电磁波谱及遥感物理基础(二)

1.3
电磁波谱
按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列支 撑的图表，成为电磁波谱。
传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同。
共性：传播速度相同
遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律 紫外线 （0.01－0.4微米），碳酸盐，油污 可见光 （0.4－0.76微米），人眼、单色、全色
红外线 （0.76－1000微米）

绝对黑体
对于任何温度，任何波长吸收 比始终等于一的物体
显然，绝对黑体的单色吸收比等于一，即：
aB( , T) =1
绝对黑体 模型
人工制造的接近黑体的吸收体
2.2 黑体辐射的定律
2.2.1 普朗克公式 2.2.2 斯蒂芬－玻尔兹曼定律 2.2.3 维恩位移定律
2.2.1 普朗克公式
描述黑体辐射通量密度与温度、 波长分布的关系。 2


上式表明，黑体最大辐射强度所对应的波 长与黑体的绝对温度成反比。 如当对一块铁加热时，我们可以观察到随 着铁块的逐渐变热铁块的颜色也从暗红-橙 一黄一白色，向短波变化的现象。
针对要探测的目标，选择最佳的遥感波 段和传感器。
温度越高,所有波长上的波谱辐射通量越大 下图为绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
第一节 电磁波与电磁波谱
电磁波
电磁波的性质
电磁波谱
1.1 电磁波
波的概念：波是振动在空间的传播。
机械波：声波、水波和地震波等，振动的是弹
性媒质中质点的位移矢量
电磁波（ElectroMagnetic Spectrum )
由振源发出的电场矢量和磁场矢量在空间的 传播。

电磁波
:根据麦克斯韦电磁场理论,变化 的电场能够在它的周围引起变化的磁场,这 个变化的磁场又在较远的区域内引起新的 变化电场,并在更远的区域内引起新的变化 磁场.这种变化的电场和磁场交替产生,以有 限的速度由近及远在空间内传播的过程称 为电磁波.

学习-----好资料第一章电磁波及遥感物理基础一、名词解释：1遥感：（1）广义的概念：无接触远距离探测（磁场、力场、机械波）；（2）狭义的概念：在遥感平台的支持下，不与目标地物相接触，利用传感器从远处将目标地物的地磁波信息记录下来，通过处理和分析，揭示出地物性质及其变化的综合性探测技术。

2、电磁波：变化的电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。

3、电磁波谱：将电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减依次排列为一个序谱，将此序谱称为电磁波谱。

4、绝对黑体：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。

5、绝对白体：反射所有波长的电磁辐射。

6、光谱辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量。

8、大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。

11、光谱反射率：p =P P/P O X 100%，即物体反射的辐射能量P P占总入射能量R的百分比，称为反射率p。

12、光谱反射特性曲线：按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。

二、填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由丫射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等组成。

2、绝对黑体辐射通量密度是温度T 和波长入的函数。

（19页公式）3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。

4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长入乘绝对温度T是常数2897.8。

当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向移动。

5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为0.47 卩m。

三、选择题：（单项或多项选择）1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1②反射率等于0③发射率等于1④发射率等于0。

2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。

3、大气窗口是指（③ ）①没有云的天空区域②电磁波能穿过大气层的局部天空区域③电磁波能穿过大气的电磁波谱段④没有障碍物阻挡的天空区域。

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 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。

X
10-6m 1nm 0.38m 0.76m 3m 6m 15m 1mm 1m
紫可近中远超微无
射射 外 见 红 红 红 远 波线
线线 线 光 外 外 外 红
电
外
波
1mm=1000 m；1m=1000nm
电磁波谱的划分
紫外波段 可见光波段
紫色光 蓝色光 青色光 绿色光 黄色光 橙 色光 红色光 近红外（摄影红外）波段 近红外（反射红外）波段 中红外波段（热红外）
❖ 灰体：0< α <1，α不随波长而变 化。
❖ 选择性辐射体： 0< α <1，α随 波长而变化。
概念——辐射度量
❖ 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W。辐射通量是波长 的函数，总辐射通量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W/M2，S为面 积。
普朗克公式表示出了黑体辐射通量密度与温 度的关系及按波长分布的情况。反映黑体 辐射的三个特性：
E0
6000K 3000K
❖ 辐射通量密度随波长连续变化，温度一定 时，辐射通量密度随波长变化的曲线只有 一个最大值
1000K 200K
❖ 温度越高，辐射通量密度也越大，不同温
度下的曲线不相交。
❖ 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。
由上式可见（在遥感技术上的意义）： ❖ 绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能
与绝对温度的四次方成正比，对于一般物体, 可用上式概略推算出总辐射能与绝对温度的 关系。 ❖ 黑体总辐射通量密度与温度的四次方成正比， 因而随温度的增加迅速增大——红外测温的 理论依据。