遥感电磁辐射基础3

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1、中国农业大学信息与电气工程学院张超地理信息工程系10八月2021遥感电磁辐射基础3遥感电磁辐射基础1电磁波和电磁波谱2电磁波辐射源3大气对太阳辐射的作用4地物波谱特征5地物波谱特性的测量太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，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(…)：太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。（1.360×103W/m2）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

2、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射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。BACK太阳辐射大气对太阳辐射的衰减大气成分组成大气分层大气对太阳辐射的衰减大气窗口大气是地球的保护伞两小儿辩日孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”一儿以日初出远，而日中时近也。一儿曰：“日初出大如车盖，及日中，则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？”一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰为汝多知乎！”圣人不能

3、解释的地球大气早晨太阳温和有效截面不同A=A0cos(θ)早晨的太阳比中午大，因为大气散射和折射等造成，早晨大气路径长θ1大气成分组成2大气垂直分层大气垂直结构对流层(Troposphere)平流层(Stratosphere)中间层(Mesosphere)热层(Thermosphere)（中间层和热层又称电离层）外大气层各层的顶部分别为：Tropopause；Stratopause；Mesopause；Thermopause看一下课本39页的图2.12其中，：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关：大气衰减因子，：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长的函数。E0大气顶部的辐照度

4、，Eτ为地球表面的辐照度3大气对太阳辐射的衰减太阳辐射衰减的原因：散射、吸收、反射3.1散射作用太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子和大气中固体微粒、液体的散射作用。电磁波在传播过程中，遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开，电磁波的强度和方向发生各种变化，称为散射。大气散射分为：瑞利散射；米氏散射；非选择性散射3.1.1瑞利（Rayleigh）散射微粒的直径d<<λ(电磁波波长)时一般认为（d<λ/10）大气中的气体分子微小颗粒;晴朗的天空为蓝色；紫及紫外区不适于进行卫星遥感瑞利散射与波长的关系微粒直径和电磁波波长相近时（d≈λ）3.1.2米氏散射大其中的烟、气溶胶、云雾（水

5、蒸气）等中等颗粒引起的散射云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76－15um之间的红外线波长差不多。所以，云雾对红外线的散射主要是米氏散射。3.1.3非选择性散射当质点直径远大于电磁波波长时（d>λ）,散射率与波长没有关系人看到的云和雾是白色的，就是云雾粒子直径比可见光波长大很多，所以云雾对可见光波段为非选择性散射。3.2吸收作用大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧1）水：分为气态水和液态水水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波，都有水汽的吸收带。液态水的吸收更强，主要在长波范围。2）二氧化碳主要在红外区，1.35－2.85um之间有3个弱吸收带，2.7，4.3，1

6、4.5um为强吸收带。3）臭氧对紫外线的吸收4）其它吸收电磁波的物质：氧气主要吸收波长小于0.2um的，尘埃吸收作用很少。3.3反射作用主要是大气中的云层，大的尘埃。云量越多、云层越厚，反射越强。北京地区2004年5月19日TM卫星遥感影像（波段组合543（RGB））太阳辐射经大气衰减图大气对太阳辐射的衰减规律：大气吸收17％，散射22％，反射30％，其余31％太阳辐射到达地面3.4大气窗口大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，透射率很高的波段要获得地面的信息，必须在大气窗口中选择遥感波段。常用大气窗口1）1）0.3－1.4um：包括全部可见光（95％），部分紫外光（70％）

7、，部分近红外光（80％）。摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐射信息。2）1.4－2.5um：近红外窗口，60％－95％，扫描成像，白天记录3）3.5－5.5um：中红外窗口，60％－70％，白天夜间，扫描成像记录4）8－14um：远红外窗口，超过80％，白天夜间，扫描记录5）1－300mm：微波窗口，白天夜间，扫描记录。ETM+各波段设置各波段设在大气窗口4地物波谱特征概念：地物波谱（地物光谱）:各种地物具有的电磁波特