遥感物理2-大气辐射传输模型

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1、第2章大气辐射传输模型Mainconstituentsoftheearth'satmosphere2.1大气的组成和结构特征Nitrogen氮,oxygen氧andargon氩accountforabout99.99%ofthepermanentgases.Ofthevariableconstituents,carbondioxide二氧化碳canbesomewhatvariableinconcentrationonalocalisedbasisatlowlevels.Watervapour水汽contentmayvaryfromabou

2、t0to4%ozone臭氧concentrationsalsovarymarkedly.Inadditiontothesevariableconstituentstherearealsoaerosols气溶胶andhydrometeors水颗粒whichcanvarywidelyinspaceandtime.大气的垂直结构表述大气物理状况的物理量一般有气压、大气温度与大气湿度，他们在垂直方向上的变化远远大于水平方向上的梯度，大气效应纠正中大多假定大气具有水平均一、垂直分层结构。大气厚度约为1000km,从地面到大气上界，可垂直分为4层：对流

3、层：高度在7～12km,温度随高度而降低，空气明显垂直对流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。平流层：高度在12～50km，没有对流和天气现象。底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。电离层：高度在50～1000km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。大气外层：800～35000km,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。2.2大气吸收与大气窗口物质的吸收光谱实际上具有一定的宽度。描述吸收特性需要三个物理量：谱线强度、线型及中

4、心频率：R(v)=s.f(v-v0)R(v)为光谱吸收系数，s为谱线强度，f(v-v0)为线型因子，v0为中心频率地球上接受到的太阳辐射来自太阳光球层相当于6000K的黑体辐射，而地球自身的平均温度只有250K左右，所以地球以长波辐射的形式向太空散发着热量。地球表面吸收太阳短波辐射的总能量应该等于它自身长波辐射支出的总能量。真正对电磁波传播起重要吸收作用的是一些非常定的少量气体，作用最为显著的是O3、CO2、CH4和H2O大气中的O3主要分布在10~50Km的中层大气中，极大值出现在20~25Km处；O3含量有明显的地域分布特征及季节变化

5、大气中的CO2含量相对稳定，一般认为它不随高度而变。对红外波段有强烈的吸收作用，以15μm波长为中心形成了一个13~17μm的强烈吸收带，这一特性使CO2成为探测大气温度廓线的重要手段大气气溶胶是指悬浮于地球大气之中具有一定稳定性的、沉降速度小的，尺度在10-3μm到10μm的液态及固体粒子。气溶胶颗粒尺度与可见光波长相当，故对光的散射作用属于米氏散射。气溶胶大多集中在底层大气0~4Km范围之内。大气中的水汽（H2O）对可见光、红外以及微波波段都有表征性的吸收波段，水汽密度对电磁波的吸收与发射是大气效应纠正的重要内容，也是探测大气中水汽含量

6、垂直分布的基本依据大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。常见的大气窗口：大气窗口波段透射率/%应用举例反射光谱0.3～1.3μm＞90TM1-4、SPOT的HRV近红外1.5～1.8μm80TM5近-中红外2.0～3.5μm80TM7反射和发射3.5～5.5μmNOAA的AVHRR发射光谱8～14μm60～70TM6微波0.8～2.5cm100Radarsat2.3大气散射散射的概念：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传播方向的一种现象。不同于吸收作用，只改变传播方向，不

7、能转变为内能。大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。散射主要发生在可见光区。大气发生的散射主要有三种：瑞利散射：d<<λ米氏散射：d≈λ非选择性散射：d>>λ瑞利散射当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。多波段中不使用蓝紫光的原因：颜色红橙黄黄绿青兰紫紫外线

8、波长0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0米氏散射当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射