第二章 遥感的物理基础

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地球大气对太阳辐射传输特性的遥感应用：
1.选择大气窗口。 2.认识大气传输对遥感图像判读的影响： ①大气散射使短波波段（如0.5-0.6μm）的地物 影像增加亮度，使景物反差减小； ②大气的吸收使长波波段（如0.8-1.1μ m）减低 亮度。 3.为图像恢复或辐射校正提供依据。
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思考题
1、大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类 型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说 明为什么微波具有穿云透雾能力而可见光不能？ 2、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥 感器这一整个过程中所发生的物理现象。
3、什么是大气窗口？大气窗口有哪些波段区间？
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遥感地质学
Remote Sensing Geology 遥感物理基础（2） －地球大气对太阳辐射传输的影响
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遥感地质学章节内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 绪论 遥感物理基础（电磁波谱与电磁辐射） 遥感成像原理与图像特征 遥感图像处理 遥感图像地质解译标志 遥感图像地貌解译 遥感图像的岩性解译 遥感图像构造解译 遥感应用
3）中红外波段3.0－5.0μm，3.5－4.2μm和4.6－5.0μm； •（ 地球大气对太阳辐射的传输影响有吸收作用、散 1、选择大气窗口。 电磁波通过地球大气层时较少被反射、吸收或散射，透 2 、认识大气传输对遥感图像判读的影响：①大气散射使短 射作用、反射作用和折射作用。 （ 4 ）远红外波段8.0－14.0μm； 过率较高的波段，称为大气窗口。
折射角度大。
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大气窗口
• 大气窗口 • 主要大气窗口和遥感波谱通道(波段)：P13表2-4 电磁波通过地球大气层时较少被反射、吸收或散射，透过率 （ 1） 0.3-1.3μm：紫外波段、可见光波段、近红外波段 较高的波段，称为大气窗口。 微波波段：其常用的波段为0.8cm，3cm，5cm，10cm等等, （2） 1.5-2.5μm：近红外波段 包括部分紫外（ 电磁波信息来自地面目标物的反射光谱；可以用摄影方式来获 0.3－0.38μm ）、全部可见光（ 0.38－0.76μm） 有时也可将该窗口扩展为 0.05cm 至300cm波段。 （3） 3.0-5.0μm：中红外波段 及近红外波段（ 得和记录地物的电磁波信息 0.76－1.3μm ；电磁波的透射率在 ），是摄影成像的最佳波段，也 90％以上。 近红外窗口，在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些波段， 电磁波信息仍来自地面目标物的反射光谱，但不能用胶片摄影， 其特点是：微波穿云透雾的能力强，这一区间可以全天候工作； 是许多卫星传感器扫描成像的常用波段，比如， Landsat 卫星 比如 TM 的 5 、 7 波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于 只能用扫描仪和光谱仪以及射线测试仪来测量和记录；由于水 （ 4 ） 814μm：远红外波段 中红外波段电磁波信息由地面物体反射太阳辐射和地面物体自 主要用于主动遥感，如侧视雷达。 中红外波段，物体的热辐射较强。如NOAA卫星的AVHRR传 的 TM 的1-4 波段，SPOT 卫星的 HRV 波段等。 地质制图等。 汽、二氧化碳等的作用， 1.8μm 附近有一个吸收带，因此使此 身的发射辐射混合而成，用扫描仪和光谱仪探测和记录；也分 （ 5 ） 0.8-100cm ：微波波段 感器用 3.553.93μm 探测海面温度，获得昼夜云图。 远红外波段：主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测 远红外波段：探测或记录目标物的发射光谱，利用扫描仪和热 窗口又分为两个小窗口 1.5－透过率为 1.75μm和 2.1 －2.4μm 。 透过率 为两个小窗口： 3.5 － 4.2μm 95 ％， 4.6 － 5μm 量探测目标的地物温度。 辐射计、光谱计；是地表物体在常温下辐射能量最强的波段； 约为 60－ 70％。 在9.6μm 附近处，分为两个小窗口，透射率约在 60－80％。

a小于入射电磁波波长的十分 之一；(气体分子)
• 米氏散射：如果介质中不均匀
颗粒的直径a与入射波长同数 量级；(气溶胶)
• 非选择性散射（均匀散射）：
当不均匀颗粒的直径a>>λ时
发生。(大粒子尘埃)
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遥感技术应用
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遥 1 2感 3物 4 5理 6基 7 础
遥感电磁辐射基础 辐射传输基础
地物波谱特性与遥感光学基础
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大 大气成分 气 不变成分：氮、氧、氩、二氧化碳、甲烷、氧化氮、氢； 对 这些气体在80km以上的相对比例保持不变，称为不变气体。 1 2 电 可变成分：臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、 3磁 4 冰等）、盐粒、尘烟；这些气体的含量随高度、温度、位置 5辐 6 射 而变，称为可变成分。 7 的 气溶胶：固体或液体分散在气体中的分散体系叫做气溶胶。 影 比如，烟、尘、雾、云等都是气溶胶 。气溶胶是气体和在重 响 力场中具有一定稳定性和较小沉降速度的物质颗粒组成的混
散射影响：使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向
的辐射。尽管强度不大，但太阳辐射在照到地面又反射到传感器的 过程中，二次通过大气，在照射地面时，由于增加了漫入射的成分， 使地物反射的成分有所改变。 对遥感图像来说，增加了信号中的噪声成分，降低了传感器接收 数据的质量，造成图像模糊不清。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。

遥感的基本出发点
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2、地物的发射光谱特性 黑体 普朗克公式 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（Stephen Boltzmann Law） 维恩位移定律（Wien’s Displacement Law） 基尔霍夫定律 地物的发射光谱
100-106cm ＞106cm
用于无线电通讯，分超短波、短波、中波、长波
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常用的遥感波段有：紫外线、可见光、红外线、微波
紫外线：波长范围0.1---0.38μm，太阳辐射只有0.3--0.4μm到达地面，能量较少；可探测的高度在2000m以 下，目前多用于探测碳酸岩分布，油污染的监测，能提 供土壤水份和作物病类信息。 可见光：波长范围0.38---0.76μm，人眼对该波段具有 敏锐的分辨能力，是鉴别物质的主要波段。遥感技术中 主要用摄影和扫描方式接收和纪录地物对可见光的反射 特征，是现在遥感中最常用的波段。

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太阳
太阳是太阳系唯一的恒星，它集中了太阳系99.865%的质量。 太阳是一个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。太阳从 中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。其能 量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的 密度和温度极高。太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%） 与氦（质量约占27%）。

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1.电磁波及其特性 2.电磁波谱 3.电磁波的传播特性 4.物质的电磁辐射特性 5.电磁辐射的物理和化学效应 6.电磁辐射度量 7. 光度的基本物理量 8. 辐射交换过程中的物理量 9. 辐射度与光度中的基本定律 10. 基尔霍夫定律的导出 11. 物体的温度
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实验室条件下的光谱测试分析技术与遥感电磁辐 射探测分析技术的异同： ¾ 基本物理原理相同。
但遥感是远距离探测，而且是对野外实地目标的探测， 因此二者在对目标物光谱探测的精细程度上有很大的 差别。此外，远距离探测还存在尺度效应(探测单元的 尺度不同引起的辐射特性的变化)、大气效应(大气层对 辐射传输的影响)等现象，由此带来电磁辐射的某些物 理规律、定理的适应性的变化，需要研究一些新的理 论和分析方法以适应这种变化。
《遥感技术与应用》武汉大学资源与环境学院
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介质吸收
散射效应 在不均匀介质中(存在微粒质点、分子涨落等)， 电磁波偏离原来传播方向而向各个方向散开的 现象称为散射。
在遥感中电磁辐射要通过厚厚的大气层，产生严重的散 射。因此散射是遥感的一个非常重要的概念。 散射的成因与介质的不均匀性 有关。介质的不均匀性可以是 由胶体(如大气中的气溶胶)、 烟、雾、灰尘等悬浮质点导 致，也可以是由分子热运动造 成的密度局部涨落产生。后者 引起的散射称为分子散射。
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干涉：两列或两列以上(离散)的波，因波的迭加 而引起传播的交迭区域内振动强度重新分布 (加强或削弱)的现象称为波的干涉。
相干条件：两列波的频率相同、存在相互平行的振动矢 量以及相位差稳定。稳定的相位差这一条只对微观客 体发射的电磁波是必要的。微波遥感中的SAR和InSAR (干涉雷达)都用到干涉。