定量遥感_第2章_大气短波辐射传输建模

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1、第二章大气短波辐射传输建模Chapter2AtmosphericShortwaveRadiativeTransferModeling定量遥感主讲人：鲁蕾兰州大学资源环境学院主要内容辐射传输方程地表BRDF统计模型大气光学特性辐射传输方程求解考虑地表BRDF的近似表达辐射传输方程辐射在大气中的传输大气对太阳直接辐射的削弱天空辐射长波辐射在大气中的传播辐射传输方程大气对太阳直接辐射的削弱太阳直接辐射是平行光，射入大气后，经过大气的散射、吸收，不断削弱，最后到达地表，其中削弱辐射的因子有：空气分子的散射；大颗粒散射；水汽的吸收；臭氧或其它气

2、体的吸收。辐射传输方程天空辐射天空辐射主要取决于太阳天顶角与大气中云滴、尘埃等气溶胶杂质的多少。散射辐射来自整个半球天空。天空辐射可以通过求解辐射传输方程得到。长波辐射在大气中的传输对于长波辐射在大气中的传输，同时考虑大气层的反射与吸收，但不考虑散射。辐射传输方程消光截面与消光系数截面与几何面积类似，用来表示粒子由初始光束中所移除的能量大小。当对粒子而言时，截面的单位是面积（厘米2）。消光截面等于散射截面与吸收截面之和。质量消光截面对单位质量而言，截面的单位是每单位质量的面积（厘米2·克-1）。在传输研究中用术语质量消光截面，因而，质

3、量消光截面等于质量散射截面与质量吸收截面之和。辐射传输方程消光截面与消光系数消光系数当消光截面乘以粒子数密度（厘米-3）或当质量消光截面乘以密度（克·厘米-3）时，该量称为“消光系数”，它具有长度倒数（厘米-1）的单位。辐射传输方程传输方程I(0)I(s1)I+dII0dsS1在介质中传输的一束辐射，将因它与物质的相互作用而减弱。如果辐射强度，在它传播方向上通过厚度后变为，则有式中是物质密度，表示对辐射波长的质量消光截面。辐射强度的减弱是由物质中的吸收以及物质对辐射的散射所引起。在介质中传输的一束辐射，将因它与物质的相互作用

4、而减弱。如果辐射强度，在它传播方向上通过厚度后变为，则有式中是物质密度，表示对辐射波长的质量消光截面。辐射强度的减弱是由物质中的吸收以及物质对辐射的散射所引起。在介质中传输的一束辐射，将因它与物质的相互作用而减弱。如果辐射强度，在它传播方向上通过厚度后变为，则有式中是物质密度，表示对辐射波长的质量消光截面。辐射强度的减弱是由物质中的吸收以及物质对辐射的散射所引起。在介质中传输的一束辐射，将因它与物质的相互作用而减弱。如果辐射强度，在它传播方向上通过厚度后变为，则有式中是物质密度，表示对辐射波长的质量消光截面。辐射强度的减弱是由物质中的

5、吸收以及物质对辐射的散射所引起。在介质中传输的一束辐射，将因它与物质的相互作用而减弱。如果辐射强度，在它传播方向上通过厚度后变为，则有式中是物质密度，表示对辐射波长的质量消光截面。辐射强度的减弱是由物质中的吸收以及物质对辐射的散射所引起。辐射传输方程传输方程I(0)I(s1)I+dII0dsS1思考作业题1:若为粒子消光截面,N为单位体积的总粒子数,上式如何表达?消光系数=?辐射传输方程辐射强度也可以由于相同波长上物质的发射以及多次散射而增强，多次散射使所有其它方向的一部分辐射进入所研究的辐射方向。我们如下定义源函数系数，使

6、由于发射和多次散射造成的强度增大为：式中源函数系数具有和质量消光截面类似的物理意义。联合上述两个方程得到辐射强度总的变化为：辐射传输方程为方便起见，定义源函数因此，有特定方向(s)上关于辐亮度(I)的微积分方程：是体消光系数，为源函数。观测方向s是由一个五元矢量表示的，为三维坐标，表示二维水平面，代表垂直方向。是角坐标，其中辐射传输方程比尔-布格-朗伯(Beer-Bouguer-Lambert)定律当忽略多次散射和发射的增量贡献时,辐射传输方程可简化为:若在处的入射强度为,则在处,其射出强度可以通过对上式的积分获得:辐射传输方程比尔-

7、布格-朗伯(Beer-Bouguer-Lambert)定律假设介质消光截面均一不变,则不依赖于距离,定义路径长度:则此时出射强度为:辐射传输方程平行平面（planeparallel）介质在遥感定量分析过程中，为简化起见，我们通常假设电磁波穿过的介质（如大气与植被冠层）是平面平行的，或称水平均一(horizontallyuniform)的。即介质可以分成若干或无穷多相互平行的层，各层内部（对辐射影响）的性质一样，各层之间的性质不同。θz为辐射方向与分层方向法线的夹角思考作业题2:上述传输方程用、替换后,具体表达式?辐射传输方程光学厚度（

8、opticalthickness,opticaldepth）定义点s1和s2之间介质的光学厚度为与成比例，也取决于消光系数为消光系数，为垂直方向坐标（大气层底部到顶部递增，反之亦然）。其中辐射传输方程对于平面平行大气,忽