福州大学空间中心遥感_第2讲遥感机理.ppt

第二讲 遥感机理 遥感成像原理与遥感图像特征 电磁波谱与电磁辐射 太阳辐射及大气对辐射的影响 地物光谱反射特性 遥感图像的特征 遥感成像原理 可见、反射红外遥感 热红外遥感 微波遥感 电磁波谱 电磁波是在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能的波，具有波动性和粒子性。 电磁波谱：将各种电磁波按其波长（或频率）的大小, 依次排列画成的图表 电磁波的波段：从波长短的一侧开始，依次叫γ线、χ线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。波长越短，粒子性越强。 电磁波谱 电磁波的性质 横波 在真空中以光速传播 满足： E为能量 h为普朗克常数，6.626＊10-34J/s f为频率；?为波长 c为光速，3＊108m/s 波粒二象性 电磁辐射的度量（1） 辐射能量：以电磁波形式向外传送能量，单位为焦（J） 辐射通量：又称辐射功率，指单位时间内，通过某一表面的辐射能量，单位为瓦（W） 辐射出射度：又称辐射通量密度，指面辐射源在单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量，即物体单位面积上发出的辐射通量，单位为瓦/米2（W/m2） 电磁辐射的度量（2） 辐射照度：简称辐照度，指面辐射源在单位时间内，从单位面积上接收的辐射能量，即照射到物体单位面积上的辐射通量，单位为瓦/米2（W/m2） 辐射强度：指点辐射源在单位立体角内、单位时间内，向某一方向发出的辐射能量，即点辐射源在单位立体角内发出的辐射通量，单位为瓦/球面度（W/sr） 电磁辐射的度量（3） 辐射亮度：简称辐亮度，指面辐射源在单位立体角、单位时间内，在某一垂直于辐射方向单位面积（法向面积）上辐射出的辐射能量，即辐射源单位投影面积上、单位立体角内的辐射能量，单位为瓦/（米2.球面度)（W/m2.sr） 电磁波辐射原理 普朗克（Planck）辐射定律 描述了黑体辐射源的辐射出射度与温度、波长的关系 Mλ(λ,T) ：黑体辐射通量密度:黑体单位表面积上在单位时间内单位波长间隔区间辐射出的能量 单位:瓦.厘米－2/微米－1 c： 为真空中的光速 T： 黑体的绝对温度 k： 为玻尔兹曼常数＝1.38×1023瓦·秒·°K-1 h： 为普朗克常数＝6.63×10－34瓦·秒-2 对地遥感的复杂性 主要表现在2个方面： 大气对太阳辐射及地物辐射的影响； 地物复杂性的影响 太阳辐射及大气对辐射的影响 太阳辐射 大气作用 大气的层次与成分 大气吸收 大气散射 大气窗口 大气透射的定量分析 太阳辐照度分布曲线 太阳是被动遥感最主要的辐射源 太阳常数（1.360＊103W/m2）：指不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量 太阳光谱 大气层外的太阳光谱接近于表面温度6000K黑体的曲线 太阳辐射的大部分能量集中于近紫外-中红外区内（0.31-5.6um），在此范围内，太阳辐射的强度变化很小，是很稳定的辐射源 大气的层次 大气层的厚度一般可取1000km 大气物理状况的物理量一般有气压、大气温度和大气湿度，它们在垂直方向上的变化远大于水平方向，所以在大气校正中大量假定大气具有水平均一、垂直分层的结构 气压随高度变化是以负指数的方式递减 大气的层次 分为4层 对流层：温度随高度增加而降低，空气明显垂直对流，上界随季节和纬度变化 平流层（对流层顶-50km）：包括下部的等温层和暖层，几乎没有对流和天气现象 中间层（50-80km）：温度随高度增加而降低 电离层：包括下部的热层和上部的逸散层，温度激增，大气中的氮气和氧气呈气体状态 大气的成分 大气是由多种气体和气溶胶所组成的混合物； 大气的成分可分为常定成分和可变成分2个部分 O3含量呈明显的地域分布特征及季节变化 H2O浓度变化很大 气溶胶 密度随高度呈指数衰减，米散射 大多集中在底层大气（0-4km） 大气对辐射的吸收 大气中的氮气对电磁波的作用都在紫外光以外的范围内 大气上层臭氧的存在，对小于0.3um的电磁波具有极强的吸收能力，所以到达地面的太阳短波辐射中，已不存在小于0.3um的短波辐射 大气在0-15um波长的吸收 大气吸收 真正对电磁波传播起重要吸收作用的是一些非常少量的气体，其中作用最为显著的有O3, CO2, CH4, H2O O3 在0.6um附近有一个弱吸收带 在红外区，以9.6um为中心有一个较强的吸收区，其次在4.75um有一个较显著的吸收区，在14um附近的吸收率与CO2的强吸收重迭 CO2 含量较少，但它对红外波段，特别是以15um为中心形成了一个13-17um的强吸收波段 混合在大气中的CO2强烈地吸收着来自地表的热辐射，以比地表低的温度向太空辐射热量，这就构成了一个辐射能量的差距（吸收多，支出少），增加