第02章 電磁輻射及地物光譜特征

1、中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理高等學(xué)校測(cè)繪工程專業(yè)核心課程高等學(xué)校測(cè)繪工程專業(yè)核心課程中國礦業(yè)大學(xué)（北京）測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)位課中國礦業(yè)大學(xué)（北京）測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)位課中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理遙感原理與應(yīng)用遙感原理與應(yīng)用Remote Sensing Principles and its Applications中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理遙感原理與應(yīng)用遙感原理與應(yīng)用一

2、、遙感緒論一、遙感緒論 二、電磁輻射與地物光譜特征二、電磁輻射與地物光譜特征 三、遙感平臺(tái)與遙感圖像特征三、遙感平臺(tái)與遙感圖像特征四、遙感圖像的成像原理四、遙感圖像的成像原理 五、遙感數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)五、遙感數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)六、遙感圖像處理六、遙感圖像處理 七、遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯七、遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯 八、遙感應(yīng)用八、遙感應(yīng)用 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理二、電磁輻射與地物光譜特征二、電磁輻射與地物光譜特征 2.1、電磁波譜與電磁輻射、電磁波譜與電磁輻射2.2、太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響、太陽輻射及大氣對(duì)輻射

3、的影響2.3、地球的輻射與地物波譜、地球的輻射與地物波譜中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理1 1、波、波(wave)(wave)波的概念波的概念：波是振動(dòng)在空間的傳播。：波是振動(dòng)在空間的傳播。機(jī)械波：聲波、水波和地震波機(jī)械波：聲波、水波和地震波電磁波（電磁波（ElectroMagnetic wave ) 由振源發(fā)出的電磁振蕩在空氣中傳播。由振源發(fā)出的電磁振蕩在空氣中傳播。2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙

4、感機(jī)理2 2、電磁波、電磁波(electromagnetic wave)(electromagnetic wave)遙感（電磁波遙感）技術(shù)遙感（電磁波遙感）技術(shù)的的物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ)主要是電磁波理主要是電磁波理論。論。電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)在空間的傳播過程就是在空間的傳播過程就是電磁波電磁波。電磁波電磁波是通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互聯(lián)系傳播的。是通過電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互聯(lián)系傳播的。2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理2 2、電磁波、電磁波(electromagnetic wave)(ele

5、ctromagnetic wave) 是橫波；是橫波；具有波粒二象性具有波粒二象性(wave-particle duality)：電磁波在電磁波在傳播過程中，主要表現(xiàn)為波動(dòng)性；在與物質(zhì)相互作用傳播過程中，主要表現(xiàn)為波動(dòng)性；在與物質(zhì)相互作用時(shí)，主要表現(xiàn)為粒子性時(shí)，主要表現(xiàn)為粒子性；在真空中以光速傳播；在真空中以光速傳播；滿足：滿足：=c，E=k 。：頻率：頻率：波長(zhǎng)：波長(zhǎng)c：光速：光速E：能量（：能量（J）k：普朗克常數(shù)：普朗克常數(shù)（6.62610-34 Js）電磁波的性質(zhì)電磁波的性質(zhì)2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北

6、京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理3、電磁波譜、電磁波譜(electromagnetic spectrum)電磁波譜電磁波譜：電磁波在真空傳播中，電磁波在真空傳播中，按按波長(zhǎng)遞增波長(zhǎng)遞增、頻率遞減頻率遞減的順序可以劃分為：的順序可以劃分為：射線、射線、射線、紫外線、可見光、射線、紫外線、可見光、紅外線，微波和無線電波。紅外線，微波和無線電波。2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理肉眼看得見的是電磁波中肉眼看得見的是電磁波中很短的一段很短的一段，從，從0.38-

7、0.760.38-0.76微米這部分稱為微米這部分稱為可見光可見光(visible light)(visible light)?？煞止獬??？煞止獬梢粭l由一條由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色組成的七色組成的光帶光帶，這光帶稱為這光帶稱為光譜光譜(spectrum)(spectrum)。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理電磁波電磁波是由不同波長(zhǎng)是由不同波長(zhǎng)的波組成的合成波。的波組成的合成波。其波長(zhǎng)范圍從其波長(zhǎng)范圍從10-10m (1m =10-4cm)的的宇宙宇宙射線射線到波長(zhǎng)到波長(zhǎng)達(dá)幾公里達(dá)幾公里的

8、無線電波的無線電波。波長(zhǎng)長(zhǎng)于紅光的波長(zhǎng)長(zhǎng)于紅光的(0.76微米微米)有有紅外線紅外線和和無線無線電波電波；波長(zhǎng)；波長(zhǎng)短于紫色短于紫色光光的的(0.38微米微米)有有紫紫外線外線，射線射線、X射線射線等。這些輻射雖然肉等。這些輻射雖然肉眼看不見，但可用儀眼看不見，但可用儀器測(cè)出。器測(cè)出。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 紫外線紫外線(UV)：0.01-0.38m，碳，碳酸鹽巖分布、水面油污染。酸鹽巖分布、水面油污染。 可見光：可見光：0.38-0.76 m，鑒別，鑒別物質(zhì)特征的主要波段；是遙感物質(zhì)特征的主要波段；是遙感最常

9、用的波段。最常用的波段。 紅外線紅外線(IR) ：0.76-1000 m。近紅外近紅外0.76-3.0 m,中紅外中紅外3.0-6.0 m；遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外6.0-15.0 m；超遠(yuǎn)紅外超遠(yuǎn)紅外15-1000 m。（近紅（近紅外又稱光紅外或反射紅外；中外又稱光紅外或反射紅外；中紅外和遠(yuǎn)紅外又稱熱紅外。）紅外和遠(yuǎn)紅外又稱熱紅外。） 微波：微波：1mm-1m。全天候遙感；。全天候遙感；有主動(dòng)與被動(dòng)之分；具有穿透有主動(dòng)與被動(dòng)之分；具有穿透能力；發(fā)展?jié)摿Υ?。能力；發(fā)展?jié)摿Υ?。不同波長(zhǎng)的電磁波特性差別很大。不同波長(zhǎng)的電磁波特性差別很大。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與

10、測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理可見光可見光(visible light)（0.38m0.76m）B：0.380.50m， G：0.500.60m， R：0.600.76m。紅外線紅外線(infrared ray)（0.76m1mm）NIR：0.763m，MIR：36m，F(xiàn)IR：

11、615m，UFIR：151000m。微波微波(microwave)（1mm1m）毫米波：毫米波：1mm10mm，厘米波：厘米波：1cm10cm，分米波：分米波：1dm10dm。3 3、電磁波譜、電磁波譜(electromagnetic spectrum)(electromagnetic spectrum)2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理美國資源衛(wèi)星（美國資源衛(wèi)星（Landsat） LandSat 7上上ETM+技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)3030303030603015藍(lán)色藍(lán)色綠

12、色綠色紅色紅色近紅外近紅外短波紅外短波紅外熱紅外熱紅外短波紅外短波紅外全色波段全色波段0.450.520.520.60.630.690.760.901.551.7510.412.52.082.350.50.91234567PAN地面分辨率地面分辨率/m波段名稱波段名稱波長(zhǎng)波長(zhǎng)/um波段序號(hào)波段序號(hào)2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理法國資源衛(wèi)星（法國資源衛(wèi)星（SPOT） SPOT 5 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)10m10m10m20m2.5m 或或 5m60km綠色綠色紅色紅色近紅

13、外近紅外短波紅外短波紅外全色波段全色波段0.490.610.610.680.780.891.581.750.450.69123SWIRPAN視場(chǎng)視場(chǎng)地面分辨率地面分辨率波段名稱波段名稱波長(zhǎng)波長(zhǎng)/um波段序號(hào)波段序號(hào)2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理4 4、電磁輻射、電磁輻射(electromagnetic radiation)(electromagnetic radiation)與度量與度量輻射源輻射源(radiation source) 自然界中的一切物體，只要溫度在

14、自然界中的一切物體，只要溫度在絕對(duì)溫度零絕對(duì)溫度零度（度（-273.15）以上，都以電磁波的形式時(shí)刻不停以上，都以電磁波的形式時(shí)刻不停地向外傳送熱量，這種傳送能量的方式稱為地向外傳送熱量，這種傳送能量的方式稱為輻射輻射(radiation)。 輻射是以電磁波的形式向外放散的。是以波動(dòng)輻射是以電磁波的形式向外放散的。是以波動(dòng)的形式傳播能量。的形式傳播能量。2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理輻射源輻射源輻射源輻射源中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京

15、）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理4 4、電磁輻射、電磁輻射(electromagnetic radiation)(electromagnetic radiation)與度量與度量電磁輻射：電磁輻射：這種電磁能量的傳遞過程（包括這種電磁能量的傳遞過程（包括輻射、吸收、反射和透射）稱為輻射、吸收、反射和透射）稱為電磁輻射電磁輻射。電磁波傳遞就是電磁能量的傳遞。因此遙感探測(cè)實(shí)際電磁波傳遞就是電磁能量的傳遞。因此遙感探測(cè)實(shí)際上是輻射能量的測(cè)定。上是輻射能量的測(cè)定。2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 電磁波電磁波 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北

16、京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理4 4、電磁輻射、電磁輻射(electromagnetic radiation)(electromagnetic radiation)與度量與度量輻射測(cè)量輻射測(cè)量(radiation measurement)2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 輻射能量（輻射能量（W W）：）：電磁輻射的能量，單位：電磁輻射的能量，單位：J J；輻射通量（輻射通量（ ）：）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位時(shí)間內(nèi)通過某一面積某一面積的的輻射能量輻射能量；輻射通量密度（輻射通量密度（E E）：）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積單位面積的的輻射能量輻射能量；

17、輻照度（輻照度（I I）：）：被輻射的物體表面被輻射的物體表面單位面積上的輻射能量單位面積上的輻射能量；輻射出射度（輻射出射度（M M）：）：輻射源的物體表面輻射源的物體表面單位面積上的輻射能量單位面積上的輻射能量；輻射亮度（輻射亮度（L L）：）：假定有一輻射源呈面狀假定有一輻射源呈面狀，向外，向外輻射的強(qiáng)度隨輻射方向而不同，則輻射的強(qiáng)度隨輻射方向而不同，則L定義：定義：為輻射源在某一方向，單位投影表面，單位為輻射源在某一方向，單位投影表面，單位立體角內(nèi)的輻射通量，即：立體角內(nèi)的輻射通量，即：)cos(AL中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院

18、楊可明楊可明遙感機(jī)理中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理5 5、黑體、黑體(black body)(black body)輻射輻射絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體 如果一個(gè)物體對(duì)于任何波長(zhǎng)的電磁輻射如果一個(gè)物體對(duì)于任何波長(zhǎng)的電磁輻射都全部吸收，則這個(gè)物體是都全部吸收，則這個(gè)物體是絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體。 實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電磁波入射到一個(gè)當(dāng)電磁波入射到一個(gè)不透明的物體不透明的物體上，在上，在物體上只出現(xiàn)對(duì)物體上只出現(xiàn)對(duì)電磁波的反射現(xiàn)象電磁波的反射現(xiàn)象和和吸收現(xiàn)象吸收現(xiàn)象時(shí)，這時(shí)，這一物體的一物體的光譜吸收系數(shù)與光譜反射系數(shù)之和光譜吸收系數(shù)與光

19、譜反射系數(shù)之和恒等于恒等于1。 實(shí)際上，實(shí)際上，物體的物體的溫度不同溫度不同或入射電磁波的或入射電磁波的波長(zhǎng)不同波長(zhǎng)不同，都會(huì)導(dǎo)致都會(huì)導(dǎo)致不同的吸收和反射不同的吸收和反射，而而絕對(duì)黑體絕對(duì)黑體則是吸收率則是吸收率1，反射率，反射率0，與，與物體的溫度和電磁波波長(zhǎng)無關(guān)物體的溫度和電磁波波長(zhǎng)無關(guān)。 顯然：顯然：黑體吸收系數(shù)（率）黑體吸收系數(shù)（率） ；反射系數(shù)；反射系數(shù) ； 透射率透射率 。 1),(t002.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理（1）普朗克黑體輻射規(guī)律普朗克黑體輻

20、射規(guī)律1860年，年，基爾霍夫基爾霍夫在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：同一溫度下，任何物體發(fā)同一溫度下，任何物體發(fā)射某一波長(zhǎng)電磁波能力，與它對(duì)該波長(zhǎng)電磁波的吸收能力成射某一波長(zhǎng)電磁波能力，與它對(duì)該波長(zhǎng)電磁波的吸收能力成正比。正比。黑體吸收電磁波的能力最強(qiáng)，因而它的發(fā)射能力也強(qiáng)。黑體吸收電磁波的能力最強(qiáng)，因而它的發(fā)射能力也強(qiáng)。1900年，普朗克用量子論概念推導(dǎo)出了熱輻射定律，年，普朗克用量子論概念推導(dǎo)出了熱輻射定律，它表明它表明了了黑體輻射通量密度黑體輻射通量密度與與其溫度和輻射波長(zhǎng)其溫度和輻射波長(zhǎng)的關(guān)系，可以用普的關(guān)系，可以用普朗克公式表示，其解析式如下：朗克公式表示，其解析式如下： 112),(

21、/52kTchehcTM式中，式中，為分子光譜輻射通量密度，單位為為分子光譜輻射通量密度，單位為W/m3；h h為普朗為普朗克常數(shù)，其值為克常數(shù)，其值為6.62610-34Ws2，k k是波耳茲曼常數(shù)，數(shù)值是波耳茲曼常數(shù)，數(shù)值為為1.380610-23焦焦Ws/K；T T為黑體的絕對(duì)溫度，單位為為黑體的絕對(duì)溫度，單位為K。 2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 5 5、黑體、黑體(black body)(black body)輻射輻射黑體輻射規(guī)律黑體輻射規(guī)律中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理（2）斯忒藩玻耳

22、茲曼規(guī)律斯忒藩玻耳茲曼規(guī)律 在在全部波長(zhǎng)范圍全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)，對(duì)普朗克公式進(jìn)行積分，得到內(nèi)，對(duì)普朗克公式進(jìn)行積分，得到：絕對(duì)黑體的總輻射出射度絕對(duì)黑體的總輻射出射度與與黑體溫度的四次方黑體溫度的四次方成成正正比比：4TM3245152hck式中式中 ，稱為斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)，其，稱為斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)，其數(shù)值為數(shù)值為5.6710-8W W/(m m2 KK4)。2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 5 5、黑體、黑體(black body)(black body)輻射輻射黑體輻射規(guī)律黑體輻射規(guī)律中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院

23、楊可明楊可明遙感機(jī)理（2）斯忒藩斯忒藩玻爾茲曼規(guī)律玻爾茲曼規(guī)律4TM由此可見，由此可見，黑體通量密度的增加黑體通量密度的增加與與絕對(duì)溫度的四次方絕對(duì)溫度的四次方成正比，成正比，也就是說，也就是說，當(dāng)溫度有當(dāng)溫度有很小的變化很小的變化時(shí)，都會(huì)引起輻射通時(shí)，都會(huì)引起輻射通量密度的量密度的很大變化很大變化。這還說明，這還說明，不同物體具有不同的輻射能量，不同物體具有不同的輻射能量，記錄下它記錄下它們之間的輻射能量差別就為區(qū)別它們提供了基礎(chǔ)，這們之間的輻射能量差別就為區(qū)別它們提供了基礎(chǔ)，這也是在遙感圖像上識(shí)別不同物體的基礎(chǔ)。也是在遙感圖像上識(shí)別不同物體的基礎(chǔ)。 2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波

24、譜與電磁輻射 5 5、黑體、黑體(black body)(black body)輻射輻射黑體輻射規(guī)律黑體輻射規(guī)律中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理（3）維恩位移定律維恩位移定律 隨著溫度的升高，隨著溫度的升高，輻射通量密度最大值輻射通量密度最大值向短波方向向短波方向移動(dòng)移動(dòng)，稱為，稱為維恩位移定律維恩位移定律。對(duì)普朗克公式微分并求。對(duì)普朗克公式微分并求極值，得到表達(dá)式：極值，得到表達(dá)式： bT max式中：式中：max為輻射通量密度的峰值波長(zhǎng)；為輻射通量密度的峰值波長(zhǎng)；b為常數(shù)，為常數(shù)，b=2897.80.4（mk）。）。

25、2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 5 5、黑體、黑體(black body)(black body)輻射輻射黑體輻射規(guī)律黑體輻射規(guī)律中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理bT max 它說明隨著溫度的升高，輻射最大值對(duì)應(yīng)的峰值波長(zhǎng)它說明隨著溫度的升高，輻射最大值對(duì)應(yīng)的峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)，下表給出不同溫度時(shí)向短波方向移動(dòng)，下表給出不同溫度時(shí)max的數(shù)值。的數(shù)值。2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電磁輻射 （3）維恩位移定律維恩位移定律 5 5、黑體、黑體(black body)(black bo

26、dy)輻射輻射黑體輻射規(guī)律黑體輻射規(guī)律中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理（1）基爾霍夫定律）基爾霍夫定律 把實(shí)際物體看作輻射源，研究其輻射的特性，將其把實(shí)際物體看作輻射源，研究其輻射的特性，將其與絕對(duì)黑體進(jìn)行比較。與絕對(duì)黑體進(jìn)行比較。 在任何一個(gè)在任何一個(gè)給定的溫度給定的溫度T下，任何一個(gè)物體的下，任何一個(gè)物體的發(fā)射發(fā)射度度M(T)與其與其吸收率吸收率a(T)之比之比都等于都等于在在同一溫度同一溫度T下下的的黑體的發(fā)射度黑體的發(fā)射度M黑黑(T)，即：即：)()()(TMTTM黑2.1 2.1 電磁波譜與電磁輻射電磁波譜與電

27、磁輻射 5 5、黑體、黑體(black body)(black body)輻射輻射實(shí)際物體的輻射實(shí)際物體的輻射中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理1 1、太陽輻射、太陽輻射 在電磁波遙感技術(shù)中，傳感器從空中收集在電磁波遙感技術(shù)中，傳感器從空中收集載有目標(biāo)特載有目標(biāo)特征的信息征的信息，主要是收集，主要是收集太陽太陽對(duì)這些目標(biāo)的輻射的反射信息對(duì)這些目標(biāo)的輻射的反射信息。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明

28、楊可明遙感機(jī)理 太陽是太陽是被動(dòng)遙感被動(dòng)遙感最主要的輻射源。最主要的輻射源。太陽輻射習(xí)慣稱作太陽輻射習(xí)慣稱作太陽光太陽光。太陽光太陽光通過地球大氣通過地球大氣照射到地面，經(jīng)過地面照射到地面，經(jīng)過地面物體物體反射又返回反射又返回，再經(jīng)過大氣再經(jīng)過大氣到達(dá)到達(dá)傳感器。傳感器。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 1、太陽輻射、太陽輻射(Solar Radiation)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理太陽輻射光譜太陽輻射光譜 在這段波長(zhǎng)范圍內(nèi)，在這段波長(zhǎng)范圍內(nèi)，又可分為三個(gè)主要區(qū)域，又可分為三個(gè)

29、主要區(qū)域，即波長(zhǎng)較短的即波長(zhǎng)較短的紫外光區(qū)紫外光區(qū)、波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光區(qū)紅外光區(qū)和介和介于二者之間的于二者之間的可見光區(qū)可見光區(qū)。 太陽輻射的能量主要太陽輻射的能量主要分布在分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占太陽輻射總量的前者占太陽輻射總量的44，后者占后者占47。紫外區(qū)紫外區(qū)只占能量的只占能量的9。太陽輻射的波長(zhǎng)范圍，太陽輻射的波長(zhǎng)范圍，大約在大約在0.15-4m之間。之間。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 1、太陽輻射、太陽輻射(Solar Radiation)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)

30、繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理Sun at 6000K; peak emission at 0.48 m mm在波長(zhǎng)在波長(zhǎng)0.47微米微米的地方，的地方，太陽輻射的太陽輻射的能力達(dá)到最能力達(dá)到最高值高值，數(shù)值約為，數(shù)值約為3.0卡卡/cm2分以上。分以上。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 太陽輻射光譜太陽輻射光譜1、太陽輻射、太陽輻射(Solar Radiation)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理太陽常數(shù)（太陽常數(shù)（Solar constant)2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射

31、的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 1、太陽輻射、太陽輻射(Solar Radiation) 在日地平均距離（一個(gè)天文單位）的在日地平均距離（一個(gè)天文單位）的條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽光條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽光線的單位面積單位時(shí)間內(nèi)所接受的太陽輻線的單位面積單位時(shí)間內(nèi)所接受的太陽輻射能量，就稱為射能量，就稱為太陽常數(shù)太陽常數(shù)。它是用來表達(dá)。它是用來表達(dá)太陽輻射能量的一個(gè)物理量。太陽輻射能量的一個(gè)物理量。IO1360103W/m2 太陽常數(shù)在一定程度上代表了垂太陽常數(shù)在一定程度上代表了垂直到達(dá)大氣上界的太陽輻射強(qiáng)度，但直到達(dá)大氣上界的太陽輻射強(qiáng)度，但太陽常數(shù)到達(dá)水平面上的太陽輻

32、射強(qiáng)度之間，存在著下面的數(shù)學(xué)關(guān)系式：太陽常數(shù)到達(dá)水平面上的太陽輻射強(qiáng)度之間，存在著下面的數(shù)學(xué)關(guān)系式： I=I0 sinh式中，為太陽高度角，式中，為太陽高度角，I0為太陽常數(shù)為太陽常數(shù),I為投射到大氣上界水平面上的太陽輻射強(qiáng)度。上式為投射到大氣上界水平面上的太陽輻射強(qiáng)度。上式表明：當(dāng)太陽高度角為表明：當(dāng)太陽高度角為90時(shí)，太陽輻射強(qiáng)度就等于太陽常數(shù)。時(shí)，太陽輻射強(qiáng)度就等于太陽常數(shù)。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 大氣層次與成分大氣層次與成分2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 2、大氣吸

33、收、大氣吸收(Atmospheric Absorption) 整個(gè)地球大氣層象是一座高整個(gè)地球大氣層象是一座高大的而又獨(dú)特的大的而又獨(dú)特的“樓房樓房”， 按其成分、溫度、密度等物按其成分、溫度、密度等物理性質(zhì)在垂直方向上的變化，世理性質(zhì)在垂直方向上的變化，世界氣象組織把這座界氣象組織把這座“樓樓”分為分為五五層層， 自下而上依次是：自下而上依次是：對(duì)流層、對(duì)流層、平流層、中間層、暖層平流層、中間層、暖層和和散逸層散逸層。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 大氣層次與成分大氣層次與成分2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影

34、響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 2、大氣吸收、大氣吸收(Atmospheric Absorption) 在在80-100公里以下的低層大氣中，公里以下的低層大氣中，氣體成為可分為兩部分：氣體成為可分為兩部分： 不可變氣體成分不可變氣體成分：主要指主要指氮氮、氧氧、氬氬三種氣體，約占三種氣體，約占99%。這幾種氣體這幾種氣體成分之間維持固定的比例，基本上不成分之間維持固定的比例，基本上不隨時(shí)間、空間而變化。隨時(shí)間、空間而變化。 易變氣體成分易變氣體成分：以以水汽水汽、二氧化二氧化碳碳和和臭氧臭氧為主，為主，其中變化最大的是水其中變化最大的是水汽。汽。 總之，總之，大氣大氣這種含有各種物質(zhì)成這種含有

35、各種物質(zhì)成分的分的混合物混合物，可以大致分為，可以大致分為干潔空氣干潔空氣、水汽水汽、微粒雜質(zhì)微粒雜質(zhì)和和新的污染物新的污染物。氣氣 體體按容積按容積百分比百分比按質(zhì)量按質(zhì)量百分比百分比分子量分子量氮氮78.08475.5228.0134氧氧20.94823.1531.9988氬氬0.9341.2839.948二氧二氧化碳化碳0.0330.0544.0099中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 大氣對(duì)輻射的吸收作用大氣對(duì)輻射的吸收作用 太陽輻射通過大氣時(shí)，分別受到大氣中的太陽輻射通過大氣時(shí)，分別受到大氣中的水汽、二氧化碳、水

36、汽、二氧化碳、微塵、氧和臭氧以及云滴、霧、冰晶、空氣分子的微塵、氧和臭氧以及云滴、霧、冰晶、空氣分子的吸收、散射、吸收、散射、反射反射等作用，而使投射到大氣上界的太陽輻射不能完全到達(dá)地面。等作用，而使投射到大氣上界的太陽輻射不能完全到達(dá)地面。 太陽輻射穿過大氣層時(shí)，太陽輻射穿過大氣層時(shí)，大氣中某些成分大氣中某些成分具有具有選擇吸收一定選擇吸收一定波長(zhǎng)輻射性能波長(zhǎng)輻射性能的特性。的特性。 太陽輻射被大氣吸收后變成太陽輻射被大氣吸收后變成熱能熱能，因而使因而使太陽輻射減弱太陽輻射減弱。甚至某些波段的。甚至某些波段的電磁波完全不能通過大氣。電磁波完全不能通過大氣。因此在太陽因此在太陽輻射到達(dá)地面時(shí)，

37、形成了電磁波的某些輻射到達(dá)地面時(shí)，形成了電磁波的某些缺失帶。缺失帶。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 2、大氣吸收、大氣吸收(Atmospheric Absorption)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 水汽水汽雖然在可見光區(qū)和紅外區(qū)都有不少吸收帶，但雖然在可見光區(qū)和紅外區(qū)都有不少吸收帶，但吸收最強(qiáng)的是在紅外區(qū)。吸收最強(qiáng)的是在紅外區(qū)。吸收帶主要有：吸收帶主要有：2.53.0m，5

38、7m，0.94m，1.13m，1.38m，1.86m，3.24m以及以及24m以上對(duì)微波的強(qiáng)吸收帶。以上對(duì)微波的強(qiáng)吸收帶。 二氧化碳二氧化碳對(duì)太陽輻射的吸收比較弱，僅對(duì)紅外區(qū)對(duì)太陽輻射的吸收比較弱，僅對(duì)紅外區(qū)4.3m附近的輻射吸收較強(qiáng)，附近的輻射吸收較強(qiáng)，但這一區(qū)域的太陽輻射很但這一區(qū)域的太陽輻射很微弱，被吸收后對(duì)整個(gè)太陽輻射影響不大。吸收峰主要是微弱，被吸收后對(duì)整個(gè)太陽輻射影響不大。吸收峰主要是2.8m，4.3m。 大氣對(duì)輻射的吸收作用大氣對(duì)輻射的吸收作用2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 2、大氣吸收、大氣吸收(Atmospheric Absorption

39、)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 臭氧臭氧在大氣中含量雖少，但對(duì)太陽輻射的吸收很強(qiáng)。在大氣中含量雖少，但對(duì)太陽輻射的吸收很強(qiáng)。在在1040km高度對(duì)高度對(duì)0.20.32m有很強(qiáng)的吸收帶，有很強(qiáng)的吸收帶，使小于使小于0.29微米的太陽輻射不能到達(dá)地面。此外微米的太陽輻射不能到達(dá)地面。此外0.6m和和9.6m的吸收也很強(qiáng)；的吸收也很強(qiáng)； 氧氣氧氣主要吸收小于主要吸收小于0.2m的輻射，的輻射，0.6m和和0.76m也也有窄帶吸收，吸收能力較弱。有窄帶吸收，吸收能力較弱。 大氣對(duì)輻射的吸收作用大氣對(duì)輻射的吸收作用2.2 2.

40、2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 2、大氣吸收、大氣吸收(Atmospheric Absorption)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 懸浮在大氣中的懸浮在大氣中的水滴、塵埃等雜質(zhì)水滴、塵埃等雜質(zhì)，也能吸收一部分，也能吸收一部分太陽輻射，但其量甚微。只有當(dāng)大氣中塵埃等雜質(zhì)很太陽輻射，但其量甚微。只有當(dāng)大氣中塵埃等雜質(zhì)很多多(如有沙暴、煙幕或浮塵如有沙暴、煙幕或浮塵)時(shí)，吸收才比較顯著。時(shí)，吸收才比較顯著。 大氣大氣對(duì)太陽輻射的吸收是具有選擇性的，因而使穿過對(duì)太陽輻射的吸收是具有選擇性的，因而使穿

41、過大氣的太陽輻射光譜變得極不規(guī)則。大氣的太陽輻射光譜變得極不規(guī)則。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 2、大氣吸收、大氣吸收(Atmospheric Absorption) 大氣對(duì)輻射的吸收作用大氣對(duì)輻射的吸收作用中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 太陽輻射通過大氣時(shí)遇到空氣分子、塵粒、云滴等質(zhì)太陽輻射通過大氣時(shí)遇到空氣分子、塵粒、云滴等質(zhì)點(diǎn)時(shí)，都要發(fā)生散射。點(diǎn)時(shí)，都要發(fā)生散射。 但散射并不象吸收那樣把輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而只是但散射并不象吸收那樣把輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而只是改變輻射方向，使?/p>

42、陽輻射以質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方改變輻射方向，使太陽輻射以質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方傳播開來。傳播開來。 經(jīng)過散射之后，有一部分經(jīng)過散射之后，有一部分太陽輻射就到不了地面。太陽輻射就到不了地面。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 3、大氣散射、大氣散射(Atmospheric Scattering)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 瑞利散射瑞利散射(Rayleigh Scattering) 當(dāng)微粒的直徑（當(dāng)微粒的直徑（d）比輻射波長(zhǎng)（）比輻射波長(zhǎng)（）小得多時(shí)，此）小得多時(shí)，此時(shí)散射稱分子散射或時(shí)散

43、射稱分子散射或瑞利散射瑞利散射，散射光分布均勻且對(duì)稱。，散射光分布均勻且對(duì)稱。這種散射主要是大氣中的分子對(duì)可見光的散射引起的。這種散射主要是大氣中的分子對(duì)可見光的散射引起的。 輻射的波長(zhǎng)愈短，被散射愈厲害。其散射能力與波輻射的波長(zhǎng)愈短，被散射愈厲害。其散射能力與波長(zhǎng)的對(duì)比關(guān)系是：對(duì)于一定大小的分子來說，長(zhǎng)的對(duì)比關(guān)系是：對(duì)于一定大小的分子來說，散射能力散射能力和波長(zhǎng)的四次方成反比，這種散射是有選擇性的。和波長(zhǎng)的四次方成反比，這種散射是有選擇性的。 瑞利對(duì)可見光的影響很大。雨后天晴，瑞利對(duì)可見光的影響很大。雨后天晴，天空呈青蘭色就是因?yàn)檩椛渲星嗵m色波長(zhǎng)天空呈青蘭色就是因?yàn)檩椛渲星嗵m色波長(zhǎng)較短，容易

44、被大氣散射的緣故。較短，容易被大氣散射的緣故。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 3、大氣散射、大氣散射(Atmospheric Scattering)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 瑞利散射瑞利散射(Rayleigh Scattering)2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 3、大氣散射、大氣散射(Atmospheric Scattering)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理

45、米氏散射米氏散射(Mie Scattering) 當(dāng)微粒的直徑與輻射光的波長(zhǎng)差不多時(shí)（即當(dāng)微粒的直徑與輻射光的波長(zhǎng)差不多時(shí)（即d），）， 稱為稱為米氏散射米氏散射。這種散射主要由大氣中的氣溶膠所引起。這種散射主要由大氣中的氣溶膠所引起的反射。的反射。 米氏散射的散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比。米氏散射的散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比。由于由于大氣中云、霧等懸浮粒子的大小與大氣中云、霧等懸浮粒子的大小與 0.7615m的紅外的紅外線的波長(zhǎng)差不多，因此，云、霧對(duì)紅外線的米氏散射是線的波長(zhǎng)差不多，因此，云、霧對(duì)紅外線的米氏散射是不可忽視的。不可忽視的。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及

46、大氣對(duì)輻射的影響 3、大氣散射、大氣散射(Atmospheric Scattering)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 無選擇性散射無選擇性散射 當(dāng)微粒的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)（即當(dāng)微粒的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)（即 d）所發(fā)生的）所發(fā)生的散射稱為散射稱為無選擇性散射無選擇性散射。如空氣中存在較多的塵?；蜢F粒，一定范圍的如空氣中存在較多的塵?；蜢F粒，一定范圍的長(zhǎng)短波都被同樣的散射，使天空呈灰白色的。長(zhǎng)短波都被同樣的散射，使天空呈灰白色的。有時(shí)為了區(qū)別有選擇性的散射和沒有選擇性的有時(shí)為了區(qū)別有選擇性的散射和沒有選擇性的散射，將前者

47、稱為散射，散射，將前者稱為散射，后者稱為漫射后者稱為漫射（又稱朗伯反射又稱朗伯反射）。）。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 3、大氣散射、大氣散射(Atmospheric Scattering)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理4、大氣反射、大氣反射(Atmospheric Reflection) 大氣中云層和較大顆粒的埃塵能將太陽輻射中的一部大氣中云層和較大顆粒的埃塵能將太陽輻射中的一部分能量反射到宇宙空間去。分能量反射到宇宙空間去。其中反射最明顯的是云。不同的云量，不同的云其中反射最

48、明顯的是云。不同的云量，不同的云狀，云的不同厚度所發(fā)生的反射是不同的。狀，云的不同厚度所發(fā)生的反射是不同的。高云平均反射高云平均反射25，中云平均反射，中云平均反射50，低云平，低云平均反射均反射65，很厚的云層反射可達(dá)，很厚的云層反射可達(dá)90?；\統(tǒng)地?；\統(tǒng)地講，云量反射平均達(dá)講，云量反射平均達(dá)5055。2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理假設(shè)大氣層頂?shù)奶栞椛涫羌僭O(shè)大氣層頂?shù)奶栞椛涫?00。那么太陽輻。那么太陽輻射通過大氣后發(fā)生散射、吸收和反射射通過大

49、氣后發(fā)生散射、吸收和反射(反射量反反射量反射表示射表示)：向上散射占向上散射占4大氣吸收占大氣吸收占21云量吸收占云量吸收占3云量反射占云量反射占232.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 4、大氣反射、大氣反射(Atmospheric Reflection)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 光在到達(dá)大氣與透明物體的分界面，或者光在到達(dá)光在到達(dá)大氣與透明物體的分界面，或者光在到達(dá)密度不同的兩層大氣的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生傳播方向的屈密度不同的兩層大氣的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生傳播方向的屈折，我們把這種現(xiàn)象

50、稱之為折，我們把這種現(xiàn)象稱之為光的折射光的折射。光的折射遵從折光的折射遵從折射定律。射定律。 2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 5、大氣折射、大氣折射(Atmospheric Refraction)中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 由于大氣的反射、吸收和散射等作用，削弱了大氣由于大氣的反射、吸收和散射等作用，削弱了大氣層對(duì)層對(duì)電磁輻射的透明度電磁輻射的透明度。 電磁波與大氣相互作用產(chǎn)生的效應(yīng)，使得能夠穿透電磁波與大氣相互作用產(chǎn)生的效應(yīng)，使得能夠穿透地球大氣的輻射，局限在某些波長(zhǎng)范圍內(nèi)，

51、地球大氣的輻射，局限在某些波長(zhǎng)范圍內(nèi)，通常將通常將這些這些吸收率和散射率都很小吸收率和散射率都很小，而，而透射率高透射率高的電磁輻的電磁輻射波段稱為射波段稱為大氣窗口大氣窗口。6、大氣窗口、大氣窗口(Atmospheric Window)2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 遙感使用的探測(cè)波段都在遙感使用的探測(cè)波段都在大氣窗口大氣窗口之內(nèi)。之內(nèi)。根據(jù)地面物體的電磁輻射特性，以及探測(cè)技術(shù)的發(fā)根據(jù)地面物體的電磁輻射特性，以及探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，常用有開發(fā)的潛力的波

52、段如表所示。展，常用有開發(fā)的潛力的波段如表所示。 6 6、大氣窗口、大氣窗口(Atmospheric Window )(Atmospheric Window )2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理0.31.3m：紫外、可見光、近紅外波段。：紫外、可見光、近紅外波段。這一波是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像這一波是攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段。如的常用波段。如Landsat衛(wèi)星的衛(wèi)星的TM14波段，波段，SPOT衛(wèi)星

53、的衛(wèi)星的HRV波段。波段。1.51.8m、2.03.5m：近紅外、中紅外波段。：近紅外、中紅外波段。是白天日照條件好時(shí)掃描成像的常用波段，如是白天日照條件好時(shí)掃描成像的常用波段，如TM的的5、7波段波段等，用以探測(cè)植物含水量以及云、雪，或用于地質(zhì)制圖等。等，用以探測(cè)植物含水量以及云、雪，或用于地質(zhì)制圖等。6 6、大氣窗口、大氣窗口(Atmospheric Window )(Atmospheric Window )2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理6 6、

54、大氣窗口、大氣窗口(Atmospheric Window )(Atmospheric Window )2.2 2.2 太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響太陽輻射及大氣對(duì)輻射的影響 3.55.5m：中紅外波段。：中紅外波段。該波段除通透反射光外，也通透該波段除通透反射光外，也通透地面物體自身發(fā)射的熱輻射能量。如地面物體自身發(fā)射的熱輻射能量。如NOAA衛(wèi)星的衛(wèi)星的AVHRR傳感傳感器用器用3.553.93um探測(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖。探測(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖。814m：熱（遠(yuǎn)）紅外波段。：熱（遠(yuǎn)）紅外波段。主要通透來自地物熱輻射的能量，適于夜間成像。主要通透來自地物熱輻射的能量，適于夜間成像。0.82

55、5cm：微波波段。：微波波段。 由于微波穿云透霧能力強(qiáng)，這一區(qū)由于微波穿云透霧能力強(qiáng)，這一區(qū)間可以全天候觀測(cè)，而用是主動(dòng)遙感方式，如側(cè)視雷達(dá)。間可以全天候觀測(cè)，而用是主動(dòng)遙感方式，如側(cè)視雷達(dá)。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理電磁波性質(zhì)電磁波性質(zhì)大氣窗口大氣窗口遙感光譜通道遙感光譜通道應(yīng)用條件與成像方式應(yīng)用條件與成像方式反射光譜反射光譜0.31.3m紫外波段紫外波段0.3000.315m0.3150.380m必須在強(qiáng)光照射下，必須在強(qiáng)光照射下，采用攝影方式和掃描采用攝影方式和掃描方式成像（只能在白方式成像（只能在白天作業(yè)）

56、天作業(yè)）可見光波段可見光波段近紅外波段近紅外波段0.380.7m0.70.9m0.91.1m1.51.8m2.03.5m近紅外波段近紅外波段1.551.75m2.2052.35m強(qiáng)光照射下白天成像強(qiáng)光照射下白天成像反射和發(fā)射光譜反射和發(fā)射光譜3.55.5m中紅外波段中紅外波段3.55.5m白天和夜間都能掃白天和夜間都能掃描成像描成像發(fā)射光譜發(fā)射光譜814m熱紅外波段熱紅外波段1011m10.412.6m814m0.05300cmW波段波段0.530.3cm有光照和無光照下有光照和無光照下都能掃描成像都能掃描成像V波段波段0.530.63cmQ波段波段0.630.83cmKa波段波段0.831.

57、13cmK波段波段1.131.67cmK波段波段1.672.75cmX波段波段2.755.2cmC波段波段5.217.69cmS波段波段7.6919.4cmL波段波段19.476.9cmP波段波段76.9133cm中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理 自然界中任何地物都具有其自身的電磁輻射規(guī)律，如：自然界中任何地物都具有其自身的電磁輻射規(guī)律，如： 具有具有反射，吸收反射，吸收外來的紫外線、可見光、紅外線和微波外來的紫外線、可見光、紅外線和微波的某些波段的特性；又都具有的某些波段的特性；又都具有發(fā)射發(fā)射某些紅外線、微波的特性；

58、某些紅外線、微波的特性；少數(shù)地物還具有少數(shù)地物還具有透射透射電磁波的特性，這種特性稱為電磁波的特性，這種特性稱為地物的光地物的光譜特性譜特性。2.3 2.3 地球的輻射與地物波譜地球的輻射與地物波譜 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理1、地物反射波譜特征、地物反射波譜特征 當(dāng)電磁輻射能量入射到地物表面上，將出現(xiàn)三種過程：當(dāng)電磁輻射能量入射到地物表面上，將出現(xiàn)三種過程：一部分入射能量被地物反射；一部分入射能量被地物反射；一部分入射能量被地物吸收，成為地物本身內(nèi)一部分入射能量被地物吸收，成為地物本身內(nèi)能或部分再發(fā)射出來，能或部

59、分再發(fā)射出來，一部分入射能量被地物透射。一部分入射能量被地物透射。根據(jù)能量守恒定律可得：根據(jù)能量守恒定律可得：P=P+P+P 式中：式中：P入射的總能量；入射的總能量；P地物的反射能量；地物的反射能量；P地地物的吸收能量；物的吸收能量；P地物的透射能量。地物的透射能量。2.3 2.3 地球的輻射與地物波譜地球的輻射與地物波譜 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理2 2、地物的反射類型、地物的反射類型鏡面反射鏡面反射：發(fā)生鏡面反射時(shí)，對(duì)于不透明物體，其反射發(fā)生鏡面反射時(shí)，對(duì)于不透明物體，其反射的能量等于入射能量減去物體吸收的能

60、量；對(duì)于透明物的能量等于入射能量減去物體吸收的能量；對(duì)于透明物體，其反射的能量等于入射能量減去物體吸收的能量及體，其反射的能量等于入射能量減去物體吸收的能量及透射的能量。透射的能量。反射的能量集中在一個(gè)方面上，反射方向反射的能量集中在一個(gè)方面上，反射方向可根據(jù)入射的方向求取，反射角等于入射角?？筛鶕?jù)入射的方向求取，反射角等于入射角。2.3 2.3 地球的輻射與地物波譜地球的輻射與地物波譜 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 楊可明楊可明遙感機(jī)理漫反射漫反射(Diffusion)(Diffusion)：指不論入射方向如何，雖然反指不論入射方向如何