[高等教育]第二章遥感的物理基础

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1、第二章遥感的物理基础本章主要内容:第一节电磁波普与电磁辐射第二节太阳辐射及大气对其辐射的影响第三节地球辐射与地物波普第二章遥感的物理基础1、了解电磁波谱与电磁辐射的概念及特点2、掌握太阳辐射及大气对辐射的影响3、掌握地球的辐射与地物波谱重点：大气对电磁波辐射传输的影响及地物波谱特征难点：电磁辐射在大气-地表与遥感器之间的辐射传输过程、地物与电磁波谱相互作用机理第一节电磁波谱与电磁辐射电磁波及其特性电磁波谱电磁辐射的度量黑体辐射1.波的概念：波是振动在空间的传播。2.机械波：横波、纵波3.电磁波：由振源发出的电磁振荡在空气中传播。4.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

2、射）称为电磁辐射。一、电磁波及其特性电磁波是横波在真空中以光速传播满足方程：fλ=c,E=hf电磁波具有波粒二象性波动性：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。5、电磁波的特性二、电磁波谱电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，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。电磁波谱遥感常用的电磁波波段名称波长范围紫外线0.01----0.38μｍ可见光0.38----0.76

3、μｍ近红外0.76----3.0μｍ中红外3.0----6.0μｍ远红外6.0----15.0μｍ超远红外15----1000μｍ微波1----1000ｍｍ遥感常用的电磁波波段波长：0.01—0.38μm特征：臭氧对紫外线吸收较强；应用：1.用于测定碳酸岩的分布2.用于油污的监测波长：0.38—0.76μm特征：1.由红,橙,黄,绿,青,蓝,紫光组成；2.人眼对可见光有敏锐的分辨率；应用：1.鉴别物质特性的主要波段2.以光学摄影或扫描方式接收和记录地物对可见光的反射特征波长：0.76—1000μm特征：1.近红外性质与可见光相似；2.中、远、超远红外为热红外；应用：1.利用红外遥感可以夜间

4、工作。2.红外线不易为天空微粒所散射，这点比可见光优越。波长：1mm—1m特征：1.微波辐射属热辐射性质；2.具有穿透云雾不受天气影响，可进行全天候全天时的遥感探测；3.对植被、冰雪、土壤等表层覆盖物有一定的穿透能力。应用：可采取主动或被动方式遥感，具有较大发展潜力的遥感波段。红外线概念：☆辐射源：任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐射，也能够向外（发出）辐射。☆辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J（焦耳）。☆辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的辐射能量,单位:W。☆辐射通量密度（E）:单位时间内通过单位面积的辐射能量,单位:W/m2。☆辐射照度（I）：被辐射的物体表面

5、单位面积上的辐射通量（W/m2）。☆辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量（W/m2）。☆辐射亮度（L）：面辐射源在单位时间内通过垂直面元法线方向上单位面、单位立体角的辐射能。三、辐射能量的度量绝对黑体(简称黑体）：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。绝对黑体的特性：α（λ，T）≡1;ρ（λ，T）≡0任何物体：α（λ，T）+ρ（λ，T）≡1绝对白体：α（λ，T）≡0ρ（λ，T）≡1α（λ，T）：光谱吸收系数（吸收率）ρ（λ，T）：光谱反射系数（反射率）四、黑体辐射普朗克热辐射定律普遍适用于绝对黑体的辐射，公式表示出了黑体辐射出射度与温度的关系以及按波长分布的规律。黑体辐射

6、定律1、玻耳兹曼定律表示出黑体总辐射出射度（通量密度）随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。温度3005001000200030004000500060007000λmax9.665.802.901.450.970.720.580.480.412、维恩位移定律随着温度的升高，辐射通量密度最大值对应的波长向短波方向移动。b为常数，b=2897.8μmK。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,与温度四次方成正比，不同温度的曲线不同。随着温度的升高，辐射辐射通量密度最大值所对应的波长向短波方向移动。黑体辐射的三个特性实际物体的辐射黑体辐射由普朗

7、克定理描述；自然界中实际物体的辐射特性比黑体的相比，具有怎样的区别与联系？基尔霍夫定律——在一定温度下，任何物体的辐射出射度M和吸收率之比，都是一个常数，并等于该温度下黑体辐射出射度M黑。发射率：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射通量）M与同温下的黑体辐射出射度M黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。按照发射率与波长的关系，把实际物体分为：