r第2章：电磁波与遥感物理基础1

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1、第二章电磁波及遥感的物理基础本章主要内容电磁波与电磁波谱物体的发射波谱大气对辐射的影响地物的光谱特性第一节电磁波与电磁波谱电磁波及其特性电磁波谱一、电磁波及其特性波的概念：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)2.电磁波（ElectroMagneticSpectrum)由振源发出的电磁振荡在空气中传播。是通过电场和磁场之间相互联系传播的。根据麦克斯韦电磁场理论:变化的电场变化的磁场新的变化电场新的变化磁场。这种变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。3.电磁辐射:电磁场在空间

2、的直接传播（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。简称辐射按形式可分为：发射辐射、入射辐射、反射辐射、透射辐射、散射辐射等。4.电磁波的特性电磁波是横波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或大小，依次排列制成的图表。紫外线(UV)：0.01-0.4μm

3、，碳酸盐岩分布、水面油污染。可见光：0.4-0.76μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。红外线(IR)：0.76-1000μm。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。（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外）。微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。遥感常用的电磁波波段的特性热辐射定义:任何物体只要其温度高于绝对温度0K时，就存在着分子的热运动，它能够不地向外发射电磁波。由于所发射的电磁波的能量大小及其光谱成分取决于温度，因此，这种现象叫做热

4、辐射。第二节物体的发射波谱黑体定义：指入射的全部电磁波被完全吸收，既无反射也没有投射的物体。它在一定的温度下，比其它任何物质的辐射能量都要大，因此也叫完全辐射体。一、黑体辐射黑体辐射定义：是指黑体的热辐射，它是在一切方向上都均等的辐射。黑体在任何温度下、任何波长处的光谱吸收率恒等于1，即α黑(λ，T)≡1黑体在任何温度下、全部波长范围内的吸收率也恒等于1，即α黑(λ，T)≡1黑体辐射定律（BlackBodyRadiation)(1)普朗克（Plank'slaw）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(p20)辐射通量密度随波长连

5、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，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。(2)史蒂芬—玻尔兹曼定律即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。(3)维恩位移定律：随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。σ叫做史蒂芬—玻尔兹曼常数，其值为5.670×10-8瓦·米-2·开-4(W·m-2·K-4)是选择遥感器和确定对目标物进行热红外遥感的最佳波段的依据二、太阳辐射1.太阳常数：指不受大气影响，在距离

6、太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。太阳辐射是可见光和近红外的主要辐射源；I⊙=135.3mW/m2（是美国水手6、7号航天器1969年用空腔辐射计测定的数值，计算误差为1.0mW/m2）太阳常数可以认为是大气顶端接收的太阳能量2.太阳辐射的光谱太阳辐射的光谱是连续的；它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致；从近紫外到中红外（0.3-6μm）这一波段区间能量最集中而且相对来说较稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射在X射线、射线、远紫外及微波波段，能量小，但变化大；大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。2.太阳辐射光谱

7、第三节大气对辐射的影响大气的成分和结构大气对太阳辐射的影响大气窗口一、大气的成分在80km以下的相对比例保持不变，称不变成分:多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。主要有氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氢（这些气体）、含量随高度、温度、位置而变、称为可变成分:臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、冰等）、盐粒、尘烟（这些气体的）等二、大气的结构对流层：地表到平均高度12km处,航空遥感活动区。遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。平流层：在12~80km,较为微弱。电离层：80~1000k