电磁辐射与地物光谱特征ppt课件.ppt

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1、第二章电磁辐射与地物光谱特征本章主要内容2.1电磁波与电磁波谱2.2太阳辐射及大气对辐射的影响2.3地球的辐射与地物波谱2.1电磁波与电磁波谱2.1.1电磁波谱2.1.2电磁辐射的度量2.1.3黑体辐射2.1.1电磁波及其特性波的概念：波是振动在空间的传播。机械波：声波、水波和地震波电磁波：（ElectroMagneticSpectrum)由振源发出的电磁振荡在空气中传播。演示电磁波：是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原理电磁辐射:这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。电磁波的特性电磁波是横波在真空中以光速传播电磁波具有波粒

2、二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。电磁辐射波谱图7-1TheElectromagneticSpectrumMorethanmeetstheeye!2.1.2电磁辐射的度量辐射能量（W）：电磁辐射的能量，单位：J；辐射通量φ：单位时间内通过某一面积的辐射能量，φ=dW/dt，单位是W；

3、辐射通量是波长的函数，总辐射通量应该是各谱段辐射通量之和或辐射通量的积分值。辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量，E=dφ/Ds，单位是W/M2，S为面积。辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，I=dφ/Ds，单位是W/M2，S为面积。辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，M=dφ/Ds，单位是W/M2，S为面积。辐照度与辐射出射度都是辐射通量密度的概念，不过I为物体接收的辐射，M为物体发出的辐射。它们都与波长λ有关。立体角定义图计算微元立体角的几何关系辐射亮度L(,)：假设某一辐射源呈面状，向外辐射的强

4、度随辐射方向而不同，则L定义为辐射源在某一方面，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量，即121.绝对黑体：对任何波长的辐射，反射率和透射率都等于0的物体。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。人工制造的接近黑体的吸收体2.1.3黑体辐射2、黑体辐射定律(1)普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。MaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918h:普朗克常数6.6260755*10-34W·s2k:玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23W·s·K-1式中，λ—波长，m；T—黑体温度，K；c1

5、—第一辐射常数，3.742×10-16Wm2；c2—第二辐射常数，1.4388×10-2WK；Planck定律其他表达方式：黑体辐射的三个特性：辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。(2)玻耳兹曼定律Stefan-Boltzmann'slaw其中为斯特藩-玻耳兹曼常数温度3005001000200030004000500060007000波长9.665.802.901.450.970.720.580.480.41(3)维恩位移定律：Wi

6、en'sdisplacementlaw随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。3、实际物体的辐射发射率(Emissivity)：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。灰体(greybody)：发射率小于1，常数选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。基尔霍

7、夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W黑。在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。212.2太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.1太阳辐射太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900K的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。太阳常数：是指不受影响,

8、在距离太阳一个天文单位内,垂直于太阳光辐射方向上,单位面积单位时间黑体所接收的太