电磁辐射与地物光谱特征

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1、第二章电磁辐射与地物的光谱特征贺巧宁主要内容：§2.1电磁波谱与电磁辐射§2.2太阳辐射及大气对辐射的影响§2.3地球的辐射与地物波谱本章小结§2.1电磁波谱与电磁辐射一.电磁波谱二.电磁辐射的度量三.黑体辐射一.电磁波谱1.电磁波的产生2.电磁波的特性3.电磁波谱1.电磁波的产生电磁波:由振源发出的电磁振荡在空间的传播,有热辐射、微波、无线电波等,也称为电磁辐射。当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波。2.电磁波的特性（1）是横波（2）在真空中以光速传播（3）满足：f·入=C；E=h·f（4）电磁波具有波粒二象性入射

2、电磁波镜面反射漫反射物体表面透射/折射吸收反射率（p)=反射能量/入射能量*100%吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100%透射率（T)=透射能量/入射能量*100%3.电磁波谱电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或者递减排列构成的谱带则称电磁波谱。以频率从高到低或者波长从短到长排列可以划分为r射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波1x10-6μm1x10-3μm0.1μm1μm10μm100μm0.1cm1cm10cm1m10m100m1km10km100kmr射线X射线红外线紫外线微波超短波短波中波长波可见光无线电波0.38μm

3、0.76μm3μm6μm15μm1000μm可见光近红外中红外远红外超远红外红橙黄绿青蓝紫二.电磁辐射的度量辐射能量(W)：电磁辐射的能量，J。辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能量，W，J/s。辐照度(I)：被辐照的物体表面单位面积上的辐射通量，W/m2。辐射出射度(M)：温度为T的辐射源物体表面单位面积上的辐射通量,W/m2。111WI三.黑体辐射1.绝对黑体2.黑体辐射的规律3.实际物体的辐射1.绝对黑体绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。黑色的煤烟、恒星、太阳等。2.黑体辐射的规律（1）斯忒藩-玻尔兹曼定律:

4、M=δT4δ=5.67x10-8W/m2•K4辐射出射度波长05101520700K600K500K400K300K（2）维恩位移定律:入max•T=bb=2.898x10-3m•K3.实际物体的辐射基尔霍夫定律:M1/a1=M2/a2=Mi/ai=M0=IM=εM0绝对黑体不仅具有最大的吸收率，也具有最大的发射率，却丝毫不存在反射；而实际物体，如果吸收本领越大，它的发射本领也越大，越接近黑体。习题假定恒星表面的辐射与太阳表面的辐射一样都遵循黑体辐射规律.如果测得到太阳辐射波谱的入太max=0.51μm,北极星的入北max=0.35μm,试计算太阳和北极星的表面

5、温度及每单位表面积上所发射出的功率是多少?2.2太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.1太阳辐射2.2.2大气对辐射的影响2.2.1太阳辐射1.太阳常数:是指在不受大气影响,在距离太阳一个天文单位内,垂直于太阳光辐射方向上,单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量.I⊙=1.360x103W/m22.太阳光谱2.2.2大气对辐射的影响1.大气分层和组成2.大气吸收3.大气散射4.大气折射5.大气反射6.大气窗口7.大气透射分析对流层外大气层电离层平流层1280100026上层中层下层C电离层同温层暖层冷层中间层热层散逸层质子层氦层O3层D电离层E电离层F电离层350

6、00一般飞机、气球气球航天飞机200-250km,侦察飞机150-200km资源卫星,气象卫星800-900km通讯卫星,气象卫星36000km大气垂直分层示意图飞机气球,喷气式飞机分子:氮气(N2)，氧气(O2)臭氧(O3)，二氧化碳(CO2)，水(H2O)及(N2O，CH4，NH3)等其他微粒:烟、尘埃、雾霾、小水滴、气溶胶等。大气主要成分大气散射0.40.50.60.70.80.91.0100蓝绿红散射强度曲线瑞利散射无选择散射包括：瑞利散射、米氏散射和无选择性散射。瑞利散射d<<入I∝入-4大气中原子和分子可见光米氏散射d≈入I∝入-2微粒红外线无选择性

7、散射d>>入I与入无关大气散射大气上界地平面太阳高度角大气折射后太阳高度角τ0β折射值τ=τ0-β大气折射大气窗口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。大气窗口的主要光谱段:0.3-1.3、1.5-1.8和2.0-3.5、3.5-5.5、8-14、0.8-2.5cm024681012141618202250100透过率0.3-1.31.5-1.82.0-3.53.5-5.58-140.8-2.5cm大气窗口电磁性质大气窗口(μm)应用条件成像方式透过率反射光谱0.3-1.3强光条件下摄影扫描90%1.5-1.82.0-2

8、.5强光条件下扫描80%