遙感概論作業(yè)

1、遙感概論課后答案1、試述熱輻射定律的主要內(nèi)容，及其在遙感技術(shù)中的意義。熱輻射：自然界中的一切物體。當(dāng)溫度高于絕對(duì)零度（-273r）時(shí)，都會(huì)不斷向四周空間輻射電磁波，這種由物體內(nèi)部粒子熱運(yùn)動(dòng)所引起的電磁輻射稱(chēng)為熱輻射。熱輻射能量的大小及波長(zhǎng)入分布取決于物體本身的溫度To地物發(fā)射電磁輻射的能力用發(fā)射率&來(lái)表示。地物的發(fā)射率以黑體輻射作為基準(zhǔn)。2、遙感技術(shù)中常用的電磁波波段有哪些？各有哪些特性？電磁波譜中，波長(zhǎng)最長(zhǎng)的事無(wú)線電波，無(wú)線電波根據(jù)波長(zhǎng)不同又分為長(zhǎng)波、中波、短波、超短波，其次是微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線，再次是（射線，波長(zhǎng)最短的是Y射線，見(jiàn)下圖：紫外波段0.01-0.38um可見(jiàn)光

2、波段0.38-0.76um紫色光0.38-0.43um藍(lán)色光0.43-0.47um青色光0.47-0.50um綠色光0.50-0.56um黃色光0.56-0.59um橙色光0.59-0.62um紅色光0.62-0.76um近紅外（攝影紅外）波段0.76-1.2um近紅外（反射紅外）波段0.76-3.0um中紅外波段（熱紅外）3.0-6.0um遠(yuǎn)紅外波段（熱紅外）6.0-15.0um超遠(yuǎn)紅外波段15.0-1000um微波波段1.0mm-1m毫米波1.0-10mm厘米波1.0-10cm分米波01-10m共性：在真空中具有相同的傳播速度，c=3.0x108m/s遵守相同的反射、折射、干涉、衍射及偏振

3、定律紫外波段的特性： 波長(zhǎng)0.01-0.38um，屬于太陽(yáng)輻射的范疇。 波長(zhǎng)小于0.28um的紫外線，被臭氧層及其它成份吸收。 只有波長(zhǎng)0.28-0.38um的紫外線，能部分穿過(guò)大氣層，但散射嚴(yán)重，只有部分投射到地面，并使感光材料感應(yīng)，可作為遙感工作波段，稱(chēng)為攝影紫外。主要用于探測(cè)碳酸鹽分布和監(jiān)測(cè)水面油污。 碳酸鹽在0.4um以下的短波區(qū)對(duì)紫外線的反射比其它類(lèi)型的巖石強(qiáng)，水面油膜比周?chē)鎸?duì)紫外反射強(qiáng)烈。 空中探測(cè)高度大致在2000m以下，不適宜高空遙感?？梢?jiàn)光波段特性： 波長(zhǎng)0.38-0.76um； 人眼可見(jiàn)，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色光組成；在太陽(yáng)輻射能中所占比例高，能透過(guò)大氣層；地

4、面物體對(duì)七色光多具有其特征的反射和吸收特性，故信息量最大，是鑒別物質(zhì)特征的主要波段； 遙感中可以用光學(xué)攝影、掃描等各種方式成像，可全色，可分波段，是遙感最常用的波段。 可見(jiàn)光波段的遙感技術(shù)最成熟，但仍然有很大潛力。當(dāng)前分辨能力最好的遙感資料，仍然是在可見(jiàn)光波段內(nèi)。紅外波段的特性： 波長(zhǎng)0.76-1000卩m,可分為近紅外波段（0.76-3卩m）,中紅外（3-6卩m）,遠(yuǎn)紅外（6-15um）和超遠(yuǎn)紅外（15-1000um）。 近紅外波段是地表層反射太陽(yáng)的紅外輻射，故又稱(chēng)反射紅外。 其中靠近可見(jiàn)光紅光的0.76-1.2波段可使膠片感光，故又稱(chēng)攝形紅外。 而中、遠(yuǎn)、超遠(yuǎn)紅外是地表物體發(fā)射的紅外線，故

5、稱(chēng)熱紅外。熱紅外只能用掃描方式經(jīng)過(guò)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換才能成象。 紅外遙感采用熱感應(yīng)方式探測(cè)地物本身的輻射（熱污染、火山森林火災(zāi)等），可以全天時(shí)遙感，是一個(gè)很有發(fā)展?jié)摿Φ倪b感波段。微波波段的特性： 波長(zhǎng)1mm-1m?？煞譃楹撩撞ǎ?-10mm）、厘米波（1-10cm）和分米波（1-10dm）。 微波的特點(diǎn)是能穿透云霧和一定厚度的植被、冰層和土壤，可獲得其它波段無(wú)法獲得的信息； 具有全天候的工作能力； 可以主動(dòng)和被動(dòng)方式成像。 因此在遙感技術(shù)上是很有潛力的一個(gè)波段。3、請(qǐng)?jiān)敿?xì)闡述太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層能量衰減的原因。太陽(yáng)輻射能主要集中在0.3-3um波段。最大輻射對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)約為0.48um。由于太陽(yáng)輻射的

6、大部分能量集中在可見(jiàn)光波段，所以稱(chēng)為短波輻射波長(zhǎng)/um波段能量（）波長(zhǎng)/um波段能量（）<10.3X、Y射線0.020.761.5近紅外36.810.30.2遠(yuǎn)紫外1.55.6中紅外120.20.31中紫外1.955.61000遠(yuǎn)紅外0.410.310.38近紫外5.32>1000微波0.380.76可見(jiàn)光43.5太陽(yáng)輻射在大氣中的損耗大氣散射：22%大氣散射概念大氣散射：電磁波在傳播的路徑上遇到原子、分子或氣溶膠等小微粒時(shí)，會(huì)改變傳播方向向各個(gè)方向散開(kāi)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為散射。散射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是電磁波在傳輸過(guò)程中遇到大氣微粒而產(chǎn)生的一種衍射現(xiàn)象，因此，這種現(xiàn)象只有當(dāng)大氣中的分子或其他微粒

7、的直徑小于或相當(dāng)于輻射波長(zhǎng)時(shí)才發(fā)生。散射主要集中在太陽(yáng)輻射能量較強(qiáng)的可見(jiàn)光區(qū)，所以散射是造成太陽(yáng)輻射衰減的主要原因。瑞利散射當(dāng)微粒的直徑d比輻射波長(zhǎng)入小得多，此時(shí)散射為瑞利散射。此時(shí)，申=4,丫*要是由大氣分子對(duì)可見(jiàn)光的散射引起的，所以也叫分子散射。由于散射系數(shù)與波長(zhǎng)的四次方成反比，當(dāng)入1um時(shí)，瑞利散射可以忽略不計(jì)，因此，紅外微波可以不考慮瑞利散射的影響。但是對(duì)于可見(jiàn)光來(lái)說(shuō)，由于波長(zhǎng)較短，瑞利散射影響較大。米氏散射微粒半徑與波長(zhǎng)接近時(shí)，取"2,2?稱(chēng)米氏散射。散射主要由大氣中的煙塵、氣溶膠、小水滴等引起，米氏散射的方向性明顯，在光線向前方向比向后方向更強(qiáng)。如云霧的粒子大小與紅外線(

8、0.76-15um)的波長(zhǎng)接近，所以主要是米氏散射，因此，潮濕天氣米氏散射影響較大。無(wú)選擇性散射當(dāng)微粒的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)，所發(fā)生的散射稱(chēng)非選擇性散射。此時(shí)，申二0,丫二常數(shù)，散射與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，對(duì)任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度相同。對(duì)于近紅外、中紅外也滿(mǎn)足d入，屬非選擇性散射。大氣中的云、霧、煙、塵埃等氣溶膠對(duì)太陽(yáng)輻射常出現(xiàn)這種散射，且云、霧對(duì)各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光散射均相同。為什么云霧看起來(lái)是白色的？這種散射使傳感器接受到的數(shù)據(jù)嚴(yán)重衰減。 散射造成太陽(yáng)輻射衰減，但是散射強(qiáng)度遵循的規(guī)律與波長(zhǎng)密切相關(guān)。 在可見(jiàn)光和近紅外波段，瑞利散射是主要的。 當(dāng)波長(zhǎng)大于1um時(shí)，可忽略瑞利散射的影響。 在短波中，瑞利散射與米氏散

9、射相當(dāng)；但在波長(zhǎng)大于0.5um時(shí)，米氏散射超過(guò)了瑞利散射的影響。 大氣層越厚，散射越強(qiáng)。大氣及其它成份反射：30% 主要是云層反射 云層越厚反射量越大：厚度大于50m時(shí)，反射量達(dá)50%以上，厚度為500m時(shí)，反射量超過(guò)80% 大氣層中直徑大于10.6m的其它微粒也會(huì)產(chǎn)生反射作用。 故對(duì)地球溫度有調(diào)節(jié)作用。大氣吸收：17%在紫外、微波之間，具明顯吸收作用的主要是03、02、CO2和h2o；此外n2o、ch4對(duì)電磁輻射也有吸收，多種成份對(duì)電磁波有不同的吸收能力，從而形成相應(yīng)的吸收帶。 氧（O2）:大氣中氧氣含量約占21%,它主要吸收小于0.2um的太陽(yáng)輻射能量，在波長(zhǎng)0.155um吸收最強(qiáng)，在0.

10、6um和0.76um附近，各有一個(gè)窄吸收帶，吸收能力較弱。 抽樣（O3）:大氣中含量很少，只占0.01-0.1%,但對(duì)太陽(yáng)輻射能量吸收很強(qiáng)，有兩個(gè)吸收帶：一個(gè)為波長(zhǎng)0.20.36um強(qiáng)吸收帶，另一個(gè)為0.6um附近的吸收帶。主要分布在30km高度附近，因此對(duì)小于10km的航空攝影遙感影響不大，而主要影響航天遙感。 水（H2O）:是吸收太陽(yáng)輻射能量最強(qiáng)的介質(zhì)，主要吸收帶位于紅外和可見(jiàn)光的紅光波段，其中紅外部分吸收最強(qiáng)。在0.50.9um有四個(gè)窄吸收帶，在0.952.85um有五個(gè)款吸收帶，在6.25um附近有一個(gè)強(qiáng)吸收帶。因此水汽對(duì)紅外遙感有很大影響。液態(tài)水的吸收水比水氣吸收更強(qiáng)，但主要在長(zhǎng)波方

11、面。 CO2:大氣中含量很少，占0.3%，吸收帶主要在紅外區(qū)內(nèi)，在1.352.85um有3個(gè)寬的弱吸收帶，在2.7um、4.3um與14.5um為強(qiáng)吸收帶。對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收可忽略不記。 塵埃:對(duì)太陽(yáng)輻射有一定的吸收作用，但吸收量很少。當(dāng)有沙暴、煙霧和火山爆發(fā)發(fā)生時(shí)，大氣中的塵埃幾句增加，這時(shí)，它的吸收作用才比較明顯。到達(dá)地面:31%大氣透過(guò)率大氣透射率（）與所通路程密切相關(guān)，其中路程與太陽(yáng)高度角和傳感器的入射角有關(guān)。當(dāng)高度角越大、入射角越小，大氣厚度L就越小，透射率就大；反之，透射率就小，能量衰減越大。大氣的吸收、散射則與大氣成分和微粒大小有關(guān)。太陽(yáng)輻射短波能量的衰減比長(zhǎng)波部分大。4、什么是大

12、氣窗口和大氣屏障，常用于遙感的大氣窗口有哪些？大氣窗口:指電磁輻射在大氣傳輸過(guò)程中較少被反射、吸收和散射的透射率較高的波段。大氣屏障:有些波段的電磁波在大氣傳輸過(guò)程中被嚴(yán)重反射、吸收和散射，幾乎不能到達(dá)地面，這些波段稱(chēng)大氣屏障。大氣窗口的光譜段主要有（常用于遙感的大氣窗口）:0.3-1.3um:包括全部可見(jiàn)光、部分紫外和攝影紅外波段。是攝影成像的最佳波段，也是掃描成像的常用波段。應(yīng)用范圍廣，如Landsat衛(wèi)星的TM的1.4波段，SPOT衛(wèi)星的HRV波段。屬地物的反射光譜，透射率達(dá)到90%以上。1.5- 2.5um:近紅外波段。屬地物反射光譜，只能用光譜儀和掃描儀記錄地物的電磁波信息，白天強(qiáng)光

13、照射下掃描成像。在波段（1.5-1.75um）和波段（2.1-2.4um），透射率接近80%，如TM（1.5-1.75um）和（2.08-2.35um）波段的影響可以用以探測(cè)植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖等。3.5- 5.5um:中紅外波段，白天或黑夜都可用，掃描方式成像。該波段除了反射外，地面物體也可以自身發(fā)射熱輻射能量，如NOAA衛(wèi)星的AVHRR傳感器用3.55-3.93um探測(cè)海洋溫度、獲得晝夜云圖。8-14um:遠(yuǎn)紅外（熱紅外）波段，屬熱輻射波段范圍內(nèi)，采用掃描或紅外輻射計(jì)檢測(cè)，白天、黑夜都能成像。由于O3、水汽、CO2的影響，透射率僅約為60-70%0.8-2.5cm:屬微波段，

14、不受大氣干擾，透射率可達(dá)到100%。采用雷達(dá)成像或微波輻射計(jì)檢測(cè)，可全天候工作。5、什么是地物的波譜特性？水、植被、土壤、雪的反射光譜各有哪些特點(diǎn)？自然界任何地物都有其自身特有的電磁輻射規(guī)律，都具有吸收和反射一定波長(zhǎng)電磁波（紫外線、可見(jiàn)光、紅外線和微波）的特性；又具有發(fā)射某些紅外線、微波的特性；少數(shù)地物還具有投射某些波長(zhǎng)電磁波的特性。各種地物由于組成物質(zhì)的分子、原子性質(zhì)和結(jié)構(gòu)規(guī)模不同，因而對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波反射、發(fā)射及透射本領(lǐng)也有差異。這種地物反射、發(fā)射及透射電磁波的本領(lǐng)隨入射波長(zhǎng)改變而改變的特性稱(chēng)為地物的光（波）譜特性。波普信息是一切其它遙感信息的基礎(chǔ)。水體的波譜特征（清潔的深水）:反射率在

15、各波段內(nèi)都低（一般在3%左右），在可見(jiàn)光部分為4-5%,在0.6um初降至2-3%,到0.75um以后的近紅外波段，水成了全吸收體。植物的波譜特征:不同種類(lèi)的植物均具有類(lèi)似的反射波普曲線可見(jiàn)光區(qū)域，由于葉綠素的強(qiáng)烈吸收，植物的反射、透射率均低，僅在0.55um附近有一10-20%的反射峰而呈綠色。近紅外區(qū)域，在0.7-1.3um之間形成50-60%的強(qiáng)反射峰，由于不同種植物的葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異大，不同種植物的反射率在該波段具有最大的差值，故是區(qū)分植物種類(lèi)的最佳波段。1.45um、1.95um、2.7um為中心得三個(gè)吸收帶，這三個(gè)吸收帶之間有兩個(gè)較強(qiáng)的反射峰（1.65um及2.2um）。土壤的波譜特征:反射率:與土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、氧化含量和含水量及鹽份等因素有關(guān)；粉沙砂土腐殖土。反射光譜曲線由可見(jiàn)光到