[工学]电磁辐射与地物光谱特征.ppt

遥感概论 任课教师：巴雅尔 yaogan@126.com 课程性质：专业必修 授课学时：68学时 内蒙古师范大学地理科学学院 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 电磁波谱与电磁辐射 电磁波谱 波：振动的传播 电磁波：电磁振动的传播 电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成电磁波谱。 电磁波性质 横波 在真空以光速传播 波粒二象性 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 电磁波谱与电磁辐射 电磁辐射的度量 辐射源 辐射测量 辐射能量（W） 辐射通量（Φ=dW/dt） 辐射通量密度（E=dΦ/ds） 辐照度（I=dΦ/ds） 辐射出射度（M=dΦ/ds） 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 辐射亮度：辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 黑体辐射 绝对黑体 对于任何波长的电磁波都全部吸收。 恒星和太阳的辐射接近黑体辐射。 黑体辐射规律 普朗克公式 斯忒藩-玻尔兹曼定律 维恩位移定律 普郎克公式 斯忒藩-玻尔兹曼定律 维恩位移定律 绝对黑体温度与最大辐射所对应波长的关系 可根据维恩-位移定律计算不同温度绝对黑体的最大辐射所对应的波长长度。 自然界一般物体不是黑体,但在某一确定温度T时,物体最强辐射所对应的波长也可以用维恩位移公式进行近似计算。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 黑体辐射 绝对黑体 黑体辐射规律 实际物体的辐射 地物的发射率 基尔霍夫定律 地物的发射率 自然界中黑体辐射是不存在，一般地物辐射能量总要比黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要增加一个因子，那就是发射率（比辐射率）。 发射率ε是指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出的辐射总通量）M与同温度的黑体辐射出射度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）M黑的比值。 地物的发射率（续） 地物的发射率与地物的性质、表面状况（如粗糙度、颜色）有关，且是温度和波长的函数。 依据发射率与波长的关系，将地物分为三种类型：黑体、灰体、选择性发射体。 基尔霍夫定律 在任一给定温度下，辐射通量密度（M）与吸收率（α）之比对任何材料都是一个常数，并等于该温度下黑体的辐射通量密度（M黑）。 结合发射率的定义，可进一步推导出ε=α，即地物的发射率等于吸收率。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 太阳辐射 太阳常数：是指不受大气影响，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、单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。 太阳光谱：太阳的光谱通常指光球产生的光谱，光球发射的能量集中在可见光波段。 太阳辐射各波段的百分比 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气层次与成分 大气层次 对流层 平流层 电离层 外大气层 大气成分 分子：N2和O2，约占99%；其余1%则是O3、CO2、H2O、N2O、CH4、NH3 其他微粒：烟、尘埃、雾霾、小水滴、气溶胶 大气垂直分层 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气吸收：太阳辐射通过大气层时，大气层中某些成分对太阳辐射产生选择性的吸收，即把部分太阳辐射能转换为本身内能，使温度升高。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气散射 散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。 散射对遥感数据的影响 对反射辐射成分的改变 改变传感器所接受的电磁波信息 大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气散射 瑞利散射 当大气中粒子的直径比波长小得多时发生。 散射强度与波长的四次方成反比，即波长越长，散射越弱。 主要发生在可见光和近红外波段。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气散射 米氏散射 当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。 散射强度与波长的二次方成反比。 具有明显的方向性。 主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。 对于大气微粒引起的米氏散射从近紫外到红外波段都有影响，当进入红外波段后米氏散射的影响超过瑞利散射。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气散射 无选择性散射 当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射。 符合条件的波段中，任何波长的散射强度相同。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气折射 电磁波穿过大气层时，还出现传播方向的改变，即发生折射。 大气密度越小折射率越小，离地面越高空气密度越小，折射率也越小。 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 太阳辐射及大气对辐射的影响 大气反射 反射现象主要发生在云层顶部。 应尽量选择无云的天气接收遥感信号。 大气窗