遙感理論基礎(chǔ)

遙感理論基礎(chǔ)第一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四輻射基本概念輻射傳輸方程第二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四一、基本概念電磁輻射是以電磁波方式傳播的能量。波長波數(shù)頻率波速第三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四立體角單位：球面度(sr)第四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四第五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四輻射能：Q，以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量，單位：J輻射通量：=dQ/dt

，單位：W輻射通量密度：單位時間、離開（或照射到）單位面積上的能量通量。包括：輻出度、輻照度

F=d/dA=d2Q/(dAdt)，單位：Wm-2輻射亮度（比強度）：與能量傳播垂直的單位面積上、單位時間、單位球面度所通過的能量。

I=d3Q/(cosdAdtd)，單位：(Wsr-1m-2)

第六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四輻射通量密度和輻射亮度各向同性輻射F第七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四單色（分光、譜）輻射輻射通量密度：其它：分光輻射亮度：積分輻射出射度（總輻射）其它如：積分輻射亮度等第八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四輻射光譜曲線F(或其它輻射量)隨變化的曲線太陽輻射光譜曲線第九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四溫度T探測輻射小孔局地?zé)崃W(xué)平衡物質(zhì)系統(tǒng)：能級滿足玻爾茨曼統(tǒng)計分布，靠頻繁碰撞輻射系統(tǒng)：滿足普朗克函數(shù)第十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四黑體輻射基本定律1879年，斯蒂芬—波耳茲曼定律：黑體總輻射與其絕對溫度的4次方成正比。1893年，維恩位移定律：黑體最大輻射波長與其絕對溫度成反比。1900年，普朗克黑體輻射定律：普朗克公式第十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四太陽輻射地球長波輻射第十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四亮度溫度（等效黑體溫度）瑞利-金斯近似，微波波段第十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四能量通量通量密度單色通量密度衛(wèi)星觀測的亮度普朗克函數(shù)亮度溫度從地球大氣輻射能到衛(wèi)星觀測的亮度溫度第十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四F=FA+FR+FT

吸收率：

=FA/F

反射率：=FR/F

透射率：

=FT/F

比輻射率：=FE/FB(FE

為物質(zhì)向外輻射，F(xiàn)B為黑體輻射，由基爾霍夫定律=A)

++=1或++

=1能量守衡。后者說明發(fā)射、反射和透射處于熱力平衡。吸收、反射和透射率第十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四1Lambert（朗伯）源/余弦發(fā)射體在各向同性輻射情況下，輻射亮度I大小與方向無關(guān)（向所有方向以同一輻射亮度發(fā)射輻射的物體）輻射源第十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四2點源

理想的情況，源向四周均勻發(fā)射，發(fā)射功率為，則在以點源為中心、半徑

r的球表面上的輻照度第十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四在離點輻射源距離相當(dāng)大并且在討論相對比較小范圍中的問題時，可以把由點源發(fā)出的輻射當(dāng)作平行輻射或平行光（太陽直接輻射）來處理。太陽直接輻射第十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四平行輻射的輻射亮度第十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四第二十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四3面輻射源它可以向2立體角中發(fā)射輻射能，涉及空間積分。第二十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四反射體鏡面反射體朗伯反射體第二十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四雙向反射率函數(shù)（BDRF）第二十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四注意：反照率的單色特性或積分特性太陽輻射波段積分的反照率（%）裸土10―25沙地，沙漠25―40草地15―25森林10―20雪地(干燥、干凈)75―95雪地(濕和/或臟)25―75海洋表面(太陽離地平線＞25)＜10海洋表面(低太陽角度)10―70第二十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四ReflectanceofCloudsandSnowintheWavelengthInterval0.4-2.5mm第二十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四吸收和發(fā)射過程第二十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四吸收削弱吸收截面a分子所吸收的輻射通量，等于入射輻射的輻照度與之乘積

體積吸收系數(shù)單位體積中各個粒子的吸收截面之和

質(zhì)量吸收系數(shù)單位質(zhì)量介質(zhì)中各個粒子的吸收截面之和

第二十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四指數(shù)削弱規(guī)律第二十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四光學(xué)厚度光學(xué)質(zhì)量單色透過率第二十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四大氣吸收光譜第三十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四第三十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四第三十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四6321.671.211.35cm波長/mm第三十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四Spectralregionsusedforremotesensingoftheearthatmosphereandsurfacefromsatellites.indicatesemissivity,qdenoteswatervapour,andTrepresentstemperature.第三十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四散射過程

位于電磁波路徑上的粒子，通過這種過程從入射波中連續(xù)地提取能量，并且將此能量向各方向重新輻射出去。粒子可以當(dāng)做散射能量的點源。

粒子：氣體分子、懸浮塵埃、云滴、雨滴、冰粒和雪花等第三十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四散射分類和參數(shù)尺度數(shù)r：粒子半徑：輻射波長第三十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四散射圖像：方向性圖瑞利散射米散射第三十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四描述參數(shù)散射函數(shù)第三十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四散射截面散射效率消光截面消光效率單散射反照率第三十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四體積散射系數(shù)、質(zhì)量散射系數(shù)、指數(shù)削弱規(guī)律消光（削弱、衰減）=散射+吸收第四十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四相函數(shù)P(,)某一方向散射輻射與平均散射輻射的比值瑞利散射米散射第四十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四二、輻射傳輸方程一般形式：4個過程A.輻射束被介質(zhì)吸收；B.介質(zhì)發(fā)射輻射；C.輻射從射束內(nèi)被散射到其他方向；D.輻射從其他方向散射到傳輸方向損耗項depletion源項source第四十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四單次散射傳輸方程傳輸路徑吸收、散射衰減各個方向的散射輻射進入傳輸路徑造成的輻射增加12第四十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四

輻射從其他方向散射到傳輸方向傳輸方向第四十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四散射到所有方向上的輻射為從散射到傳輸路經(jīng)方向單位立體角內(nèi)的概率第四十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四傳輸路經(jīng)上單位面積/立體角的輻射為空間所有方向射向方向的亮度為第四十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四單散射反照率削弱+散射微分方程第四十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四太陽直接輻射的一次散射第四十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四第四十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四積分第五十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四到達上界的輻射亮度I(0)為關(guān)心散射輻射，扣除直接輻射一次散射（吸收

+一次散射）的傳輸方程第五十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四衛(wèi)星探測氣溶膠的基礎(chǔ)第五十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四直射太陽光的衰減探測高層氣溫、痕量氣體地面遙感臭氧、污染物衛(wèi)星開始h=350km，隨太陽衛(wèi)星下沉，直到日落太陽掩星法第五十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四R表示以分子O2和N2為主的瑞利分子散射a表示氣溶膠的吸收和散射g表示均勻混合氣體（主要是CO2和O2）吸收NO2表示以二氧化氮為主的城市污染物的吸收v水汽吸收O3臭氧吸收第五十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期四紅外波段輻射傳輸方程不考慮散射C、D項，只考慮A、B項A項：ds氣層吸收率：B項：氣層發(fā)射第五十五頁，共六十