環(huán)境遙感技術(shù)及應用田靜毅02電磁波譜和地物波譜特性課件

1、環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性1環(huán)境遙感環(huán)境遙感田靜毅環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性2第二章電磁輻射與地物光譜特征第二章電磁輻射與地物光譜特征 本章主要介紹遙感的物理基礎，包括地物的電磁波特性、太陽輻射、大氣對太陽輻射的影響、地物反射太陽光譜的特性、地物的熱輻射、地物與微波的作用機理。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性3 電磁波電磁波 交互變化的電磁場在空間的傳播。交互變化的電磁場在空間的傳播。 描述電磁波特性的指標描述電磁波特性的指標 波長、頻率、振幅、位相等。波長、頻率、振幅、位相等。 電磁波的特性電磁波的特性 電磁波是橫

2、波，傳播速度為電磁波是橫波，傳播速度為3 310108 8 m/s m/s，不需要，不需要媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時會有反射、吸收、媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時會有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。 1 遙感的電磁波原理環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性4 電磁波譜 按電磁波波長的長短，依次排列制成的圖表按電磁波波長的長短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。叫電磁波譜。 依次為： 射線射線xx射線射線紫外線紫外線可見光可見光紅外紅外線線微波微波無線電波。無線電波。 1 遙感的電磁波原理環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特

3、性5宇宇宙宙射射線線 射射線線 x x射射線線 紫紫外外線線 可可見見光光紅紅外外線線微波微波毫毫米米波波厘厘米米波波分分米米波波超超短短波波短短波波中中波波長長波波無無 線線 電電 波波12101010410210210410610)c( m221031610314103121034103)hz(環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性6v紫外線：紫外線：波長范圍為波長范圍為0.010.010.38m0.38m，太陽光譜中，只，太陽光譜中，只有有0.30.30.38m0.38m波長的光到達地面，對油污染敏感，但波長的光到達地面，對油污染敏感，但探測高度在探測高度在2000 m2

4、000 m以下。以下。v可見光：可見光：波長范圍：波長范圍：0.380.380.76m0.76m，人眼對可見光有，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應用中的重要波段。敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應用中的重要波段。v紅外線：紅外線：波長范圍為波長范圍為0.760.761000m1000m，根據(jù)性質(zhì)分為近，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外。紅外、中紅外、遠紅外和超遠紅外。v微波：微波：波長范圍為波長范圍為1 1 mmmm1 m1 m，穿透性好，不受云霧的，穿透性好，不受云霧的影響影響。遙感應用的電磁波波譜段環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性7環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）

5、02電磁波譜和地物波譜特性8環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性9 太陽輻射：太陽是遙感主要的輻射源，又叫太陽光，在大氣上界和海平面測得的太陽輻射曲線。 從太陽光譜曲線可以看出： 2 太陽輻射太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38 0.38 0.76 0.76 mm的可見光能量占太陽輻射總能量的可見光能量占太陽輻射總能量的的46%46%，最大輻射強度位于波長，最大輻射強度位于波長0.47 0.47 mm左右；左右；太陽光譜相當于太陽光譜相當于6000 k6000 k的黑體輻射；的黑體輻射；到達地面的太陽輻射主要集中在到達地面的太陽輻射

6、主要集中在0.3 0.3 3.0 3.0 mm波波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外；段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外；經(jīng)過大氣層的太陽輻射有很大的衰減；經(jīng)過大氣層的太陽輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。各波段的衰減是不均衡的。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性10地物反射光譜的特征地物反射光譜的特征地物的反射率地物的反射率地物的反射光譜地物的反射光譜典型地物的光譜曲線典型地物的光譜曲線 3 地物的光譜特征環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性11 太陽輻射到達地表后，一部分反射，一部分吸收，一部太陽輻射到達地表后，一部分反射，一部分吸收，

7、一部分透射，即：分透射，即： 到達地面的太陽輻射能量反射能量吸收能量透到達地面的太陽輻射能量反射能量吸收能量透射能量射能量 地表反射的太陽輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。地表反射的太陽輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。 一般而言，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，一般而言，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對一定波長的電磁波則透射能力較強，而有些物體如水，對一定波長的電磁波則透射能力較強，特別是特別是0. 45-0. 56m0. 45-0. 56m的藍綠光波段。一般水體的透射的藍綠光波段。一般水體的透射深度可達深度可達10-20 m10-20 m，清澈水體可達，清澈水體可

8、達100 m100 m的深度。的深度。 地表吸收太陽輻射后具有約地表吸收太陽輻射后具有約300 k300 k的溫度，從而形成自的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長為身的熱輻射，其峰值波長為9.66m9.66m，主要集中在長波，主要集中在長波，即即6m6m以上的熱紅外區(qū)段。以上的熱紅外區(qū)段。太陽輻射與地表的相互作用太陽輻射與地表的相互作用環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性12地物的反射率地物的反射率地物在不同波段的反射率是不同的。地物在不同波段的反射率是不同的。反射率是可以測定的。反射率是可以測定的。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。反射率也與地物的表面顏色、

9、粗糙度和濕度等有關(guān)。地物的反射光譜曲線：反射率隨波長變化的曲線。地物的反射光譜曲線：反射率隨波長變化的曲線。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性13地物的反射光譜地物的反射光譜 地物的反射率隨入射波長變化的規(guī)律，叫做地物的反射光譜地物的反射光譜。 按地物的反射率與波長之間的關(guān)系繪成的曲線（橫坐標為波長值，縱坐標為反射率）稱為地物的反射光譜曲線地物的反射光譜曲線. .環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性14v在可見光與近紅外波段，地表物體自身的輻射幾乎等于在可見光與近紅外波段，地表物體自身的輻射幾乎等于零。地物發(fā)出的波譜主要以反射太陽輻射為主。太陽輻零。地物發(fā)

10、出的波譜主要以反射太陽輻射為主。太陽輻射到達地面之后，物體除了反射作用外，還有對電磁輻射到達地面之后，物體除了反射作用外，還有對電磁輻射的吸收作用。電磁輻射未被吸收和反射的其余部分則射的吸收作用。電磁輻射未被吸收和反射的其余部分則是透過的部分，即：是透過的部分，即： 到達地面的太陽輻射能量反射能量吸收能量到達地面的太陽輻射能量反射能量吸收能量透射能量透射能量v一般而言，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，一般而言，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對一定波長的電磁波透射能力較強，而有些物體如水，對一定波長的電磁波透射能力較強，特別是對特別是對0.45 0.45 0.56m

11、0.56m的藍綠光波段，一般水體的的藍綠光波段，一般水體的透射深度可達透射深度可達10-20 m10-20 m，清澈水體可達，清澈水體可達100 m100 m的深度。的深度。v對于一般不能透過可見光的地面物體，波長對于一般不能透過可見光的地面物體，波長5 cm5 cm的電磁的電磁波卻有透射能力，如超長波的透射能力就很強，可以透波卻有透射能力，如超長波的透射能力就很強，可以透過地面巖石和土壤。過地面巖石和土壤。地物波譜特征環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性15 地物的電磁波響應特性隨電磁波長改變而變化的規(guī)律 不同類型的地物，其電磁波響應特性不同，因此地物波譜特征是遙感識別地物

12、的基礎環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性16 植被光譜曲線 土壤光譜曲線 水體光譜曲線 巖石光譜曲線 常見地物比較光譜曲線各典型地物的光譜曲線環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性17水體的反射光譜特性 水體的反射率，除鏡面反射方向外，在各個波段內(nèi)都較低，一般在3%左右。清水的反射率一般在可見光部分為4-5%，在0.6（橙光）處下降至2-3%，到0.75以后的近紅外波段，水成了吸收體。混濁水的反射波譜曲線隨著懸浮泥沙濃度的增加而增高。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性18環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性19水體的光譜

13、曲線環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性20植被的反射光譜特性 植被是地面分布最廣的地物之一，植物對自然環(huán)境的依賴性又大，所有植物由于葉綠素含量和植物細胞結(jié)構(gòu)的不同，各自具有特殊的光譜效應，因而植被在遙感圖象上較易識別，并且成為指示自然環(huán)境（如氣候，水分等）的最好標志.環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性21 可見光波段：在 0.45 微米附近區(qū)間（蘭色波段）有一個吸收谷，在 0.55 微米附近區(qū)間（綠色波段）有一個反射峰，在 0.67 微米附近區(qū)間（紅色波段）有一個吸收谷 近紅外波段：從 0 .76 微米處反射率迅速增大，形成一個爬升的的陡坡,至 1.1微

14、米附近有一峰值，反射率最大可達 50%，形成植被的獨有特征 中紅外波段： 在1.5 一 1.9微米光譜區(qū)反射率增大， 1.45 微米,1.95 微米和2.7微米 為中心的附近區(qū)間，受綠色植物含水量的影響，反射率下降，形成低谷。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性22植物的光譜曲線環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性23不同植物類型光譜反射率環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性24常見地物的光譜曲線比較環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性25常見地物的光譜曲線比較環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性26病蟲

15、害對植物光譜反射率的影響環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性27土壤的波譜特征 不同質(zhì)地的土壤，其波譜反射率是不同的。a.粉砂的反射波譜曲線整體都高。b.腐植土最低，反射率在0.1（10%）左右。c.基巖上風化殘積物因顆粒較細，反射波譜特征與基巖相似，干燥的殘積物的反射率要比基巖高；較濕潤的殘積物，其反射率比濕潤的基巖還要低，說明反射率與含水分的多少密切相關(guān)。d.土壤中波譜的亮度系數(shù)還與土壤的理化參數(shù)（鹽分類型、含量、堿化度等）有關(guān)。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性28土壤的光譜曲線 環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性29不同含水量對

16、土壤反射光譜率的影響 土壤含水量增加，土壤的反射率就會下降，在水的各個吸收帶（ 1.4 , 1.9 和 2.7 微米處附近區(qū)間），反射率的下降尤為明顯環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性30粉砂土壤不同含水量情況下的光譜反射率曲線圖環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性31巖漿巖的波譜特性和色調(diào) 超基性、基性巖漿巖的反射系數(shù)低，在航片上色調(diào)呈深灰色至黑色；中性巖漿巖反射系數(shù)中等，在像片上呈灰色調(diào)；酸性巖漿巖反射系數(shù)偏高，在航片上呈淺灰至灰白色調(diào)。隨著化學成分、礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化，其反射系數(shù)也有所不同環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性32巖石的反射光譜特性a 大多數(shù)巖石是一種以上礦物的集合體，巖石在可見光波段和近紅外波段的波譜特性十分復雜，難于直接用它來鑒別巖石。但巖石的波譜特征卻能反映它的基本物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)特點，是識別和區(qū)分巖類的重要依據(jù)。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波譜和地物波譜特性33b 沉積巖的波譜特性和色調(diào) 沉積巖的反射率都不高，反射率隨巖石本色的加深而降低，而巖石本色主要與雜質(zhì)成分（fe2+，fe3+，c有機質(zhì)等）的含量有關(guān)。環(huán)境遙感技術(shù)及應用（田靜毅）02電磁波