电磁波谱与地物波谱特征

第二章 电磁辐射和地物波普特征电磁波普：是按电磁波在真空中的波长递增或频率递减而排列的，它包括γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波等。

大气窗口：指电磁波通过大气层时较少被反射、散射和吸收的，透过率较高的波段。

反射波谱：指地物反射率随波长的变化规律，通常用平面坐标曲线表示，横坐标表示波长，纵坐标表示反射率，同一物体的波谱曲线反映出不同波段的不同反射率，将此与遥感传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。

瑞利散射：大气粒子的直径比辐射的波长小得多时发生的散射，通常是由大气分子和原子引起的，对可见光波段影响非常明显。

米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射，这种散射主要由大气中的微粒引起，例如气溶胶、小水滴。

散射强度与波长的二次方成反比，并且向前散射强度大于向后散射强度，具有明显的方向性。

无选择性散射：当大气中粒子的直径比辐射的波长大得多时发生的散射，散射的特点是散射强度与波长无关。

辐射亮度：假设有一辐射源是面状的，向外辐射的强度随辐射的方向不同而不同，则辐射亮度L 定义为辐射源在某一方向上，单位投影表面，单位立体角的辐射通量。

太阳天顶角：太阳入射光线与地面垂线方向构成的夹角，与太阳高度角之和为90°。

后向散射：在两个均匀介质的分界面上，当电磁波从一个介质中入射时，会在分界面上产生散射，这种散射叫做表面散射。

在表面散射中，散射面的粗糙度是非常重要的，所以在不是镜面的情况下必须使用能够计算的量来衡量。

通常散射截面积是入射方向和散射方向的函数，而在合成孔径雷达及散射计等遥感器中，所观测的散射波的方向是入射方向，这个方向上的散射就称作后向散射。

绝对黑体：如果有一种物体对任何波长的辐射能量都全部吸收，这个物体叫绝对黑体。

维恩位移定律：在一定温度下，绝对黑体的与辐射本领最大值相对应的波长λ和绝对温度T 的乘积为一常数，即λT=b 。

上述结论称为维恩位移定律，式中，b=0.002897m ·K ，称为维恩常量。

1.何谓电磁波谱？试述其划分依据及其谱段的特性。

电磁波谱是指将各种电磁波按其波长的（频率）大小所依次排列成的图表。

电磁波谱的划分依据是不同波长电磁波的特性。

按照这一划分依据可以把电磁波谱划分为：宇宙射线、γ—射线、X—射线、紫外线、可见光、红外线、微波。

宇宙射线的波长<10-8 um，来自宇宙天体，其特性是具有很大的能量和贯穿能力，人工还无法能产生，目前遥感未能用得上这个波段；γ—射线的波长范围为10-8~10-6 um，是原子衰变裂解时放出的射线之一，也具有很高的能量和穿透性；X—射线的波长范围为10-6~10-2 um，高能但是穿透能力较γ—射线弱，被大气层全部吸收，不能用于遥感工作；紫外线的波长范围为0.01~0.38 um，穿透力很弱而且散射严重，易于被臭氧吸收，只有波长0.28~0.38 um的紫外线，能部分穿地大气层，但散射严重，只有部分投射到地面，并使感光材料所感应，可作为遥感工作波段，称为摄影紫外。

现已开始用于监测气体污染及水体的油污染；可见光的波段范围为0.38~0.76um，可分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光,在太阳辐射能中所占的的比例较高，信息量大，可用摄影、扫描等各种方式成像，是遥感最常用的波段；红外线的波长范围为0.76 — 1000um，红外线按其特性又可以分为近红外（0.76~3um）、中红外（3~6um）、远红外（6~15um）、超远红外（15~1000um），近红外是地表层反射太阳的红外辐射，其中的0.76~1.3um波段可以使胶片感光，常被成为摄影红外，中远红外是地表物体发射的红外线，一般用于热红外遥感；微波的波长为1mm~1m，其特性是具有很强的穿透云雾和一定厚度的植被、冰层和土壤的能力，可以用人工制造的仪器发射微波，因为在遥感使用上具有全天候的能力。

2.试述水体、植被和土壤的波谱特征。

水体的波谱特征：清洁水体的反射率在各波段都很低（一般在3%左右），在可见光部分为4-5%，在0.6处降至2-3%，到0.75以后的近红外波段，水成了全吸收体。

第二章电磁波普与地物波普特征第一节电磁波与电磁波谱2.1.1 电磁波与电磁波谱1．电磁波一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子的稳定振荡。

当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。

2．电磁辐射电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。

1887年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验，证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。

装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影象。

3．电磁波谱γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。

目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。

可见光区间辐射源于原子、分子中的外层电子跃迁。

红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。

无线电波是由电容、电感组成的振荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。

微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射。

由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。

可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。

电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。

4．电磁辐射的性质电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。

2.1.2 电磁辐射的传播电磁辐射通过不同的介质时，其强度、波长、相位、传播方向和偏振面等将发生变化，这些变化可能是单一的，也可能是复合的。

电磁波可以采用频率、相位、能量、极化等物理参数来描述。

电磁波在传播中遵循波的反射，折射，衍射，干涉，吸收，散射等传播规律。

2.1.3 电磁辐射的测量与度量单位遥感信息是从遥感器定量记录的地表物体电磁辐射数据中提取的。

第二章电磁辐射与地物波谱特征电磁辐射（Electromagnetic Radiation）是一种包括可见光、红外线、紫外线、无线电波等各种波长的能量传播方式。

它是电磁场在空间中传播形成的波动现象。

地物波谱特征则是指地球表面物体在不同波长的电磁辐射下所表现出的不同特征。

电磁辐射具有波动性和小粒子性的双重本质，速度等物理特性由自由空间的固有性质决定。

它在空间中的传播速度近似为光速，即每秒约30万公里。

电磁辐射的波长与频率呈反比关系，波长越长频率越低，波长越短频率越高。

根据波长的不同，电磁辐射被分为不同的区域，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

地物波谱特征是指地球表面物体在不同波长的电磁辐射下所表现出的不同特征。

不同物体对电磁辐射的散射、吸收和反射特性不同，因此它们在不同波长下的反射率也会有所差异。

通过对这些反射率的观测和分析，可以研究地球表面的物质组成和结构。

在可见光波段下，地物的颜色和明暗程度是反射率的重要特征。

例如，植被通常呈现绿色，因为植被对绿色光的吸收率较低，反射率较高。

而水体则呈现蓝色，因为水对蓝色光的吸收较少，反射率较高。

在红外线波段下，地物的辐射特征主要与物体的温度有关。

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的辐射功率与温度的四次方成正比。

因此，相同温度下的物体，辐射功率也会有所差异。

通过红外线遥感技术，可以测量物体的表面温度，以及区分不同物体的各个部分的温度差异。

在微波和雷达波段下，地物的散射特征是研究的重点。

微波和雷达波可以穿透云层和雾霾，因此在大气透明波段具有独特的优势。

微波与地物的相互作用主要是散射和吸收。

地面、植被和建筑物等物体对微波有不同的散射特征，可以通过微波遥感技术获取地物的三维结构信息。

总之，电磁辐射与地物波谱特征密切相关。

通过对不同波长电磁辐射的观测和分析，可以研究地球表面的物质组成、结构和温度等特征。

这对于遥感技术的应用具有重要意义，可以广泛应用于气候变化、环境保护、资源调查和自然灾害监测等领域。