第四章-热的红外遥感-课件.pdf

《遥感原理与方法B 》 第四章 热红外遥感 中国科学院大学 姜小光 2012年10月22日 《遥感原理与方法B 》 第四章 热红外遥感 （一）概况 （二）热辐射原理 一、黑体辐射 二、真实物体的辐射 三、热辐射与地面的相互作用 四、热作用与温度 （三）热扫描图像的特点与解译 一、热红外扫描图像的特点 二、成像时段的选择 三、物体的热学性质 四、热红外遥感图像的解译与应用 （一）概 况 红外谱段位于VIS和WM之间,波长0.76-1000μm ，包括 •反射红外，波长0.76 -3.0μm ； •发射红外，波长3 - 18μm， 又称“热红外”。 发射红外又分为： • 中红外谱段（3-6μm），热辐射与对太阳辐射的反射部分须同时 考虑。 •远红外谱段 （6-18μm），以热辐射为主，反射部分可忽略不计； 除 “热红外”谱段外，许多其它谱段 （如微波等）也可 以有少量的热能发射。 热红外遥感研究的重要性 地球系统的能量流、物质流均可归结为其热量和物质的积累 和耗散。与人类生存息息相关的植物生长、水分循环、气候与环 境变化，以及全球变化等均离不开地球系统水热平衡的研究。 “地表温度” 综合反映了地球表面——大气相互作用过程 中物质和能量交换的结果，是地球系统水热平衡研究中十分关 键的物理参数。 例如： •Ts可用于研究地表通量、估计作物需水量； •Ts 可用于估计区域日蒸散； •Ts 日变化可用于估计地表热惯量与地表湿度； •Ts 、反射率可作为荒漠化的指标； •Ts 、NDVI 可用于估计地表湿度与冠层（水分蒸发）阻抗； •Ts 是一些过程模型的输出或初始输入。 热红外遥感是获取地表温度、地表热状况信息的一种非常重 要的手段（一切和热相关的信息获取都通过热红外遥感）。 热红外遥感的复杂性 1）大气效应的复杂：大气散射 + 大气吸收 + 大气自身发射。 在TIR谱段内，大气散射远不如紫外-可见光谱段；但大气吸收 明显 （大气分子、水汽、悬浮粒）；大气自身发射 （水汽、气溶 胶）— 程辐射会叠加到地面物体的热辐射信号上。 2 ）地物本身的热过程是复杂的。 地物从吸收能量 （热储存、增温）到发射能量 （热释放、降温）的 过程，不仅与地物本身的热学性质 （热传导率、热容量、热惯量 等）有关，还受环境条件及地表热状况 （如微气象参数--风速、风 向、空气温度、湿度等，土壤参数--土壤水分、组成、结构等，植物 覆盖状况、地表粗糙度、地形地貌等）多种因素的影响。 要定量地表达这一过程，是相当复杂的。 3 ）改变地物温度的因素，除了地物本身的热过程 （热吸收与 热辐射）外，还有显热交换与潜热交换。 • 显热交换 （Sensible heat）-- 由温度差导致的热量传递； 对于地表，主要指地表内部的热量与大气的交换；热传递方式有多种： 热传导 由基本粒子（分子、原子等）热运动产生物体的内能， 固态物体的各个部分没有相对位移； 热对流 由流体的分子或微团的物理运动所致； 热辐射 由物体内能转化为电磁波所致； 它们都属于显热(又称感热)交换； • 潜热交换 （Latent heat）-- 由物质的相变导致的热量传 输，指地表水分蒸发耗热，水汽凝结散热等能量交换。 显热与潜热交换都与天气、气候有关。几种热交换过 程交织在一起，难以分解，建立起它们与温度改变的定量 关系比较复杂。 4 ）热探测器所获得的物体发射辐射信息 M (T)  T 4 包含两个重要信息 物体的温度和比辐射率 （表示物体辐 射能力），温度/ 比辐射率的分离是热红外遥感的难点。 5 ）热红外遥感图像的空间分辨