第二章 电磁辐射与地物光谱特征

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1、第2章电磁辐射与地物光谱特征2.1电磁波谱与电磁辐射2.1.1电磁波谱1.波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。分为横波和纵波两种,如果质点的振动方向与波的传播方向相同,称纵波;若质点振动方向与波的传播方向垂直,称横波.2.电磁波:当电磁振荡进入空间,变化的磁场激发了涡旋电场,变化的电场又激发了涡旋磁场,使电磁振荡在空间传播.方向:由电磁振荡向各个不同方向传播的.3.电磁波谱:按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列构成的图表，成为电磁波谱电磁波波段波长长波中波和短波超短波大于3000m10~300

2、0m1~10m微波1mm~1m超远红外远红外中红外近红外15~1000μm6~15μm3~6μm0.76~3μm红橙黄绿青蓝紫0.62~0.76μm0.59~0.62μm0.56~0.59μm0.50~0.56μm0.47~0.50μm0.43~0.47μm0.38~0.43μm紫外线10-3~3.8×10-1μmX射线10-6~10-3μmγ射线小于10-6μm电磁波谱电磁波的波源不同,所产生的电磁波的波长是不同的：无线电波是由电磁振荡发射的；微波是利用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射的；红外辐

3、射是由于分子的振动和转动能级跃迁时产生的；可见光和近紫外辐射是由于原子、分子中的外层电子跃迁时产生的；紫外线、X射线、γ射线是由于内层电子的跃迁和原子核内状态的变化产生的；4.电磁波的性质（1）是横波；（2）在真空以光速传播；（3）满足f•λ=cE=h•f；（4）电磁波具有波粒二象性；2.1.2电磁辐射的度量辐射源任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐射，也能够向外辐射。遥感的辐射源分为自然辐射源和人工辐射源两类。自然辐射源主要包括太阳辐射和地物的热辐射；太阳辐射是可见光及近红外遥感的主要辐射源，地球是

4、远红外遥感的主要辐射源。人工辐射源是指人为发射的具有一定波长的波束；主动遥感采用人工辐射源，目前较常用的人工辐射源为微波辐射源和激光辐射源。2.辐射测量辐射能量（W）：电磁辐射的能量，电位：J辐射通量（φ）：单位时间内通过某一面积的辐射通量，单位：W辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量，单位：W/m2辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，单位：W/m2辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，单位：W/m2辐射亮度（L）：假定有一辐射源呈面状，向外辐射的强度随辐射方向而不

5、同，则L定义为辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量，单位：W/（sr·m2）朗伯源：辐射亮度L与观察角θ无关的辐射源，称为朗伯源。2.1.3黑体辐射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。实验表明，当电磁波入射到一个不透明的物体上，在物体上只出现对电磁波的反射现象和吸收想象时，这个物体的光谱吸收系数α与光谱反射系数ρ之和恒等于1。光谱吸收系数α：当物体的温度为T，波长在λ~λ＋Δλ范围内，α为吸收能量与入射能量之比。光谱反射系数ρ：当物体的温度为T，波长在λ~

6、λ＋Δλ范围内，ρ为反射能量与入射能量之比。自然界中并不存在绝对的黑体，实用的黑体是由人工方法制成的，它只是一种理想的黑体模型，基本结构是能保持恒定温度的空腔。人工制造的接近黑体的吸收体2.黑体辐射规律普郎克公式描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。h:普朗克常数6.6260755*10-34W·s2k:玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23W·s·K-1c:光速;λ:波长（μm）;T:绝对温度（K）(2)斯忒藩—玻尔兹曼定律对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂藩－玻尔兹曼定律。辐射通量密度随温度增

7、加而迅速增加，与温度的4次方成正比。σ:斯蒂藩－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297）×10－8Wm-2K-4（3）维恩位移定律b:常数，2897.8＋－0.4μm·K黑体温度越高，曲线的顶峰就越往左移，即往波长短的方向移动。高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66μm）3.实际物体的辐射（1）基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的辐射出射度与吸收率α之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射出射度。发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体，如果不

8、吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。（2）实际物体的辐射对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。实际物体的辐射出射度与同一温度下黑体辐射出射度的比值。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1）黑体2）灰体3）选择性辐射体(如线谱，带谱)一般辐射体和发射率2.2太阳辐射及大