mrsi_c2遥感电磁辐射基础

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1、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§6三种遥感模式本章主要介绍遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、辐射基本定律、太阳辐射、大气和地面与太阳辐射的相互作用、大气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、三种遥感模型等。§1电磁波谱波的概念：波是振动在空间的传播。机械波：声波、水波和地震波电磁波（ElectroMagneticSpectrum)由振源发出的电磁振荡在空气中传播。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。演示电磁波是通过电场和磁场之间

2、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

3、，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。电磁波的来源电磁波谱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2000m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1mm～1m，穿透性好，不受云雾的影响。无线电波：

4、波长范围10-3～104m之间，主要用于广播、通信等方面。近红外：0.76～3.0µm，与可见光相似。中红外：3.0～6.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。远红外：6.0～15.0µm，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。超远红外：15.0～1000µm，多被大气吸收，遥感探测器一般无法探测。红外线的划分§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

5、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。黑体模型普朗克定理波长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

6、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。黑体辐射定律普朗克定律黑体辐射的能量是由温度决定的MaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918黑体温度越高，辐射最大值对应的波长越短620K380K黑色的煤烟，吸收系数接近99％，接近绝对黑体黑体辐射定律(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

7、，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。σ:斯蒂芬－玻尔兹曼常数，（5.6697±0.00297）×10－12Wcm-2K-4红外装置测试温度的理论根据。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