遥感地学应用03-热红外遥感课件.pptx

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1、第三章热红外遥感遥感地学应用第三章热红外遥感热红外遥感基本概念热红外遥感辐射源热红外遥感辐射的影响因素热红外遥感系统地表温度反演算法1、热红外遥感基本概念热红外遥感定义红外遥感包括：近红外遥感中红外遥感热红外遥感热红外遥感就是利用传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用其来识别地物和反演地表参数（温度、湿度、热惯量等）的技术系统。热红外遥感基本原理物体温度高于绝对零度---发射红外能量热辐射能量强度和波谱分布由物质类型和温度决定热红外遥感的实质是对地球热辐射场的研究热红外遥感基本概念黑体基尔霍夫定律普朗克定律波尔兹曼定

2、律维恩位移定律比辐射率7一般物体的红外辐射率和吸收率都小于1，并且其辐射和吸收能力都与表面温度和波长有关。黑体的红外辐射率和吸收率为1（客观世界不存在），其意义体现在为衡量自然物体的红外辐射和吸收能力建立一个标准。黑体假想的全部吸收和辐射红外电磁波的理想体，其红外吸收和辐射能力与温度无关。黑体辐射绝对黑体——任何波长的电磁辐射全部吸收。1860年基尔霍夫：好的吸收体也是好的辐射体。一个不透明的物体，对反射到它上面的电磁波只有光谱吸收率和光谱反射率，二者之和恒等于1。绝对黑体：绝对白体：普朗克定律1900年普朗克用量子理

3、论推导出普朗克定律黑体辐射通量密度与温度、波长的关系满足普朗克定律：Planck’sLaw波尔兹曼定律与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加，总辐射通量密度W可在从0到无穷大的波长范围内。对普朗克公式进行积分，可得到面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式是：维恩位移定律分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动，微分普朗克公式，并求极值。维恩位移定律表明：黑体的绝对温度增高时，它的最大辐射本领向短波方向位移。若知道了某物体温度，就可以推算出它所辐射的波段。在遥感技术上，常

4、用这种方法选择传感器和确定对目标物进行热红外遥感的最佳波段。比辐射率比辐射率通常用ε表示，定义为：物体在温度T、波长λ处的辐射强度与同温度、同波长下的黑体辐射强度的比值。黑体是一种理想物体，自然界中并不存在这样的物体，大多数是灰体。因此地表温度的反演需要考虑比辐射率的影响。如果没有大气的影响，地物的真实温度可以直接用比辐射率求解。热辐射传输方程式中z是高度(z0表示地表面，zsat表示卫星高度)；是大气的总光谱透过率；A是大气的向下光谱辐射量。公式右边第1项表示地表面的光谱辐射量，第2项是地表面反射回来的太阳和大

5、气辐射量，第3项是大气的向上辐射对卫星遥感器所接收到的辐射信号的贡献。由于大气质量的分层性，大气对遥感器信号的贡献主要来自大气低层，即接近地球表面的低层大气的作用明显大于大气上层的作用。Bi(Ti)=i()[iBi(Ts)+(1-i)Ii]+IiWhereBi(Ti)observedradianceBi(Ts)groundradianceIidownwellatmosphericradianceIiupwellatmosphericradiancei()atmospherictransmittanc

6、eigroundemissivityichannelThermalradiancetransferequationAtmosphericemissions式中Tz是高程为z处的气温，是遥感器的视角，Z是遥感器的高程，i(,z,Z)表示从高程z到遥感器高程Z之间的大气向上透射率。’是大气的向下辐射方向，’i(’,z,0)表示从高程z到地表之间的大气向下透射率。2、热红外遥感辐射源辐射源自然辐射源太阳辐射：可见光和近红外的主要辐射源常用5900K的黑体辐射来模拟大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射地球的电磁辐射

7、：近似300K的黑体辐射。小于的波长主要是太阳辐射的能量；大于的波长主要是地物自身的热辐射；之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。人工辐射源微波辐射源：0.8--30cm激光辐射源：激光雷达（测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等）。太阳辐射太阳是被动遥感最主要的辐射源，遥感传感器从空中或空间接收地物反射的电磁波。地球系统的能量绝大多数（>99%）来源于太阳。太阳辐射5%紫外线45%可见光50%红外线太阳与地球的辐射波谱太阳辐射的特点太阳光谱是连续的。辐射特性与黑体基本一致。紫外到中红外波段区间能量集中、稳定。主要利用可见

8、光、红外波段等稳定辐射。海平面处的太阳辐射照度分布曲线与大气层外曲线有很大不同，这主要是地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成的。一般物体的发射辐射自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的要低。不仅依赖于波长和温度，还与构成物体的材料、表面状况等因素有关。我们用发射率来表示它们之间的关系：。发射率就是实际物体与同