遥感物理讲座 第七章 地球大气对电磁辐射传输效应影响
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《大气对遥感的影响》参考译文假如地球表面没有大气,所有波段的电磁能就会与地表面相互作用,并传输关于该表面的实际信息。
尽管地球的大气是透明的,但适用于遥感的波段仅占电磁波谱中的一小部分。
衰减较少的光谱段称为大气窗口,即使是在大气窗口,大气的影响有也非常大。
气体、大的气溶胶引起大气的散射、吸收以及放射辐射能。
因此,大气不仅是一个衰减器,同时也是辐射能的来源。
所以,从地面传到高处遥感平台的信息会发生衰减和失真。
大气散射和漫射的辐射能给信号增加了背景噪音。
比如物体与其背景的表观对比度,或者物体的表面颜色会随着距离的变化而变化。
同理,在红外、微波范围测量,地球表面的表观温度随着高度而变化。
离开大气的漫辐射能同样也是地面光照度的来源之一。
在遥感发展的初期,由于对大气的影响几乎不了解,大气的这些复杂影响因子没有被完全考虑。
由此可以看出,大气是遥感中一个重要的、随处存在的棘手因子。
电磁波谱电磁波谱是连续不断的电磁辐射,它的范围从频率最高、波长最短的Γ射线延伸到频率最低、波长最长的无线电波以及可见光。
大致可将电磁波谱分为七个不同的区域:Γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。
遥感涉及到电磁波谱中许多部分的能量测量。
卫星传感器中主要利用的是可见光、反射或放射的红外线以及微波。
这些辐射的测量发生在所谓的光谱段。
光谱段定义为电磁波谱中相分离的间隔。
例如,从0.4微米到0.5微米范围即为一个波段。
波长最短部分包括X射线和眼睛所能感知的可见光波段,位于0.39到0.76微米之间。
在这波段内,波长和光的颜色有关:波长最短的是紫光,位于0.39.到0.455微米之间;波长最长的是红光,位于0.620到0.760微米之间。
利用可见波谱的这些终点可区分波长比紫光还短的紫外线以及比红光还长的红外线。
实际上,更长的波长不是红外线,而属于微波和无线电波(上百米)的范畴。
卫星传感器设计来测量特定波谱段的响应,以便能够区分主要的地面物体。
大气污染对大气辐射传输特性的影响大气污染是当前全球面临的重要环境问题之一。
它不仅对人类健康产生直接的危害,还对大气辐射传输特性产生了深远的影响。
大气辐射传输是指太阳辐射经过大气层传输到地表的过程,它对地球的气候和生态系统有着重要的调节作用。
而大气污染改变了大气中的气溶胶浓度和气态污染物含量,进而影响了大气辐射传输的特性。
首先,大气污染导致气溶胶浓度升高,使得大气辐射传输中的散射和吸收过程发生改变。
气溶胶是悬浮在大气中的微小颗粒,通过散射作用影响着太阳辐射的传输。
污染物的排放增加导致气溶胶浓度的增加,使得大气中的散射现象更加明显。
散射作用会将太阳辐射在大气中随机分布,使得地表下垫面收到的辐射量减少。
此外,气溶胶的吸收作用也会导致太阳辐射的吸收增加,使得大气中的能量分布发生改变。
其次,污染物的气态成分也会对大气辐射传输特性产生影响。
二氧化硫、氮氧化物等气态污染物的排放会导致大气中的光学特性发生变化。
这些物质对太阳辐射的吸收和散射性质不同于气溶胶,但同样会改变辐射传输的特性。
其中,二氧化硫是一种强大的光学吸收剂,其存在会削弱太阳辐射的穿透和传输能力。
而氮氧化物则具有较强的吸收和散射作用,对辐射的传输产生了复杂的影响。
此外,大气污染还会影响大气中的云层特性。
云对大气辐射传输起着重要的作用,它们既能散射太阳辐射,又能吸收和反射地球辐射。
然而,污染物的存在改变了云中气溶胶和凝结核的特性,进而影响了云的形成、发展和光学特性。
气溶胶和凝结核的增加可导致云的增长和增密,进而增加了云对辐射的反射和吸收。
这种反馈过程使得大气辐射传输过程变得更加复杂和不可预测。
综上所述,大气污染对大气辐射传输特性产生了显著的影响。
气溶胶浓度的增加、气态污染物的存在以及云的变化都使得大气辐射传输过程变得更加复杂。
这些变化对地球的气候和生态系统产生了深远的影响。
因此,减少大气污染、改善大气环境质量对于保护大气辐射传输的正常特性以及人类的健康和生存环境都具有重要意义。
电磁辐射效应在遥感中的应用研究近年来,随着科技的发展和应用领域的扩大,电磁辐射效应在遥感技术中的应用日益广泛。
遥感作为一种能够远距离获取地球表面信息的技术手段,正逐渐成为地理信息系统、环境监测等领域中不可或缺的工具。
而电磁辐射效应作为遥感技术的核心原理之一,则在遥感数据获取、图像处理以及信息解译等方面起到了重要的作用。
在遥感数据获取过程中,电磁辐射效应被广泛应用于不同波段的数据采集。
近红外波段和热红外波段的遥感数据获取,大量利用了物体对电磁波的吸收、反射和散射效应。
通过测量不同波段下目标物体对电磁辐射的反应,科学家可以获取到有关目标物体的信息,如温度、湿度等。
这样的信息对于农业、气候研究等领域具有重要意义,可以有效帮助人们实施精准的农作物种植和天气预测。
此外,电磁辐射效应在遥感图像处理中也发挥着重要作用。
遥感图像处理是指将采集到的遥感数据进行数字化处理,以便更好地解读和分析。
而图像处理的过程中,电磁辐射效应常常可以通过遥感图像中的像元值进行表征。
例如,多光谱遥感图像可以通过计算像元值的组合、比例或者指数来获取地表物质的含量、类型等信息。
这种基于电磁辐射效应的图像处理方法,不仅可以提高遥感图像质量,而且可以有效提取有用信息,为地质勘探、环境保护等方面提供可靠的决策依据。
另外,电磁辐射效应对于遥感数据的信息解译也有着重要的意义。
信息解译是指根据遥感图像中的特征,对地表目标进行识别和分析的过程。
而电磁辐射效应提供了遥感数据中的波谱特征,可以帮助解译人员更准确地识别和分析图像中的地表目标。
例如,通过电磁辐射效应的研究,可以获得植被类目标在不同波段下的特征光谱曲线,从而帮助解译人员对不同植被类型进行识别和分类。
这种基于电磁辐射效应的信息解译方法,不仅可以提高解译精度,而且可以缩短解译时间,提高工作效率。
然而,正如任何一种技术手段一样,电磁辐射效应在遥感中的应用也存在一定的局限性。
首先,地球表面上的大气层对电磁辐射有一定的吸收和散射作用,会影响到遥感数据的准确性和精度。
大气科学研究大气层中的电磁辐射大气科学是一门研究地球大气层的物理、化学和动力学过程的学科。
在大气科学中,电磁辐射是一个重要的研究领域。
大气层中的电磁辐射对气候变化、能量平衡以及生物系统等有着重要影响。
本文将从电磁辐射的基本原理、大气层中的电磁辐射过程以及电磁辐射与气候变化之间的关系等方面进行探讨。
一、电磁辐射的基本原理电磁辐射是一种物质传递能量的方式,它是指电场和磁场以电磁波的形式传播的过程。
电磁波具有电场和磁场的振荡,通过空间传播。
电磁辐射的基本特征包括波长、频率、振幅和相位等。
二、大气层中的电磁辐射过程大气层中的电磁辐射包括来自太阳的辐射和来自地球的辐射。
太阳辐射是地球上所有生物活动能量的来源,太阳的辐射能量主要是通过可见光的形式到达地球。
地球辐射是地球表面吸收太阳辐射后再次释放出来的能量,主要以红外辐射的形式传播。
在大气层中,电磁辐射会发生一系列的相互作用,包括散射、吸收和发射等过程。
散射是指光线在大气中与分子或粒子碰撞后改变传播方向的现象。
吸收是指大气中分子或粒子吸收电磁辐射能量的过程。
发射是指大气中分子或粒子向外释放能量的过程。
三、电磁辐射与气候变化电磁辐射对气候变化有着直接和间接的影响。
直接影响主要是通过电磁辐射能量的变化导致的。
例如,太阳辐射的变化可以引起地球的能量平衡发生改变,从而对气候产生影响。
间接影响主要是通过电磁辐射对大气层物理和化学过程的影响而导致的。
例如,电磁辐射与大气中的气体发生相互作用,会引起大气中的温度变化,进而对气候产生影响。
随着全球气候变化的加剧,对大气层中电磁辐射的研究变得越来越重要。
了解大气层中电磁辐射的变化和影响因素对应对气候变化、预测天气、保护环境等都具有重要意义。
同时,我们也需要进一步研究和理解电磁辐射与大气层中的物质相互作用机制,以便更好地预测和应对气候变化。
总之,大气科学研究中的电磁辐射是一个重要的课题,它对我们认识大气层的物理过程、探索气候变化的机制等具有重要价值。
1.简介电磁辐射是自然界中不可或缺的一部分,太阳辐射、地球辐射、宇宙背景辐射等都是电磁波的形式。
而大气层中的电磁辐射则是很多通信技术和天文学研究的基础。
2.大气层对电磁辐射的影响大气层对电磁辐射有很大的影响,主要表现在以下几个方面:(1) 大气吸收:大气中的气体和水汽会吸收电磁辐射中的一部分能量,使得电磁波到达地面后强度减弱。
(2) 散射:大气中的气体分子会散射电磁波,使得电磁波的传播方向发生改变。
(3) 折射:大气中的折射率随高度变化,因此电磁波的传播方向也会发生改变。
(4) 反射:大气中的某些层次存在反射层,可以将电磁波反射回地球表面。
3.通信技术中的应用由于大气层的影响,地面通信中的电磁波要经过多次反射、折射、散射等过程,因此通信距离和信号质量都会受到影响。
为了克服这些问题,人们发明了很多应对措施。
(1) 天线技术:天线的设计和布局可以使信号在大气层中的传输更加有效,例如增加天线高度、使用定向天线等。
(2) 调制技术:通过调制信号的频率、幅度、相位等参数来提高信号传输的可靠性和抗干扰能力。
(3) 编码技术:通过编码解码的方式来保证数据传输的准确性和完整性。
(4) 卫星通信技术:卫星可以在大气层之上,直接与地面通信,避免了大气层的影响。
4.大气层中的天文学研究大气层中的电磁辐射也是天文学研究的重要对象。
由于大气层的影响,天文观测需要考虑大气折射、散射、吸收等问题,以及通过这些影响来研究大气层本身的特性。
(1) 大气折射:由于大气折射的影响,天文观测需要进行大气折射的校正,以保证观测数据的准确性。
(2) 大气散射:大气散射会将一部分光线散射到地面上,形成背景光,影响天文观测的灵敏度和分辨率。
(3) 大气吸收:大气中的水汽和其他气体可以吸收特定波长的光线,因此天文观测需要选择合适的波长范围,避免大气吸收的影响。
(4) 通过大气观测来研究大气层本身的特性,例如大气密度、温度、化学成分等。
5.结论大气层中的电磁辐射在通信技术和天文学研究中都是不可或缺的。