电磁波谱与地物波谱特征

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1、第二章电磁辐射与地物光谱特征本章提要(…)§1遥感的电磁波原理§2太阳辐射§3太阳辐射与大气的作用§4太阳辐射与地物的作用§5地物的热辐射§6微波与地物的作用§7各典型地物的光谱曲线本章主要介绍遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、大气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、地物的热辐射、地物与微波的作用机理。返回下一章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3×108m/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

2、、散射等，并遵循同一规律。§1遥感的电磁波原理Tobecontinued…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。电磁波谱示图Tobecontinued…§1遥感的电磁波原理紫外线：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

3、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。遥感应用的电磁波波谱段本节结束返回下一节太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，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(…)：§2太阳辐射太阳光谱相当于6000K的黑体辐射；太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38～0.76µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47µm左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3～3.0µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；经过大气层的太阳辐

4、射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。本节结束返回下一节§3太阳辐射与大气的作用一、大气结构二、大气成分三、大气吸收作用四、大气散射作用五、大气窗口本节结束返回下一节一、大气结构一般认为大气厚度1000km，且在垂直方向自下而上可分为对流层、平流层、中流层、热层（增温层），热层再往上就是接近大气层外的顶部空间，也称为散逸层。二、大气成分大气主要成分为分子和其他微粒。三、大气吸收作用太阳辐射穿过大气层时，大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用。吸收作用使辐射能量转变为分子的内能，从而引起这些波段太阳辐射强度的哀减，甚至某些波段的电磁波完全

5、不能通过大气。大气吸收谱四、大气散射作用辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变。并向各个方向散开，称散射。散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向的辐射。散射现象的实质是电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象。因此，这种现象只有当大气中的分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。大气散射有三种情况：瑞利散射：大气粒子的直径远小于波长时发生米氏散射：大气粒子的直径与波长相当时发生无选择散射：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射。五、大气窗口折射改变了太阳辐射的方向，并不改变太阳辐射的强度。因此，就辐射强

6、度而言，太阳辐射经过大气传输后，主要是反射、吸收和散射的共同影响衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。对遥感传感器而言，只能选择透过率高的波段，才对观测有意义。通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的光谱波段主要有：0.3～1.15um，即紫外、可见光、近红外波段1.3～2.5um和3.5～5.0um，即近、中红外波段3.5～5.5um，即中红外波段，该波段除通透反射光外，也通透地面物体自身发射的热辐射能量；8～14um，即远红外波段，主要通透来自地物辐射的能量，适于夜间成像；0.8～

7、2.5cm，即微波波段，这一区间可以全天候观测，而且是主动遥感方式，如侧视雷达。太阳辐射与地表的相互作用(…)地物的反射率(…)漫反射(…)镜面反射(…)§4太阳辐射与地物的作用太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0.45~0.56μm的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达10～20m，清澈水体可达100m的深度。地

8、表吸收太阳辐射后具有约300K的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为9.66μm，主要集中在长波，即6μm以上的热红外区段。反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的比，即ρ=(Pρ/P0)×100%。