhì)有關(guān)。土壤含水量增加，土壤的反射率就會(huì)下降，在水的各個(gè)吸收帶（、、處附近區(qū)間），反射率的下降尤為明顯。土壤的波譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射曲線呈比較平滑的特征，125三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線三種不同類型土壤在干燥環(huán)境下的光譜曲線126水體的波譜特征純凈水體的反射主要在可見(jiàn)光中的藍(lán)綠光波段，在可見(jiàn)光其它波段的反射率很低。近紅外和中紅外純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于0。水體的波譜特征純凈水體的反射主要在可見(jiàn)光中的藍(lán)綠光波段，在可127水中其它物質(zhì)對(duì)波譜特征的影響水中含有泥沙，在可見(jiàn)光波段的反射率會(huì)增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。水中含有水生植物葉綠素時(shí)，近紅外波段反射率明顯抬高。水中其它物質(zhì)對(duì)波譜特征的影響水中含有泥沙，在可見(jiàn)光波段的反射128葉綠素含量不同時(shí)水體的光譜曲線葉綠素含量不同時(shí)水體的光譜曲線129巖石的反射波譜主要由礦物成分、礦物含量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等決定。影響巖石礦物波譜曲線的因素包括巖石風(fēng)化程度、巖石含水狀況、礦物顆