CH1电磁波与遥感物理基础课件.ppt

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1、一、电磁波与电磁波谱二、物体的电磁波特性三、地物波谱特性的测定第一章　电磁波及遥感物理基础1一、电磁波与电磁波谱电磁辐射产生于各种形式的能量（机械能、化学能、热能、电能、磁能、核能）凡是温度高于绝对零度（-273.16摄氏度)的物体都发射电磁波，波长由物质内部状态的变化决定电磁波的特性电磁波是横波电磁波具有波粒二象性电磁波的来源2电磁波谱把各种电磁波（包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等）按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。遥感中所用的电磁波段：微波、红外波、可见光3二.物体的电磁波特性物体的发射辐射地物的辐射波谱——

2、热红外遥感的理论基础物体的反射辐射地物的反射波谱——可见光和近红外遥感的理论基础物体的微波后向散射辐射地物的后向散射波谱——微波遥感的理论基础41、黑体辐射2、实际地物的发射辐射（一）物体的发射辐射51.黑体辐射黑体是一种理想的辐射体。能够完全吸收任何波长入射能量的物体，称为黑体。黑体是一种理想的模型，在自然界里则很难找到。自然界里有些物质的性质接近黑体，如黑色的烟煤、恒星和太阳等。6黑体辐射定律（1）普朗克定律：其中：h为普朗克恒量K为波耳兹曼常数普朗克定律表明：黑体的单色辐射度是温度和波长的函数。7黑体的辐射度曲线8（3）基尔霍夫定律：好的吸收体一定是好

3、的辐射体。（2）斯忒藩-波耳兹曼定律：对普朗克公式积分得-斯忒藩-波耳兹曼常数：9（4）瑞利-琴斯定律：当波长大于1mm时，普朗克定律可以近似为：（5）维恩位移定律：为分谱辐射通量密度曲线的峰值所对应波长；b为常数2898m.k。黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。102.实际地物的发射辐射发射率太阳辐射与大气窗口地球辐射地物的辐射波谱特性11（1）发射率为无量纲纯数根据发射率可将实际地物分为三类：（1）黑体（2）灰体（3）选择性辐射体发射率随波长变化而变化。12（2）太阳辐射与大气窗口太阳辐射大气层对太阳辐射的作用大气窗口大气透射的定量分析13被动

4、遥感最主要的辐射源太阳辐射接近6000K的黑体辐射，能量集中在0.3~2.5微米的波段之间。太阳常数：不受大气影响，距太阳一个天文单位，垂直太阳光入射方向上，单位时间单位面积黑体所接受的太阳辐射能量。I☉太阳光谱太阳辐射1415大气层次结构与成分大气层对太阳辐射的作用吸收作用散射作用反射作用折射作用大气层对太阳辐射的作用16大气层次结构与成分大气物理状况的物理量一般有气压、大气温度和大气湿度。它们在垂直方向上的变化远远大于水平方向上的梯度，所以在研究大气效应问题时可以假定大气具有水平均一、垂直的分层结构。对流层：（0~12KM）温度、密度、气压随高度的增加而

5、降低，空气明显垂直对流，上界随季节和温度而变化。平流层：（12~80KM），空气密度继续随高度增加而降低，几乎没有对流和天气现象。其中25~30KM处，臭氧含量较大，为臭氧层。电离层：（80~1000KM），空气稀薄，分子被太阳辐射作用而电离成离子和自由电子状态。该层对无线电波可全反射。外大气层（1000KM以外的大气层），大气厚度一般认为约1000KM。17大气成分大气是由多种气体及气溶胶所组成　的混合物大气的气体成份可分为常定成份和可变成份两部分18吸收作用——主要是气态分子的吸收。可使电磁辐射的能量衰减。大气中含量最高的氮气对电磁波的作用都在紫外光以外

6、的范围。大气上层臭氧的存在，对小于的电磁波具有极强的吸收能力，所以到达地面的太阳短波辐射中，很少存在波长小于的短波辐射。对电磁波传播起重要吸收作用的是一些非常少量的气体，其中作用最为显著的有臭氧、二氧化碳、甲烷和水汽。大气层对太阳辐射的作用19大气在0~15波长的吸收20散射作用—主要是气体分子和气溶胶的散射散射是由于电磁辐射与物质相互作用导致部分能量再辐射到其他方向而引起的，散射使入射波束的能量有所衰减。与吸收作用不同的是，散射并未引起能量的损失，而只是导致能量在其他方向上重新分配。三种散射：Rayleigh散射Mie散射Nonselective散射21R

7、ayleigh散射是气态分子的散射当气体分子的尺度远小于光波的波长时会发生Rayleigh散射。Rayleigh散射属于小颗粒散射。散射光强度与波长的4次方成反比，由此可以解释天空为什么呈蓝色。22Mie散射云滴、气溶胶的散射。当颗粒的直径与入射光的波长相当时，往往发生Mie散射。Mie散射是强烈的前向散射。属于大颗粒散射。大颗粒散射的特征：电磁波可以穿透介质表面而深入到散射颗粒内部。由于颗粒的尺寸与波长相当，所以颗粒的不同部位往往处在不同的电场强度下，导致诱发电流的产生，一方面这种高度电流会产生高变的磁场，另一方面电流的存在意味着焦耳热损耗的出现——电磁波

8、的吸收。23Nonselective散射大气中云、粒