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第二章 遥感电磁辐射基础 本章提要(…) §1 电磁波谱 §2 辐射基本定律 §3 太阳辐射 §4 太阳辐射与大气的相互作用 §5 太阳辐射与地面的相互作用 §6 三种遥感模式 §1 电磁波谱 波的概念：波是振动在空间的传播。 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的 电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。 电磁波的特性 电磁波是横波 在真空中以光速传播 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。 波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性 波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。 电磁波谱 电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。 在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线 电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。 各电磁波段主要特性 紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。 可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾的影响。 无线电波：波长范围10-3 ～ 104m之间，主要用于广播、通信等方面。 红外线的划分 近红外：0.76～3.0 μm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0 μm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 远红外：6.0～15.0 μm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 超远红外：15.0～1 000 μm，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。 §2 辐射基本定律 黑体辐射 普朗克辐射(Planck)定律 斯特潘-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律 基尔霍夫（Kirchhoff)辐射定律 维恩(Wien)位移定律 辐射通量 通常，把以电磁波形式传播的能量称为辐射能，用Q表示，单位为焦耳。 h是普朗克常数，ν是光的频率，ν与光速c、波长λ之间都是可换算的. 辐射能即可以表示辐射源发出的电磁波的能量，也可以表示被辐射表面接收到的电磁波的能量。 在单位时间内通过某一面积的辐射能，称为通过该面积的辐射通量，符号Φ，单位为W，如果是某个波长的辐射通量，则记为Φ(λ)。 黑体辐射 黑体是绝对黑体的简称，指在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数恒等于1（100%）的物体。黑体的热辐射称为黑体辐射。 普朗克定理 波长λ，光学遥感中一般单位用μm 或nm； 波数v=1/λ，单位一般为cm-1； 频率f=c0/λ,单位为1/s,其中c0为光速。 地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。 黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。 黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射。 黑体辐射定律  黑体辐射定律 (1)普朗克热辐射定律 表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。 黑体辐射的三个特性 辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。 斯特潘-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律 对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬－玻尔兹曼定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。 地物的发射率和基尔霍夫定律 发射率(Emissivity )：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。 影响地物发射率的因素： 地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。 按照发射率与波长的关系，把地物分为： 黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。 灰体(grey body)：发射率小于1，常数 选择性辐射体：发射率小于1，且随波长而变化。 基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常