《遥感地质学》2-遥感的物理基础

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1、2遥感物理基础2.1电磁波谱与电磁辐射2.2大气作用与地物波谱遥感传感器记录了地物的反射与发射电磁辐射——以电磁波的形式穿越空间的能量传输（StarandEstes1990），遥感探测实际上就是对辐射能量的测定。电磁波谱范围覆盖了宇宙波直到无线电波（Jensen1996）。2.1电磁波谱与电磁辐射1、电磁波谱1）电磁波谱：将各种电磁波在真空中传播的波长或频率按其大小长短依次排列，则形成电磁波谱。TheElectromagneticSpectrumγ射线　小于10-6μmχ射线0.06-20×10-4μm紫外线0.04-0.39μm可见光0.39-0.76μm红外线0

2、.76-1000μm微波1mm-1m无线电波1-3000m以上2）遥感常用的电磁波波段ElectromagneticSpectrum（suits1983;starandEtes1990）可见光——紫0.38—0.43μm蓝0.43—0.47μm青0.47—0.50μm绿0.50—0.56μm黄0.56—0.59μm橙0.59—0.62μm红0.62—0.76μm红外——近红外（反射红外）0.76-3.00μm中红外（反射+热红外）3.00-6.00μm远红外（热红外）6.00-15.00μm超远红外（热红外）15.00-1000μm微波——毫米波、厘米波和分米波。辐

3、射能量（Radiantenergy）W：电磁辐射的能量，单位为焦耳（J）。辐射通量（Radiantflux）φ=dW/dt：单位时间内通过某一面积的辐射能量，是波长的函数，总辐射通量是各谱段辐射通量之和或积分，单位为瓦（W）。辐射通量密度（Radiantfluxdensity）E=dφ/dS：单位时间内通过单位面积的辐射能量，单位为W/m2。辐射照度（Irradiance）I=dφ/dS：被辐射物体在单位面积上接受到的辐射通量。辐射出射度M=dφ/dS：辐射源物体在单位面积上辐射出去的辐射通量。2、电磁辐射度量黑体(Blackbody)——绝对黑体，对任何波长的电磁

4、辐射都全部吸收，即吸收率=1，反射率=0；灰体——吸收率<1，但基本不随波长而变化；选择性辐射体——吸收率随波长而变化。3、黑体辐射三种辐射体的比辐射率三种辐射体的光谱辐射通量密度1）普朗克辐射定律黑体辐射规律K=1.38×10-23J/K(玻尔兹曼常数)h=6.63×10-34Js(普朗克常数)M为辐射出射度2）斯忒藩-玻尔兹曼定律用普朗克公式对波长积分，导出斯忒藩-玻尔兹曼定律。（斯忒藩-玻尔兹曼常数σ=5.67×10-8W·m-2·K-4）3）维恩位移定律b=2.898×10-3m·Kλmax——最强辐射波长T/K300100030006150λmax/μm9

5、.662.900.970.475）实际物体的辐射——基尔霍夫定律M=αM0=ασT4（斯忒藩-玻尔兹曼常数σ=5.67×10-8W·m-2·K-4）M0为同一波长和温度的绝对黑体辐射出射度；0<α<1,吸收系数，也称为比辐射率或发射率ε,与波长有关！2.2大气作用与地物波谱1、太阳辐射与地球辐射1）太阳辐射常用5800K的黑体辐射来模拟，其辐射能量集中在短波辐射（紫外到中红外波段）。2）地球辐射可用300K的黑体辐射来模拟，其辐射能量集中在长波辐射（热红外波段）。3）小于3μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6μm的波长，主要是地球的热辐射；3-6μm之间，太阳和

6、地球的热辐射都要考虑。太阳辐射T地球=300Kλmax=9.66μm；T太阳=6000Kλmax=0.47μm。1）吸收2）散射3）二次散射4）二次发射2、大气作用（AtmosphericEffect）太阳辐射在穿过大气层时受四种因素影响（Elachi1987）。1）大气吸收大气对太阳辐射的吸收是非线性的，与大气中气体分子的浓度呈对数关系（Flaschka1969）；大气中水蒸汽对太阳辐射吸收最强，其次是CO2、O3，在城市周边这些因子变化很大；大气吸收强度与温度、高度、离城镇烟雾的远近及其它因子有关。太阳辐射在大气层中传播时，大气分子对其某些波段吸收，使辐射能量转

7、变为分子内能，从而引起这些波段的太阳辐射强度衰减。0.380.763615大气吸收谱紫外可见光近红外中红外热红外水吸收带：2.5-3.0μm，5-7μm，0.94μm，1.13μm，1.38μm，1.86μm，3.24μm，24μm以上，水对红外遥感有极大的影响；二氧化碳吸收带：2.8μm，4.3μm，量少，吸收作用主要在红外区内，可以忽略不计；臭氧吸收带：0.2-0.32μm，0.6μm，9.6μm，数量极少，但吸收很强，对航空遥感影响不大；氧气：0.155μm，高空遥感很少使用紫外波段。大气对太阳辐射的吸收作用大气层外太阳辐射曲线海平面太阳辐射曲线大气吸收与