第二章 电磁辐射与地物光谱特征

无选择性散射


发生条件：大气中的微粒直径远大于辐射波长 d >>λ，如 云雾。 散射强度与波长无关，即任何波长的反射强度相同。
？？？为什 么云雾呈白 色
5、大气窗口

概念：太阳辐射通过大气时，受到大气衰减作用较 轻、透射率较高的波段叫大气窗口。
大气窗口的主要波段有
大气窗口 紫外可见光 近红外 波段 0.3～1.3 μm 透射率/% ＞90 应用举例 TM1-4、SPOT的HRV TM5（可探测植物 含水量） TM7 NOAA的AVHRR(探测 海面温度） 60～70 100 TM6（夜间成像） Radarsat（全天候 全天时观测，不受 云雾天气影响）

4
对可见光，瑞利散射非常明显。而红外和微波 可认为几乎不受瑞利散射影响。
为什么无云的天空呈现蓝色？ 为什么早霞和夕阳呈现橘红色？
米氏散射



发生条件：d ≈λ，主要由于大气中的微粒如烟，尘 埃，小水滴和气溶胶引起。 米氏散射与波长的二次方成反比，且散射向前比向后 强。 主要发生在红外波段。
5、几种地物的发射光谱曲线
植被光谱曲线 土壤光谱曲线 水体光谱曲线 岩石光谱曲线
（1）植被反射波谱曲线
植被反射波谱曲线特点 1）在绿光附近有反射率波峰，两侧蓝光和红光附 近有两个吸收带。 2）在近红外波段有一反射的“陡坡”，近红外波 段的反射率比可见光大许多。 3）1.3～2.5um，受含水量的影响，反射率降低。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
主讲人 张利
河北农大国土学院
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
§1 电磁波谱与电磁辐射
§2
§3 §4
太阳辐射及大气对辐射的影响★
地球辐射及地物波谱★ 微波与地物的作用
§1 电磁波谱及电磁辐射
1、基本概念 （1）电磁波：电磁振荡在空间传播，就是电磁波。
（2）电磁波谱
按电磁波波长，依次排列制成的图表叫电磁波谱。
近红外
近-中红外 中红外 远红外 微波
1.5～1.8 μm
2.0～3.5 μm 3.5～5.5 μm 8～14 μm 0.8～2.5cm
80
80
§3太阳辐射与地物的作用

1、太阳辐射与地表的相互作用 太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部 分透射 地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。
2、地物的反射率

反射率（ρ）：地物的反射能量与入射总能量的 比，即ρ=(Pρ/ P 0)×100%。
(1)地物在不同波段的反射率是不同的。 (2)反射率与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关， 总小于1。 (3)反射率是可以测定的。 (4)反射率的大小在影像上表现为影像的色调不同。
反 射 率 高 …
5、测定地物反射光谱的作用

传感器波段选择、验证、评价的依据。


建立地面、航空和航天遥感数据的关系
将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析 并建立应用模型
6、地物反射率的测定
地物的测量值
V ( ) s ( ) Vs ( )
标准板测量值
标准板的反射率
标准板用近似朗伯体，如BaSO4，MgO等。
电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空 间。 星基本上没有影响。
大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对卫
2、大气成分
大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、水滴等组成。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 悬浮微粒：尘埃
3、大气的吸收作用

大气的吸收作用： 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成 太阳辐射的大气吸收带（如下表）。
O2吸收带 O3吸收带 <0.2μm，0.155 μm最强 0.2～0.36 μm，0.6 μm
0.5～0.9 μm , 0.95～2.85 μm，6.25 μm
1.35～2.85 μm, 2.7 μm,4.3 μm,14.5 μm
H2O吸收带
CO2吸收带
尘埃
吸收量很小
4、大气散射
（1）概念：太阳辐射在传播过程中由于大气微粒 而使传播方向改变，向各个方向散开，称为大气 散射。 （2）特点 1）只改变传播方向，不转变为内能。 2）大气的散射是太阳辐射衰减的主要 原因之一。 3）散射主要发生在可见光区。
（3）大气散射的类型
大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d <<λ 米氏散射：d ≈λ 非选择性散射：d >>λ
d：指大气微粒直径； λ—波长
瑞利散射

发生条件：（d <<λ）,主要是由大气中的分子 和原子引起的，如CO2, O2等。 瑞利散射的强度与波长的四次方成反比。


I 波长越长，散射越小。
植物光谱特征曲线与植物种类、季节、病虫害影响、 含水量多少等有关系
（2）土壤反射波谱曲线
（3）水体反射波谱曲线
1）对各色光反射率都较低， 反射主要在蓝绿波段。
2）近红外波段吸收较强，基 本无反射。 3）当水中含有其他物质时， 反射光谱曲线会发生变化。
（4）岩石反射波谱曲线
不同地物反射光谱曲线比较
§2 太阳辐射及大气对辐射的影响
1、太阳辐射
2、在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线
由太阳光谱曲线可以看出：

太阳光谱是连续光谱；
太阳辐射的能量主要集中在可见光，占太阳辐射 总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 µm左 右； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～ 3.0 µm波 段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；
太阳辐射经过大气层有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。


二、大气吸收
Hale Waihona Puke 1、大气结构从地面到大气上界，大气的结构分层为：
对流层： 7～12 km, 天气变化频繁，航空遥感 平流层：12～50 km，底部为同温层（航空遥感
活动层），
电离层：50～1 000 km，O2、N2受紫外线照射而
γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波
2、电磁波的性质
（1）描述电磁波特性的指标： 波长、频率、振幅、位相等 （2）电磁波的性质 ①横波； ②光速传播；满足f· λ=c； ③波粒二象性； ④与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等
3、常用的电磁波谱段



紫外线，0.01～0.38μm，对油污敏感，近紫外常用 可见光：0.38～0.76μm，光学摄影，多光谱摄影，扫描方 式 红外线：0.76～1000μm，近红外、中红外、远红外和超远 红外。 微波：1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾的影响。
反射 率低
IKONOS全色图像
3.地物的反射
物体的反射分为以下三种情况：


镜面反射(…) 漫反射(…) 不论入射方向如何，其反射出来的能量在各 个方向是一致的。 实际地物反射(…) 一般地物的反射近似漫反射，但各个方向反 射的能量大小不同。
4.地物的反射光谱
地物的反射光谱指地物反射率随波长变化的曲线。