二遥感的物理基础(简).pptVIP

第二章 遥感的物理基础 ???? 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。 ? 第一节 电磁波谱与电磁辐射 (1) 电磁波与电磁波谱 (2) 电磁辐射的度量 (3) 黑体辐射 （1）电 磁波与电磁波谱 电磁波 交互变化的电磁场在空间的传播。 描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅、位相等。 电磁波的特性 电磁波是横波，传播速度为3×108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。 （1）电 磁波与电磁波谱 电磁波谱 按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。 依次为： γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。 遥感应用的电磁波波谱段 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。 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）电 磁辐射的度量 （3）黑体辐射 绝对黑体 如果一个物体在任何温度下对任何波长的电磁辐射全部吸收（即吸收系数恒等于1），则这个物体称为绝对黑体。 黑体辐射特性 （1）黑体辐射出射度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。 （2）温度愈高，黑体的辐射出射度也愈大，不同温度的曲线是不相交的。绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的4次方成正比。（斯忒藩—玻尔兹曼定律） （3）黑体辐射光谱中最强辐射的波长与黑体绝对温度成反比。（维恩位移定律）。随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长移向短波方向。 太阳辐射 太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。 从太阳光谱曲线可以看出(…)： 太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。（1.360×103W/m2） 大气层次与成分 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远大于水平方向上的梯度，所以在大气效应纠正中大量假定大气具有水平均一，垂直分层结构。 气压随高度是以负指数形式递减。 大气层次 大气厚度约为1000km,从地面到大气上界，可垂直分为4层： 对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，空气明显垂直对流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。 平流层：高度在12～50 km，没有对流和天气现象。底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。 电离层：高度在50～1 000 km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。 O3 臭氧主要分布在10～50km的平流层大气中，极大值出现在20～25km处，对流层中的臭氧含量不到十分之一。 臭氧的总含量具有明显的地域分布特征及季节变化，在赤道上空臭氧含量最少，在高纬度地区60 °～70°区域内达到极大值。 70年代，近极地上空臭氧层厚度是很大的，但随着时间发展，臭氧层厚度逐渐在减小，目前在南极上空已形成臭氧空洞。 大气成分 大气是由多种气体及气溶胶所组成的混合物。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 气溶胶 大气的成分可分为常定成分（ N2，O2 ，CO2等）与可变成分两个部分（水汽，气溶胶）。