第二章 遥感的物理基础-1.ppt

* * 均匀散射：大气粒子的直径比波长大得多时发生的散射，散射强度与波长无关，在符合无选择散射的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。 散射特性 * 米氏散射：大气中的气溶胶颗粒，云滴，雨云滴等的直径与入射光的波长相似或大于入射光的波长时发生的散射。 瑞利散射：雨过天晴或秋高气爽时，就因空中较粗微粒比较少，青蓝色光散射显得更为突出，天空一片蔚蓝。 思考：蓝天、白云、红日 瑞利 均匀 频率关系 大气散射是群体散射强度和个体散射强度的线性和。 大气散射系数与高度的关系： 大气散射系数由分子散射和气溶胶散射两部分组成。气溶胶颗粒密度随高度呈指数衰减。就平均状况而言，4km以下的气溶胶米氏散射占优势，4km以上的分子散射占相对优势。 分子散射与气溶胶散射光强之比随角度和能见度的变化而变化。 （3）大气对电磁波的作用 散射特性 * 空气纯净时天空是什么颜色？ 站在月球上看天时，天是什么颜色？ * 折射现象：电磁波传过大气层时出现传播方向的改变，大气密度越大，折射率越大。 反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象，反射现象主要出现在云顶（云造成的噪声）。 （3）大气对电磁波的作用 折射、反射 * 太阳辐射经过大气传输时，反射，吸收和散射共同衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。 由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。 电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。（对地遥感要用的部分） （3）大气对电磁波的作用 大气窗口 * 大气窗口主要光谱波段 大气窗口 波段 透射率/% 应用举例 紫外可见光 近红外 0.3～1.3 μm ＞90 TM1-4、SPOT的HRV 近红外 1.5～1.8 μm 80 TM5 近-中红外 2.0～3.5 μm 80 TM7 中红外 3.5～5.5 μm 60～70 NOAA的AVHRR 远红外 8～14 μm 60～70 TM6 微波 0.8～2.5cm 100 Radarsat * 光学厚度：消光系数沿大气传输路径的积分，是表征大气介质对辐射衰减程度的无量纲量。 大气的总光学厚度：在某一垂直路径上，从大气顶层到地表的总衰减系数。 （3）大气对电磁波的作用 光学厚度 例如：在可见光和近红外波段，太阳辐射30％被云或其它粒子反射，22％被散射，17％被吸收，到达地面能量31％。 * 太阳辐射透过大气并被地表反射（有用的）； 太阳辐射被大气散射后被地表反射（纠正后有用）； 太阳辐射被大气散射后直接进入传感器； 太阳辐射透过大气被地物吸收后又被地表发射进入传感器； 被视场以外地物反射后进入视场的交叉辐射项。 （3）大气对电磁波的作用 传感器接收能量 * 小结：太阳辐射及大气对辐射的影响 （1）太阳辐射 太阳常数、分布特性 （2）大气成分与大气层 两类成分、大气分层 （3）大气对电磁波的作用 吸收、散射、反射 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 温度在绝对零度以上的物体，向外发射辐射能量 例：异常温度监测 热红外波段观测 监测 温度异常 热红外观测 （3）物体的发射辐射 * 1.辐射能量能体现异常温度么？ 2.为什么对地观测利用热红外波段？ 能量 波长 两个基本问题： （3）物体的发射辐射 Stefan-Boltzmanns law 即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同 (1)玻耳兹曼定律 * （3）物体的发射辐射 温度 300 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 波长 9.66 5.80 2.90 1.45 0.97 0.72 0.58 0.48 0.41 (2)维恩位移定律 620 K 380 K Wiens displacement law 随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。 * （3）物体的发射辐射 带入地球表面温度 T = 308 = 9.66微米 (3)瑞里—金斯公式 黑体辐射的微波功率与温度成正比，与波长的平方成反比。 微波波段与红外波段发射辐射的比较：不同地物之间微波发射的差异比红外发射率要明显得多，因此，在可见光和红外波段中不易识别的地物，在微波波段中则容易识别。 辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。 *