遥感技术基础课件第二章 遥感电磁辐射基础2

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3
上午
2
正午
4
东西 5
下午
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日1
3
4
5
2
6
7日
出
A
落
地球上的某一点A的太阳高度角（日）变化6
不不同同纬纬度度的的太太阳阳高高度度角角
季节
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3.太阳辐射和地球辐射
因此太阳倾斜照射时的辐照度一定比垂直入射时 少（弱），由于太阳的高度角一年内随时间，季 节及纬度不同而不同，因此太阳辐照度是变化的。 对于遥感所追求的定量遥感，无时不变的太阳辐 照度将成为挑战。
❖ 地球自身热辐射近似300K的黑体辐射，能量集中在 6.0 μm以上的波段。（热红外）
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太阳辐射和地球辐射的分段特性
❖ 在0.3～2.5μm波段（主要在可见光和近红外波段）， 地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽 略 。即在该波段范围内，对地观测遥感主要以太阳 的短波辐射对地表进行探测和成像。
1.35～2.85 μm, 2.7 μm,4.3 μm,14.5 μm
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大气的散射
散射：悬浮在空气中的粒子 （分子、尘埃、烟尘、水滴 等直径不同的粒子）引起电 磁波能量方向的改变。
大气散射集中在太阳辐射能 量最强的可见光区。
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大气的散射
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。 降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不 清。 大气散射性质和强度主要取决于大气分子或微粒 半径,主要有三种：
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大气的吸收
大气中的各种成分对太阳辐射有选择性的吸 收，形成太阳辐射的大气吸收带。 吸收作用使辐射的能量转变为分子的内能， 从而引起这些波段太阳辐射强度的衰减，甚 至某些波段的电磁波完全不能通过大气。
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O2吸收带 O3吸收带 H2O吸收带
CO2吸收带
<0.2μm，0.155 μm最强 0.2～0.36 μm，0.6 μm 0.5～0.9 μm , 0.95～2.85 μm，6.25 μm
瑞利散射强度与波长的关系
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瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影 响很小，对微波的影响可以不计。
多波段中不使用蓝紫光的原因 晴朗的天空为什么呈蓝色? 夕阳红？
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➢当日光与大气相互作用时，可见光中的蓝光散射要 比可见光中其他光线的散射强，因而天空呈现蓝色。
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➢清晨日出和傍晚日落时，较长波长的红光 不易被散射，故呈现出红色霞光。
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米氏散射
质点直径和电磁波波长差不多时（ d ≈λ）
大气中的悬浮颗粒：霾、水滴、尘埃、烟、 花粉、微生物、海上盐粒、火山灰等颗粒对 红外波段的散射属于此类。其强度受气候影 响较大。
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大气组成的混合 物。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4， O3 气溶胶 大气的成分可分为常定成分（ N2，O2 ， CO2等）与可变部分（水汽，气溶胶）。
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折射作用
折射：电磁波传播方向 发生了改变。 电磁波传播过程中折射 率的变化，使电磁波在 大气中传播的轨迹成为 一条曲线，地面接收的 电磁波方向与实际太阳 辐射的方向相比偏离了 一个角度，称为折射值。
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3.太阳辐射和地球辐射
太阳常数：不受大气影响，在距离太阳一个天文 单位的区域内，地球大气层上界垂直于太阳辐射 方向上单位面积和单位时间黑体所接收到的太阳 辐射能量。通常表示为：I=1360W/m2
太阳常数是在地球大气顶端接受的太阳能量。该 值基本稳定，变化幅度不超过1%。
太阳常数对研究太阳辐射非常重要，对遥感探测 和进一步应用于气象，农业，环境等领域也非常 重要。
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大气的折射率与大气密度相关，密度越大 折射率越大。地面越高，空气越稀薄折射 也越小。
当太阳垂直入射时，天顶距为0，折射值也 为0；随太阳天顶距加大，折射值增加；当 天顶距为90度时，折射值达到最大。这也 是为什么早晨看到的太阳比中午时看到的 太阳大的缘故。
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反射作用
电磁波传播过程中，若通过两种介质的 交界面，还会出现反射现象。气体、尘埃 的反射作用很小，反射现象主要发生在云 层顶部，取决于云量，而且各波段均受到 不同程度的影响，削弱了电磁波到达地面 的强度。因此，应该选择无云的天气接收 遥感信号。
瑞利散射：d <<λ 米氏散射：d ≈λ 非选择性散射：d >>λ
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瑞利（Rayleigh）散射
当微粒的直径比辐射 波长小得多时，此时 的散射称为瑞利散射。
散射率与波长的四次 方成反比，瑞利散射 的强度随着波长变短 而迅速增大。紫外线 是红光散射的30倍， 0.4微米的蓝光是4微米 红外线散射的1万倍。
❖ 在 2.5 ～ 6.0 μm波段（主要在中红外波段），地表 反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的 辐射源。
❖ 在6.0 μm以上的热红外波段，以地球自身的热辐射 为主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）
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了解地球辐射的分段特性的意义
❖ 可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反 射特性。
❖ 中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的 信息，也有地球自身的热辐射的信息。
❖ 热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐 射特性。
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4 电磁波在大气传输中的影响
电磁波经过大气时,会被大气衰减: 太阳辐射衰减的主要原因：大气吸收, 散射和反射
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大气对电磁波的影响
受大气中微小颗粒的影响，将产生散射、折射和吸收。
第二章遥感电磁辐射基础
2.1.1电磁波及电磁波谱 2.1.2黑体辐射和实际物体辐射 2.2太阳辐射和地球辐射 2.3电磁波在大气传输中的影响 2.4物体的反射辐射 2.4各典型地物的光谱曲线
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3.太阳辐射和地球辐射
地球上的能源主要来自太阳。 地球绕太阳运动的轨道是一个椭圆，一般认为日地
平均距离（日地系统的椭圆轨道半径）等于一个天 文单位（149 597 870KM）。 由于地球距太阳很远，因此太阳照射到地球的光线 都被看作平行光，即入射的空间方向一致。
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3.太阳辐射和地球辐射
除了太阳以外，遥感探测中被动遥感的辐射源还来自地球。
CO
O3 H2O
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从卫星上测出的地球辐射与相应黑体辐射对比
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太 阳 与 地 球 辐 射 的 电 磁 波 谱
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被动遥感的辐射源
❖ 太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在0.3～ 2.5μm波段之间。（可见光和近红外）