高等地球化学讲课
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地球化学课件5
元素在地壳中的分布
阐述元素在地壳中的丰度、分布特征及其与地质构造、岩石类型 等因素的关系。
元素在地球各圈层中的迁移
分析元素在大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的迁移途径和影响 因素。
元素迁移的地球化学过程
探讨元素迁移的主要地球化学过程，如溶解、沉淀、吸附、解吸、 氧化、还原等。
Hale Waihona Puke 元素存在形式及转化机制利用放射性同位素衰变规 律测定地质体年龄。
稳定同位素年代学
利用稳定同位素分馏原理 研究古气候、古环境等。
应用实例
测定岩石、矿物、化石等 地质体年龄，研究地球历 史与演化；分析古气候、 古环境变化，揭示地球环
境演变规律。
同位素示踪技术在环境科学中应用
大气环境示踪
利用同位素技术研究大气污染物的来源、 迁移转化和归宿。
运用色谱法、质谱法等有机分析技术，研 究样品中有机质的组成、结构和地球化学 行为。
数据处理与解释方法
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
数据整理与统计
对实验数据进行整理、 分类和统计，计算元素 的平均值、标准差、变 异系数等统计参数，了 解元素的空间分布和变 化特征。
数据可视化
利用GIS技术、地球化 学图件编制等方法，将 实验数据以图形、图像 等形式展现出来，直观 地反映元素的空间分布 规律和地球化学异常。
实验室分析测试技术
样品前处理
元素含量测定
对采集的样品进行破碎、研磨、过筛等前 处理，以满足不同测试方法的要求。
采用原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、 电感耦合等离子体发射光谱法等方法，准 确测定样品中元素的含量。
同位素分析
有机地球化学分析
利用质谱法、中子活化法等手段，测定样 品中同位素的组成和比值，为地球化学示 踪和年代学研究提供重要依据。
地球化学讲义第二章
Si↓↓++ Si Si ↓ ↓ ↓ +
架状： Al ↓ ↓ + Si ↓ ↓ ++ Al 链状： Al ↓ ↓ + Si ↓ ↓ ↓ + ： 如何代换？岛状： Si ↓ ↓ ↓ ↓ Si与Al不能代 换 ：
Al ↓ ↓ +
（ ↓ 共价电子对，+自由电子） Al—O(1.7Å)与Si—O（1.61Å）其键长相差6%，两者间易发生代换。
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地 球 化 学
键性不同，彼此不能置换
Cu,Hg是亲硫元素，倾向于形成共价键 Na,Ca是亲氧元素，倾向于形成离子键
代换中，不同键性的相对关系接近，是代换的一个重 要条件。
自然界中: Si(Si4+ ,0.39Å), Al(Al3+,0.57Å)代换十分普遍 铝硅酸盐
地 球 化 学
一、自然界元素结合的类型及特点
自然界元素结合分两种： 同种或性质相似元素的结合--非极性键，一般形成共价键； 异种元素结合--极性键，一般形成离子键。 自然界元素结合特点： 多键性和过渡性； 自然界形成的化合物（矿物）都是不纯的，每一种矿物 都构成一个成分复杂、含量变化的混合物系列
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第二章 自然体系中元 素 共 生 结 合 规 律
地 球 化 学
本章内容
自然界元素结合的类型及特点 元素的地球化学亲和性 类质同象代换及微量元素共生结合 规律 晶体场理论在解释过渡族元素结合 规律上的应用
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地球化学ppt课件
研究对象
地球及其子系统中的化学元素、同位素及其化合物，以 及它们之间的相互作用和演化关系。
地球化学元素与同位素
01 元素
自然界中由相同核电荷数（质子数）的原子组成 的单质或化合物。
02 同位素
具有相同质子数和不同中子数的同一元素的不同 原子。
03 元素与同位素在地球化学中的应用
通过元素与同位素的分布、分配、迁移和转化研 究地球各圈层之间的相互作用和演化关系。
05
地球化学在灾害防治中应用
地震预测预报中地球化学方法
01
02
03
地球化学异常识别
通过监测地震前后地下水 中化学成分的变化，识别 与地震有关的地球化学异 常。
异常成因分析
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
油气资源勘查中地球化学方法
油气地球化学勘探
通过分析地表土壤、岩石、水等介质 中烃类气体和轻烃等油气相关化合物 的含量和分布特征，推断地下油气藏 的存在和分布范围。
油气成因与演化研究
油气资源评价
综合地球化学、地质、地球物理等多 学科信息，对油气资源潜力进行评价 和预测。
利用地球化学方法分析油气成因类型、 成熟度、运移路径等，揭示油气藏的 形成和演化过程。
元素及同位素分析技术
元素分析
利用光谱、质谱等分析技术，对样品中的元素含量进行测定。常用的元素分析方法包括原子吸 收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。
同位素分析
通过测定样品中同位素的丰度比，研究地球化学过程和物质来源。同位素分析方法包括质谱法、 中子活化法等。
地球及其子系统中的化学元素、同位素及其化合物，以 及它们之间的相互作用和演化关系。
地球化学元素与同位素
01 元素
自然界中由相同核电荷数（质子数）的原子组成 的单质或化合物。
02 同位素
具有相同质子数和不同中子数的同一元素的不同 原子。
03 元素与同位素在地球化学中的应用
通过元素与同位素的分布、分配、迁移和转化研 究地球各圈层之间的相互作用和演化关系。
05
地球化学在灾害防治中应用
地震预测预报中地球化学方法
01
02
03
地球化学异常识别
通过监测地震前后地下水 中化学成分的变化，识别 与地震有关的地球化学异 常。
异常成因分析
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
油气资源勘查中地球化学方法
油气地球化学勘探
通过分析地表土壤、岩石、水等介质 中烃类气体和轻烃等油气相关化合物 的含量和分布特征，推断地下油气藏 的存在和分布范围。
油气成因与演化研究
油气资源评价
综合地球化学、地质、地球物理等多 学科信息，对油气资源潜力进行评价 和预测。
利用地球化学方法分析油气成因类型、 成熟度、运移路径等，揭示油气藏的 形成和演化过程。
元素及同位素分析技术
元素分析
利用光谱、质谱等分析技术，对样品中的元素含量进行测定。常用的元素分析方法包括原子吸 收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。
同位素分析
通过测定样品中同位素的丰度比，研究地球化学过程和物质来源。同位素分析方法包括质谱法、 中子活化法等。
地球化学讲义第一章
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由表可知:
地 球 化 学
对于这样的数据我们应有一个正确的的评价: 首先这是一种估计值,是反映目前人类对太阳系的认识 水平,这个估计值不可能是很精确的,随着人们对太阳系以 至于宇宙体系的探索的不断深入,这个估计值会不断的修正; 它反映了元素在太阳系分布的总体规律,虽然还是很粗 略的,但从总的方面来看,它反映了元素在太阳系分布的总 体规律. 如果我们把太阳系元素丰度的各种数值先取对数,随后 对应其原子序数作出曲线图(如下图)时,我们会发现太阳 系元素丰度具有以下规律:
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地 球 化 学
2.陨石的平均化学成分
要计算陨石的平均化学成分必须要解决两个问题:首先要了 解各类陨石的平均化学成分;其次要统计各类陨石的比例.各 学者采用的方法不一致.(V.M.Goldschmidt 采用硅酸盐:镍铁:陨硫铁=10:2:1).陨石的平均化学成分计算结果如下:
宇航员
月球车
火星车
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地 球 化 学
太阳系景观
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地 球 化 学
(二) 陨石的化学成分
陨石是从星际空间降落到地球表面上来的行星物体的碎片.陨石 是空间化学研究的重要对象,具有重要的研究意义: ① 它是认识宇宙天体,行星的成分,性质及其演化的最易获取, 数量最大的地外物质; ② 也是认识地球的组成,内部构造和起源的主要资料来源; ③ 陨石中的60多种有机化合物是非生物合成的"前生物物质", 对探索生命前期的化学演化开拓了新的途径; ④ 可作为某些元素和同位素的标准样品(稀土元素,铅,硫同位 素).
地球化学讲义 Lecture2
2017年2月16日元素的丰度和性质第一节：元素的性质课程提要：各种角度的元素周期表；化学键－chemical bonding；元素的性质与分类；同位素－稳定的，放射性的元素周期表：要掌握元素周期表常见元素（前四排以及一些地球化学意义重要的元素）的英文拼写和发音(Hydrogen, Helium, Lithium, Beryllium)，非常有助于我们和国际同行交流。
我们今天将会以元素周期表为基础，系统讨论元素的地球化学性质。
一个常用来衡量元素化学性质的参数是电负性，指的是元素获得电子的能力。
电负性越强，越强容易形成阴离子，越弱越容易形成阳离子。
原子的外层电子排布：围绕原子核的电子排布系统变化，最外层电子决定原子间的化学性质，特别是化学键。
要了解元素的化学性质，需要知道元素在周期表中的位置，能够给出电子层排布。
我们常见的主要元素用黄色标出，它们都在前四排，其它元素在岩石中的含量通常低于1000ppm。
为什么过渡族中接近的元素化学性质相似？例如，第四周期的过渡中元素（ Fe, Co, Ni)的电子排布方式是[Ne]3s23p63d i4S2, 而它们的二价离子都是丢失了4s轨道的两个电子，电子排布都是Ne]3s23p63d i。
这些元素只在3d轨道的电子数上有差别，最外层都是一样的4s壳层，这就是它们化学性质相似的原因。
镧系元素容易失去两个6s电子和一个5d电子或失去两个6s电子和一个4f电子，所以一般能形成稳定的+3价。
元素的第一电离能在周期表中的变化。
电离能越低，越容易被离子化。
对同位素质谱分析的意义？离子半径在元素周期表内有规律的变化，离子半径对理解元素的性质至关重要。
一般来说从上到下，离子半径增加。
从左到右，离子半径减小，原因是什么？同一个离子，配位数越大，离子半径越大。
镧系收缩的原因是什么？为什么Cu+、Ag+和Au+的半径比其左邻大很多？常用的离子半径数据可以从Shannon 1976的文章中得到。
(2024年)地球化学课件5
研究对象
地球及其子系统中的化学元素，包括常量元素、微量元素和痕量元素。
2024/3/26
4
地球化学元素及其分布
01
常量元素
构成地球岩石圈的主要元素， 如氧、硅、铝、铁、钙、钠、
钾、镁等。
2024/3/26
02
微量元素
在地球岩石圈中含量较低，但 对地球化学过程有重要影响的 元素，如铜、锌、铅、钴、镍
环境问题
资源开发过程中可能产生的环境问题包括土壤污染、水污染、大气污染和生态破 坏等。
治理措施
针对不同类型的环境问题，采取相应的治理措施，如土壤修复、污水处理、大气 治理和生态恢复等。同时，加强环境监管和法律法规建设，提高资源开发企业的 环保意识和社会责任感。
25
未来发展趋势预测
2024/3/26
生物作用
水体中的生物通过新陈代谢作用， 吸收、转化和释放化学物质，影响 水体的化学成分。
13
水资源评价与保护
01
水质评价
通过对水体中各种化学物质的 含量和性质进行分析和评价， 了解水体的污染程度和水质状
况。
02
水量评价
通过对河流、湖泊、水库等水 体的水量进行测量和分析，评 估水资源的丰富程度和可利用
地球化学填图
通过区域性的地球化学调查，编 制地球化学图，反映元素或化合 物在地质体中的分布、分配和富 集规律，为资源勘查提供基础资
料。
指示元素法
利用某些元素或元素组合与特定 资源类型之间的相关性，通过寻 找这些指示元素来预测资源分布
。
2024/3/26
24
资源开发利用过程中环境问题及治理措施
2024/3/26
等。
03
痕量元素
地球及其子系统中的化学元素，包括常量元素、微量元素和痕量元素。
2024/3/26
4
地球化学元素及其分布
01
常量元素
构成地球岩石圈的主要元素， 如氧、硅、铝、铁、钙、钠、
钾、镁等。
2024/3/26
02
微量元素
在地球岩石圈中含量较低，但 对地球化学过程有重要影响的 元素，如铜、锌、铅、钴、镍
环境问题
资源开发过程中可能产生的环境问题包括土壤污染、水污染、大气污染和生态破 坏等。
治理措施
针对不同类型的环境问题，采取相应的治理措施，如土壤修复、污水处理、大气 治理和生态恢复等。同时，加强环境监管和法律法规建设，提高资源开发企业的 环保意识和社会责任感。
25
未来发展趋势预测
2024/3/26
生物作用
水体中的生物通过新陈代谢作用， 吸收、转化和释放化学物质，影响 水体的化学成分。
13
水资源评价与保护
01
水质评价
通过对水体中各种化学物质的 含量和性质进行分析和评价， 了解水体的污染程度和水质状
况。
02
水量评价
通过对河流、湖泊、水库等水 体的水量进行测量和分析，评 估水资源的丰富程度和可利用
地球化学填图
通过区域性的地球化学调查，编 制地球化学图，反映元素或化合 物在地质体中的分布、分配和富 集规律，为资源勘查提供基础资
料。
指示元素法
利用某些元素或元素组合与特定 资源类型之间的相关性，通过寻 找这些指示元素来预测资源分布
。
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24
资源开发利用过程中环境问题及治理措施
2024/3/26
等。
03
痕量元素
地球化学-东华理工大学地球化学课件3 - TJH-PPT精品文档
（2）通过对大区域出露的不同岩石进行系统取样 和分析.
在区域内采集不同时代的不同类型岩石的代表性 样品，对所获得的样品进行分析测试，然后按照各 类岩石在区域内所占的比例，求出该区域的元素丰 度。
世界上迄今为止只有加拿大地盾和中国东部两 个地区。 优点：1、是上地壳元素丰度研究的最可靠办法；2、 可以同时研究所有主量元素和微量元素的唯一方法。
2）泰勒和麦克伦南（Taylor和McLennan,1985）提出 细粒碎屑沉积岩，特别是泥质岩，可作为源岩出露区上 地壳岩石的天然混合样品，用后太古宙页岩平均值扣除 20%计算上部陆壳元素丰度。
（3）细粒碎屑沉积岩法
缺点：不能给出大陆上地壳主量元素的丰度，对微量元 素的研究也仅限于不溶元素和中等程度的不溶元素。
第三章
地球的化学组成
本章内容
1、地球的结构 2、大陆地壳的结构和组成特征 3、大洋地壳 4、地壳的元素丰度 5、地幔的组成 6、地核的组成 7、地球外部圈层的组成 8、地球的化学组成
1、地球的结构
地震横波：在固态中传播，在液态中不能传播。传播速度慢。 地震纵波：在固态、液态中均可以传播，传播速度快。
人们已获得对大陆地壳研究的认识
1. 大多数地区地壳由上、中、下地壳三层组成。 2. 随深度增加，温度和压力增大，变质程度升高，因此不 同深度的岩石对应不同的变质相。 上地壳：未变质相至绿片岩相岩石和花岗岩侵入体组成 （花岗质）
中地壳：英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长质片麻岩为主 的角闪岩相岩石组成（英云闪长质）
鉴别大陆地壳剖面的标志为（Fountain and Salisbury, 1981）:
（4）地表出露的被确认为下地壳的岩石可直接延伸至地壳深部。 根据地震波速与岩石类型和化学成分之间的关系，可由地震测深 结构推测深部岩石组成。
第11讲地球化学课件
第11页/共43页
第二节:人体中元素的分布
• 毒性元素
对生物有毒性而无生物功能的元素。该类元素又可分为两类：
• 毒性元素 ：Cd、Ge、Sb、Te、Hg、Pb、Ga、In、As、Sn、Li，这些毒性元素 是指它们对生物体无有益作用，而只有毒性。
• 潜在毒性和放射性元素：Be、Tl、Th、U、Po、Ra、Sr、Ba。
第一节: 人体与地球化学环境的关系
环境地球化学 第1页
人体血液和地壳中元素含量的相关性
第2页/共43页
环境地球化学 第2页
宏量元素 O氧 C碳 H氢 N氮 Ca 钙 P磷 K钾 S硫 Na 钠 Cl 氯 Mg 镁 Fe 铁
总计
人体化学元素组成
Wt／％ 65.9 18.0 10.0 3.0 2.0 1.0 0.35 0.25 0.15 0.15 0.05 0.004
环境地球化学 第22页
Be为75％；Mg为70％；U为65.5％；Li为50％；Mn
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第二节:人体中元素的分布
• 牙齿中的元素
多由Ca、P、F、Si、V等元素组成 。
• 毛发中的元素
由Si、Ni、As、Zn、F、Fe、Ti等组成。
• 肌肉中的元素
Zn、Cu、Ca、Mg、V、Se、Br等元素，它们在肌肉中的量占人体总量的 百分数为；Zn为65.2％；Br为60％；Se为38.3％；Cu为34.7％。
• 生命必需元素
这类元素是生命必须的微量元素，它们是人体维持正常机能所必需的元素Fe、Cu、 Zn、Mn、Co、I、Mo、Se、F、Cr、V、Ni、Br，约占人体重量的0.025％，它们 虽然在人体内含量甚微，但在人类生命过程中起着重要作用，这些元素在人体中的不足 或过剩都会影响到人的健康，甚至危及生命。
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根据传感器类型及空间分辨率大致可以分为四类： 1）低分辩率的光学遥感： Landsat 2）中分辩率的光学遥感： SPOT、IRS 3）高分辩率的光学遥感： ikonos 、QuickBird、Pleiades 4）合成孔径雷达： EnviSat、RadarSat
CO2
• • • • • 主要观测卫星 AIRS( EOS aqua卫星) IASI( METOP卫星) TANSO( GOSAT卫星) OCO
遥感技术系统--传感器
遥感技术系统--传感器
3、遥感数据分辨率 空间分辨率：指像素所代表的地物范围大小，即传感器瞬时视场内所观 察到的地面物体的大小。
波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小波谱分辨率越高。
辐射分辨率：传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变 化量。在可见、近红外波段用噪声等效反射率表示，在热红外波段用噪 声等效温差、最小可探测温差和最小可分辨温差表示。大气红外探测（AIRS）数据的主要技术指标表
• AIRS(大气红外探测仪)提供对陆地、海洋和大气的红外光谱数据，主 要应用于探测大气温湿度，以推动全球气候研究和天气预报的进展。 其拥有2378个连续红外光谱通道（3.7-15.4μm），所提供的高光谱 高精度大气温湿度资料及云、地表、臭氧等参数资料。 • 它极大地提高了对流层温度廓线测量准确度及大气湿度测量准确度， 使1公里对流层温度准确度达到1K，在晴空或部分云覆盖条件下大气 湿度廓线准确度达到10％，同时使地表温度反演的平均准确度达到 0.5K。 • 随Aqua卫星一日过境两次，AIRS可提供地球上每一点白天/夜间的大 气三维结构数据。
遥感的主要分类
按遥感平台分（装载传感器的运载工具） 地面遥感：传感器装载在地面上，如：车载、手提、固定或活动高架平台； 航空遥感：传感器装载在航空器上（ 80Km以下），如：飞机、飞艇、 气球等； 航天遥感：传感器装载在航天器上（ 80Km以上），如：以人造地球卫 星为主体、包括载人飞船、航天飞机、太空站等。
时间分辨率：是指在同一区域进行的相邻两次遥感观测的最小时间间隔。 对轨道卫星，亦称覆盖周期。 4、传感器的重要发展趋势主要有： 1）更高分辨率传感器 2）更精细的光谱分辨率传感器 3）多波段、多极化、多模式合成孔径卫星雷达传感器 4）可进行立体观测和测量的传感器
遥感技术系统--地球资源卫星
主要的陆地资源卫星有： 1）美国的Landsat、ikonos 、QuickBird、WorldView、GeoEye 2）法国的SPOT、Pleiades 3）欧空局的ERS、EnviSat 4）日本的JERS、ALOS 5）印度的IRS 6）加拿大的RadarSat 7）俄罗斯钻石卫星ALMAZ、Resurs DK 8）中巴地球资源卫星CBERS
按传感器的探测波段分 紫外遥感：探测波段在0.05~0.38μ m之间； 可见光遥感：探测波段在0.38~0.76μ m之间； 红外遥感：探测波段在0.76~1000μ m之间； 微波遥感：探测波段在1mm~10m之间。
遥感的基本概念
按传感器的工作方式分 主动遥感：有探测器主动发射一定电磁波能量并接受目标的后向散射信号； 被动遥感：传感器仅接收目标物体的自身发射和对自然辐射源的反射能量。
EOS卫星
TERRA AQUA AURA 发射时间 1999年12月18日 2002年5月4日 2004年7月15日 运载火箭 ATLAS IIAS DELTA CLASS DELTA CLASS 轨道高度 太阳同步，705公里 太阳同步，705公里 太阳同步，705公里 轨道周期 98.8分钟 98.8分钟 98.8分钟 过境时间 上午10：30 下午1:30 下午1:30 地面重复周期 16天 16天 16天 重量 5190公斤 2934公斤 3000公斤 展开前体积 3.5米*3.5米*6.8米 2.68米*2.49米*6.49米 2.7米*2.28米*6.91米 MODIS、MISR、 AIRS、AMSU－ A、 HIRDLS、MLS、OMI、 CERES、MOPITT、 CERES、MODIS、HSB、 星载传感器名称 TES ASTER AMSR-E 遥测 数据下行 总供电功率 卫星设计寿命 S波段 X波段 3000瓦 5年 S波段 X波段 4860瓦 6年 S波段 X波段 4600瓦 6年
遥感的基本概念
紫外、可见光和近红外波段0.3~1.3μm：这一波段是摄影成像的最佳波段，也 是许多卫星遥感器扫描成像的常用波段； 近红外和中红外波段（1.5~1.8μm，2.0~3.5μm）：该波段在白天日照条件好 的时候扫描成像常用这些波段。 中红外波段（3.5~5.5μm）：该波段物体的热辐射较强。这一区间除了地面物 体反射太阳辐射外，地面物体自身也有长波辐射。 热红外波段（8~14μm）：主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量 探测目标的地物温度。 微波波段（0.8~100cm）：由于微波具有穿云透雾的特性，因此具有全天候、 全天时的工作特点。而且由前面的被动遥感波段过渡到微波的主动遥感波段。
4. 信息处理：地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，记录在高密度的磁介质上， 并进行一系列处理，如信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等，再转换为用 户使用的通用数据格式，或转换为模拟信号记录在胶片上，才能被用户使用。
5. 信息应用：遥感获取信息的目的是应用，不同专业、不同应用目的都需要进行大量 的信息分析和处理。
AIRS全球对流层平均CO2分布
AIRS中国地区对流层平均CO2分布
TANSO
• 搭载于由日本的环境署(MOE)、日本宇宙航空研究开发机构( JAXA)和日本环 境研究所( N I ES ) 联合研制的一颗名为温室气体观测卫星(Green house Gases Observing Satellite,GOSat )。高度666km，覆盖从0.75~14.3 μm波段 的大气光谱 温室气体观测卫星(GOSAT)是世界上第一颗用于测量二氧化碳和甲烷两种主 要的温室气体的浓度的航天卫星 与OCO一样，是专用的温室气体探测器。精度为1~4ppm，空间分辨率达到 500m
遥感物理基础
2、大气窗口与可遥感波段 •从理论上讲，对整个电磁波波段都可以进行遥感。但大气中的大气分子和气 溶胶粒子会使电磁波被吸收和散射。 •由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作 用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同，通常把受到大气衰减作用较轻、 透射率较高的波段称为大气窗口。 •由于这种透过率的限制，并不是每个电磁辐射波段都可以用于遥感目的。 •受大气窗口和目前技术水平限制，目前只能在有限的几个波段上进行遥感， 其中最重要的波段为可见光、近红外波段、中红外、热红外波段、微波波段等。
三、遥感物理基础
遥感物理基础
1、电磁波与电磁波谱:
电磁波主要有4个量：
•频率、波长：对应着遥感的电磁波波段。 •传播方向：在遥感系统中也起着重要作用，主要是涉及到辐射源、地物和遥感平台间 三者的位置关系。 •振幅的平方就是强度，对应着遥感影像中的强度、亮度。 •偏振：在微波遥感中，偏振被称为极化，对于雷达，考虑到发射和接收各有水平和垂 直极化两种选择，共有4种组合，极化是微波遥感中的一个重要参数。
3、信息传输与记录（信息接收）
4、信息处理 5、信息应用
遥感系统五大部分示意图
1. 目标物电磁波特性：任何目标物体都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥 感探测的依据。 2. 信息获取：接受、记录目标物体电磁波特征的仪器，称为传感器或遥感器。如：雷 达、扫描仪、摄影机、辐射计等。
3.信息传输与记录：传感器接受目标地物的电磁波信息，记录在数字磁介质或者胶片上。 胶片由人或回收舱送至地面回收，而数字介质上记录的信息则通过卫星上微波天线输送 到地面卫星接收站。
3、地物波谱特性 •地物波谱特性：地面各种物体所具有的辐射、吸收、反射和透射能力随波长 而变化的电磁波特性 •反射光谱曲线：地物反射率随波长是变化的，以波长为横坐标，反射率为纵 坐标，将地物反射率随波长的变化绘制成曲线，叫地物的反射光谱曲线。 •在紫外、可见光、近红外波段，主要反射太阳的辐射，遥感信息所反映的主 要是地物的反射率。 •地物反射率除了反映地物固有的性质之外，更主要的是有方向性，与辐射源 所处的方位以及遥感器的方位都有关。
按遥感应用领域分
外层空间遥感 大气层遥感
陆地遥感
海洋遥感
遥感的基本概念
•遥感特性
1）空间特性：视域范围大，具有宏观特性； 2）光谱特性：探测波段从可见光向两侧延伸，扩大了地物特性的研究范 围； 3）时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测； •遥感技术特点 1）大面积同步观测，覆盖面广； 2）获取信息的速度快、周期短、成本低； 3）时效性强，可以在短时间内对同一地区进行重复观测； 4）信息客观、真实，数据的综合性和可比性好。 5）获取信息受条件限制少，不受地面条件限制。 6）获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不 同波段和遥感仪器来获取信息。
AIRS
• EOS（Earth Observation System）是美国地球观测系统计划 中一系列卫星的简称。它是一个用一系列低轨道卫星对地球进 行连续综合观测的计划。 • 它的主要目的是： • 实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地 进行综合观测，获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统 等信息； • 进行土地利用和土地覆盖研究、气候的季节和年际变化研究、 自然灾害监测和分析研究、长期气候变率和变化以及大气臭氧 变化研究等； • 进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究的总体目标 。
• 不定组分：即由自然因素和人为因素形成的气态物质和悬 浮颗粒。 成分的关系为： • 恒定组分 + 可变组分 = 纯净大气 • 纯净大气 － H2O = 干洁大气
二、遥感基本概念
遥感(Remote Sensing)基本概念
•广义：泛指各种非直接接触的、远距离探测目标的技术。 •实际工作中，重力、磁力、声波、机械波等的探测被划为物理探测的范畴，只有电磁波 探测属于遥感的范畴。 •定义：不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物电磁波信息，经过对信 息的处理，判别出目标地物的属性。 •根据遥感的定义，遥感系统包括五大部分： 1、被测目标信息（电磁波）特征 2、信息获取
CO2
• • • • • 主要观测卫星 AIRS( EOS aqua卫星) IASI( METOP卫星) TANSO( GOSAT卫星) OCO
遥感技术系统--传感器
遥感技术系统--传感器
3、遥感数据分辨率 空间分辨率：指像素所代表的地物范围大小，即传感器瞬时视场内所观 察到的地面物体的大小。
波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小波谱分辨率越高。
辐射分辨率：传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变 化量。在可见、近红外波段用噪声等效反射率表示，在热红外波段用噪 声等效温差、最小可探测温差和最小可分辨温差表示。大气红外探测（AIRS）数据的主要技术指标表
• AIRS(大气红外探测仪)提供对陆地、海洋和大气的红外光谱数据，主 要应用于探测大气温湿度，以推动全球气候研究和天气预报的进展。 其拥有2378个连续红外光谱通道（3.7-15.4μm），所提供的高光谱 高精度大气温湿度资料及云、地表、臭氧等参数资料。 • 它极大地提高了对流层温度廓线测量准确度及大气湿度测量准确度， 使1公里对流层温度准确度达到1K，在晴空或部分云覆盖条件下大气 湿度廓线准确度达到10％，同时使地表温度反演的平均准确度达到 0.5K。 • 随Aqua卫星一日过境两次，AIRS可提供地球上每一点白天/夜间的大 气三维结构数据。
遥感的主要分类
按遥感平台分（装载传感器的运载工具） 地面遥感：传感器装载在地面上，如：车载、手提、固定或活动高架平台； 航空遥感：传感器装载在航空器上（ 80Km以下），如：飞机、飞艇、 气球等； 航天遥感：传感器装载在航天器上（ 80Km以上），如：以人造地球卫 星为主体、包括载人飞船、航天飞机、太空站等。
时间分辨率：是指在同一区域进行的相邻两次遥感观测的最小时间间隔。 对轨道卫星，亦称覆盖周期。 4、传感器的重要发展趋势主要有： 1）更高分辨率传感器 2）更精细的光谱分辨率传感器 3）多波段、多极化、多模式合成孔径卫星雷达传感器 4）可进行立体观测和测量的传感器
遥感技术系统--地球资源卫星
主要的陆地资源卫星有： 1）美国的Landsat、ikonos 、QuickBird、WorldView、GeoEye 2）法国的SPOT、Pleiades 3）欧空局的ERS、EnviSat 4）日本的JERS、ALOS 5）印度的IRS 6）加拿大的RadarSat 7）俄罗斯钻石卫星ALMAZ、Resurs DK 8）中巴地球资源卫星CBERS
按传感器的探测波段分 紫外遥感：探测波段在0.05~0.38μ m之间； 可见光遥感：探测波段在0.38~0.76μ m之间； 红外遥感：探测波段在0.76~1000μ m之间； 微波遥感：探测波段在1mm~10m之间。
遥感的基本概念
按传感器的工作方式分 主动遥感：有探测器主动发射一定电磁波能量并接受目标的后向散射信号； 被动遥感：传感器仅接收目标物体的自身发射和对自然辐射源的反射能量。
EOS卫星
TERRA AQUA AURA 发射时间 1999年12月18日 2002年5月4日 2004年7月15日 运载火箭 ATLAS IIAS DELTA CLASS DELTA CLASS 轨道高度 太阳同步，705公里 太阳同步，705公里 太阳同步，705公里 轨道周期 98.8分钟 98.8分钟 98.8分钟 过境时间 上午10：30 下午1:30 下午1:30 地面重复周期 16天 16天 16天 重量 5190公斤 2934公斤 3000公斤 展开前体积 3.5米*3.5米*6.8米 2.68米*2.49米*6.49米 2.7米*2.28米*6.91米 MODIS、MISR、 AIRS、AMSU－ A、 HIRDLS、MLS、OMI、 CERES、MOPITT、 CERES、MODIS、HSB、 星载传感器名称 TES ASTER AMSR-E 遥测 数据下行 总供电功率 卫星设计寿命 S波段 X波段 3000瓦 5年 S波段 X波段 4860瓦 6年 S波段 X波段 4600瓦 6年
遥感的基本概念
紫外、可见光和近红外波段0.3~1.3μm：这一波段是摄影成像的最佳波段，也 是许多卫星遥感器扫描成像的常用波段； 近红外和中红外波段（1.5~1.8μm，2.0~3.5μm）：该波段在白天日照条件好 的时候扫描成像常用这些波段。 中红外波段（3.5~5.5μm）：该波段物体的热辐射较强。这一区间除了地面物 体反射太阳辐射外，地面物体自身也有长波辐射。 热红外波段（8~14μm）：主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量 探测目标的地物温度。 微波波段（0.8~100cm）：由于微波具有穿云透雾的特性，因此具有全天候、 全天时的工作特点。而且由前面的被动遥感波段过渡到微波的主动遥感波段。
4. 信息处理：地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，记录在高密度的磁介质上， 并进行一系列处理，如信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等，再转换为用 户使用的通用数据格式，或转换为模拟信号记录在胶片上，才能被用户使用。
5. 信息应用：遥感获取信息的目的是应用，不同专业、不同应用目的都需要进行大量 的信息分析和处理。
AIRS全球对流层平均CO2分布
AIRS中国地区对流层平均CO2分布
TANSO
• 搭载于由日本的环境署(MOE)、日本宇宙航空研究开发机构( JAXA)和日本环 境研究所( N I ES ) 联合研制的一颗名为温室气体观测卫星(Green house Gases Observing Satellite,GOSat )。高度666km，覆盖从0.75~14.3 μm波段 的大气光谱 温室气体观测卫星(GOSAT)是世界上第一颗用于测量二氧化碳和甲烷两种主 要的温室气体的浓度的航天卫星 与OCO一样，是专用的温室气体探测器。精度为1~4ppm，空间分辨率达到 500m
遥感物理基础
2、大气窗口与可遥感波段 •从理论上讲，对整个电磁波波段都可以进行遥感。但大气中的大气分子和气 溶胶粒子会使电磁波被吸收和散射。 •由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作 用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同，通常把受到大气衰减作用较轻、 透射率较高的波段称为大气窗口。 •由于这种透过率的限制，并不是每个电磁辐射波段都可以用于遥感目的。 •受大气窗口和目前技术水平限制，目前只能在有限的几个波段上进行遥感， 其中最重要的波段为可见光、近红外波段、中红外、热红外波段、微波波段等。
三、遥感物理基础
遥感物理基础
1、电磁波与电磁波谱:
电磁波主要有4个量：
•频率、波长：对应着遥感的电磁波波段。 •传播方向：在遥感系统中也起着重要作用，主要是涉及到辐射源、地物和遥感平台间 三者的位置关系。 •振幅的平方就是强度，对应着遥感影像中的强度、亮度。 •偏振：在微波遥感中，偏振被称为极化，对于雷达，考虑到发射和接收各有水平和垂 直极化两种选择，共有4种组合，极化是微波遥感中的一个重要参数。
3、信息传输与记录（信息接收）
4、信息处理 5、信息应用
遥感系统五大部分示意图
1. 目标物电磁波特性：任何目标物体都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥 感探测的依据。 2. 信息获取：接受、记录目标物体电磁波特征的仪器，称为传感器或遥感器。如：雷 达、扫描仪、摄影机、辐射计等。
3.信息传输与记录：传感器接受目标地物的电磁波信息，记录在数字磁介质或者胶片上。 胶片由人或回收舱送至地面回收，而数字介质上记录的信息则通过卫星上微波天线输送 到地面卫星接收站。
3、地物波谱特性 •地物波谱特性：地面各种物体所具有的辐射、吸收、反射和透射能力随波长 而变化的电磁波特性 •反射光谱曲线：地物反射率随波长是变化的，以波长为横坐标，反射率为纵 坐标，将地物反射率随波长的变化绘制成曲线，叫地物的反射光谱曲线。 •在紫外、可见光、近红外波段，主要反射太阳的辐射，遥感信息所反映的主 要是地物的反射率。 •地物反射率除了反映地物固有的性质之外，更主要的是有方向性，与辐射源 所处的方位以及遥感器的方位都有关。
按遥感应用领域分
外层空间遥感 大气层遥感
陆地遥感
海洋遥感
遥感的基本概念
•遥感特性
1）空间特性：视域范围大，具有宏观特性； 2）光谱特性：探测波段从可见光向两侧延伸，扩大了地物特性的研究范 围； 3）时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测； •遥感技术特点 1）大面积同步观测，覆盖面广； 2）获取信息的速度快、周期短、成本低； 3）时效性强，可以在短时间内对同一地区进行重复观测； 4）信息客观、真实，数据的综合性和可比性好。 5）获取信息受条件限制少，不受地面条件限制。 6）获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不 同波段和遥感仪器来获取信息。
AIRS
• EOS（Earth Observation System）是美国地球观测系统计划 中一系列卫星的简称。它是一个用一系列低轨道卫星对地球进 行连续综合观测的计划。 • 它的主要目的是： • 实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地 进行综合观测，获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统 等信息； • 进行土地利用和土地覆盖研究、气候的季节和年际变化研究、 自然灾害监测和分析研究、长期气候变率和变化以及大气臭氧 变化研究等； • 进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究的总体目标 。
• 不定组分：即由自然因素和人为因素形成的气态物质和悬 浮颗粒。 成分的关系为： • 恒定组分 + 可变组分 = 纯净大气 • 纯净大气 － H2O = 干洁大气
二、遥感基本概念
遥感(Remote Sensing)基本概念
•广义：泛指各种非直接接触的、远距离探测目标的技术。 •实际工作中，重力、磁力、声波、机械波等的探测被划为物理探测的范畴，只有电磁波 探测属于遥感的范畴。 •定义：不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物电磁波信息，经过对信 息的处理，判别出目标地物的属性。 •根据遥感的定义，遥感系统包括五大部分： 1、被测目标信息（电磁波）特征 2、信息获取