气象卫星遥感大气的基本原理
简述遥感的基本原理及应用
简述遥感的基本原理及应用遥感是利用人造卫星、飞机、无人机或地面观测站等平台对地球表面进行观测和测量的技术。
遥感的基本原理是通过接收和记录地球表面反射和辐射的能量，并将其转化为电信号，进而提供地面信息和数据。
遥感技术主要应用于地质勘探、农业、气象、环境保护、城市规划等领域。
遥感的基本原理包括电磁波与物体相互作用、反射与辐射、传感器及数据的获取与处理等。
遥感利用电磁波来获取地面信息，电磁波通过空气、云、尘埃等自然界中的物质传播，当它与地球表面上的物体相互作用时，会发生反射、散射、吸收等过程。
利用这些过程，遥感技术可以测量并分析地球表面上的对象的光谱、热力学特性和形状等重要信息。
遥感的应用广泛，涵盖了很多领域。
在地质勘探方面，遥感可以帮助寻找地下资源，如石油、天然气和矿藏。
通过分析地质特征、土壤类型和植被覆盖等信息，可以确定矿区位置和资源储量。
在农业领域，遥感可以监测作物的生长状况、土壤湿度和病虫害等问题，提供精确的农作物管理和灾害预警信息。
在气象领域，遥感可以监测大气成分、云层和降水等，为气象预报和天气监测提供重要数据。
在环境保护方面，遥感可以检测森林覆盖变化、土地利用变化和水资源管理等问题，促进可持续发展和生态保护。
在城市规划方面，遥感可以提供城市发展和用地规划所需的数据，帮助城市规划师做出更科学的决策，在城市建设过程中提高效率和减少资源浪费。
遥感还有其他一些应用领域。
例如，遥感可以监测自然灾害，如洪水、地震、火灾等，及时提供救援和应急响应。
遥感还可以监测海洋和水质，了解海洋生态系统的变化和海洋资源的利用情况。
另外，遥感还可以用于考古学领域，帮助寻找古代文明的遗址和文化遗产等。
此外，遥感技术还可以用于导航和测绘等领域，提供高精度的地理数据。
总之，遥感技术的基本原理和应用十分重要和广泛。
通过利用遥感技术，可以获取地球表面的重要信息，提供决策支持和数据支持，促进各个领域的发展和进步。
同时，随着遥感技术的不断发展和创新，未来遥感技术的应用领域还将继续扩大，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
卫星监测大气原理
卫星监测大气原理卫星监测大气原理是利用卫星从太空中获取有关大气层的各种信息的一种技术方法。
卫星会通过测量大气层中的各种物理参数，如温度、湿度、气压、风速、云量等来监测大气的变化和演变过程，从而对大气的气候与气象状况进行分析和预测。
卫星监测大气的原理首先是利用卫星携带的遥感仪器来观测大气的光学、热学、电学等性质，并将其转换成电磁波信号。
然后，这些信号会通过卫星上的接收机传回地面的接收站，接收站将信号转化为可读取和分析的数据。
在卫星监测大气的过程中，主要采用的遥感技术包括：红外线遥感、微波遥感和紫外线遥感。
红外线遥感主要通过测量大气层放射和散射的红外线辐射来监测大气温度、湿度和云量等；微波遥感主要是通过测量大气层散射和吸收微波辐射来获取大气中的水汽含量和云量等信息；紫外线遥感则是通过测量大气层阻挡和散射的紫外线辐射来获取臭氧等特定气体的浓度。
卫星监测大气的原理是基于大气层各种物理参数与辐射的相互作用关系来实现的。
大气层中的不同气体对不同波长的辐射具有不同的吸收和散射特性，而这些特性又与气体的浓度和温度等因素相关联。
通过测量大气层中不同波长辐射的强度和特征，可以间接推断出大气层中的各种物理参数和气候状况。
卫星监测大气的数据主要通过卫星观测仪器的遥感能力来获取，这些仪器通常具有高分辨率、多频道、宽波段等特点，能够对大气层进行全天候、全时段的观测。
通过卫星获取的遥感数据可以进行数字处理、图像重建和数据分析等，从而揭示大气的结构、演变和变化趋势等。
卫星监测大气的原理在现代气象学和气候学中起着重要的作用。
通过卫星遥感技术，不仅可以获得大范围、高时空分辨率的大气观测数据，还能提供多种气象要素之间的相互关系和变化趋势分析。
这些数据对气象预报、气候变化研究、环境监测和灾害预警等方面都具有重要的应用价值。
卫星监测大气的原理是通过利用卫星上的遥感仪器观测大气辐射的吸收、散射和发射等特性，以推断大气层中的各种物理参数和气候状况。
气象卫星技术
气象卫星技术随着科技的不断进步，气象卫星技术在现代气象学中扮演着非常重要的角色。
气象卫星技术通过利用卫星对地球大气进行观测，提供了海量且准确的气象数据，并为气象预报、灾害预警等工作提供了可靠的支持。
本文将对气象卫星技术的原理、应用和发展前景进行探讨。
一、气象卫星技术的原理气象卫星技术基于遥感原理，通过搭载在卫星上的各类传感器对地球大气进行观测。
传感器可以探测可见光、红外线、微波等不同波段的辐射，将这些辐射信号转换为图像或数据传回地面。
这些传回的数据可以提供有关地球大气的温度、湿度、气压、云量、云高、降水等信息。
卫星传感器通过扫描或成像方法对地球大气进行遥感观测，其原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 接收辐射：卫星传感器接收来自地球表面和大气的辐射信号。
2. 辐射传输：辐射信号在大气中传输，被大气吸收、散射或反射。
3. 接收卫星信号：卫星传感器接收经过大气传输后的信号。
4. 数据处理：通过算法对接收到的信号进行处理，提取有用的气象信息。
5. 数据传输：将处理后的数据传回地面，供气象预报和科学研究使用。
二、气象卫星技术的应用气象卫星技术的应用范围非常广泛，主要体现在以下几个方面：1. 气象预报：气象卫星技术提供了海量的气象数据，可以用于分析和预测天气变化趋势。
通过对云量、降水、温度等数据的监测和分析，气象预报机构可以预测出未来数小时、数天甚至数周的天气情况，为社会各界提供准确的天气预报服务。
2. 灾害监测：气象卫星技术可用于监测台风、暴雨、干旱等气象灾害。
卫星传感器可以及时探测到这些灾害的形成和发展过程，为防灾减灾工作提供重要的信息支持。
同时，卫星图像还可以用于灾区的实时监测和评估，帮助相关部门做出及时合理的应对措施。
3. 气候研究：气象卫星技术对于研究地球气候变化具有重要意义。
通过长期观测和监测，科学家们可以获得大范围、连续的气象数据，并分析、验证气候变化模型。
这些数据和模型有助于了解气候系统的演变规律和影响因素，为制定应对气候变化的政策和措施提供科学依据。
遥感工作原理
遥感工作原理
遥感是指通过从遥远的地球表面或大气层上获取的能量来收集地球表面和大气层信息的一种科学技术。
遥感系统通常由传感器、数据传输和处理系统组成。
遥感工作原理主要是基于能量的电磁感应和辐射传输原理。
当太阳辐射照射到地球表面或大气层时，不同的物体和表面会对太阳能量进行吸收、散射和反射。
这些散射和反射的能量会通过传感器接收并传输到数据处理系统进行分析。
常用的遥感传感器根据所使用的能量波段可以分为光学传感器和微波传感器两类。
光学传感器通过接收可见光和红外辐射来获取地球表面信息。
可见光传感器获取的是物体的颜色、形状和纹理等信息，而红外传感器则可以探测物体的温度和热辐射特性。
微波传感器则利用微波信号的穿透能力，获取地球表面和大气层的信息。
微波在雾、云层以及一些地质层面上都有很好的穿透能力，可以获取地下水、地表土壤湿度等信息。
通过遥感技术可以获取到的地球表面和大气层信息包括地质结构、地表温度、气候变化、水资源等。
这些信息对于地质勘探、环境监测、灾害预警等应用具有重要意义。
需要注意的是遥感技术也有一些限制，例如受大气干扰、云层阻挡等影响，有时无法直接获取到所需的信息。
因此，遥感数
据的处理和分析也是遥感工作中不可或缺的一环。
通过数字图像处理、数据融合等技术，可以提高图像质量和信息提取的准确性。
卫星气象学气象卫星遥感大气的基本原理
? ? L ? 1
? 2?
L(? ,? )sin ? d? d?
4? 0 0
若辐射是轴对称的，则上式为
? 1
L?
?
L (? ) sin ? d ?
20
由L（n）=?3Q/?A?t?? =?2? /?A?? =?F/?? 式辐射通量 密度与辐射率的关系为
?? ?? ? 2? r
? 2? r
F ? ?0 ?0 L s cos? d? ? ?0 ?0 L s cos? sin? d? d?
? n= ?/n波在介质的波长。
n=（?r/? r）1/2介质折射指数。
?r 介电常数
? r导磁率。
▲ 关系： ?f=c
f=C/ ? ? =c/f ?=1/ ? =f/c
▲ 单位：1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）
= 106千赫（KHz ） = 109赫（Hz ） 1米=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（? m） =109纳米（nm）
f=（ EJ ? EI）/h 电磁辐射既有波动特性，也有粒子特性。
波长较长的可见、红外线波动性表现明显； 而波长较短的r、x射线，其粒子性表现明显。 电磁辐射在空间传播时，常显示出波动性质； 电磁辐射的吸收和发射时，显示出粒子的性质。
二.基本辐射量
▲ 辐射能（Q):指电磁波携带的能量或物体发射辐射的全部
辐射源在某一方向上单位立体角内的面积
的辐射通量。
I=?? /??
若各向同性则I=? /4?
单位:瓦/球面度（W/Sr）
▲ 辐射率（辐射亮度） (L)：在单位时间内通过 垂直面元法线方向上单位面积、单位立体角的辐 射能。
在垂直法线方向： L （n）=?3Q/?A?t?? =?2? /?A?? =?F/??
大气科学中的气象雷达与卫星遥感技术
大气科学中的气象雷达与卫星遥感技术气象雷达和卫星遥感技术是大气科学领域中非常重要的观测手段，它们能够提供关于大气状态和天气现象的信息，为我们预测天气变化和研究气候变化提供重要支持。
本文将介绍气象雷达和卫星遥感技术的原理、应用和发展趋势。
一、气象雷达技术气象雷达是一种利用雷达波束与大气中的液态和固态降水物质交互作用而形成的回波信号来探测降水和其他气象现象的仪器。
其工作原理是向大气中发射无线电波，当波束遇到大气中的液态或固态降水物质时，会被散射回雷达接收器，形成回波信号。
通过分析这些回波信号的强度、位置和时间等信息，可以判断降水类型、强度以及降水带的移动趋势。
在气象预报中，气象雷达能提供精确的降水信息，如降水类型（雨、雪、冰雹等）、降水强度以及降水带的范围和移动速度等。
这为大气科学研究人员提供了非常重要的数据基础。
气象雷达还能用于探测风暴、雷电和天气前沿等现象，为防灾减灾和天气预警提供重要依据。
目前，气象雷达技术已经取得了重大发展，从最初的反射式雷达到现代的多普勒雷达，以及双线偏振雷达等。
这些新技术提供了更高分辨率、更准确的数据，为研究天气现象和气候变化提供了更多细节。
二、卫星遥感技术卫星遥感技术是利用卫星传感器获取地球表面物理量和环境信息的技术。
通过卫星遥感，可以获取大气的温度、湿度、云量、云类型和水汽含量等参数。
同时，卫星遥感还能提供地表温度、植被覆盖、地表湿度等地表特征的数据，为气象研究和气候模式提供重要输入。
卫星遥感技术主要基于电磁波与物质相互作用的原理。
卫星发射的电磁波通过大气层到达地球表面，与地表物体发生散射、反射或吸收，再由卫星接收到达地面的反射或散射信号。
通过对这些信号进行分析，可以推断出地表特征和大气参数等信息。
在大气科学研究中，卫星遥感技术的应用非常广泛。
通过卫星遥感可以获取大范围的气象信息，如全球的云图、温度分布和海洋表面温度等。
这些数据为天气预报、气候监测和环境评估提供了基础数据。
气象卫星遥感测绘技术的基本原理与操作流程
气象卫星遥感测绘技术的基本原理与操作流程气象卫星遥感测绘技术是一项重要的技术手段，用于获取地球大气环境的相关数据。
它通过搭载在卫星上的遥感传感器，通过对地球表面的观测和测量，实现对气象信息的获取、分析和预测。
在气象预报、环境监测等方面发挥着重要作用。
下面将从基本原理和操作流程两个方面对气象卫星遥感测绘技术进行介绍。
一、基本原理气象卫星遥感测绘技术的基本原理是基于遥感测绘技术。
遥感是一种通过对目标进行间接观测和测量的手段，其主要依靠传感器接收目标辐射或散射的能量来实现。
而卫星遥感则是指通过卫星携带的遥感传感器对地球表面进行观测和测量。
卫星遥感测绘技术主要利用光学、热红外等传感器对大气和地表进行观测。
光学传感器主要利用可见光和红外光的传播特性，直接获取大气和地表的相关信息。
而热红外传感器则通过测量目标发射的红外辐射来获取温度和湿度等重要参数。
二、操作流程1. 卫星数据获取与预处理气象卫星遥感测绘技术的操作流程首先要获取卫星数据。
卫星数据主要通过地面接收站进行接收和存储。
接收站通过卫星的观测数据与全球定点数据进行交换，获取到所需的卫星数据。
获取到的卫星数据通常是原始数据，需要经过预处理。
预处理主要包括数据去噪、辐射校正、几何校正等步骤。
去噪是为了减少原始数据中的干扰信号，提高数据的可靠性。
辐射校正是为了将原始数据中的辐射值转换为较为准确的大气或地表参数。
几何校正则是将原始数据进行地理坐标转换和校正，将数据与地球表面上的地理位置相对应。
2. 数据处理与分析在完成数据的预处理后，接下来需要进行数据处理与分析。
这一步骤需要利用遥感图像处理软件进行。
数据处理与分析主要包括图像增强、图像分类和图像解译等。
图像增强是为了提高图像的质量和可读性，通常包括对比度增强、锐化、滤波等处理。
图像分类是将遥感图像中的目标按照相似性质进行分类，通常采用的方法有基于像元的分类和基于物体的分类。
图像解译是根据遥感图像的特征和专业知识，对图像中的目标进行解释和分析，以获取目标的相关信息。
气象学中的气象卫星遥感技术在气象预报中的应用
气象学中的气象卫星遥感技术在气象预报中的应用气象预报是为了预测未来某一地区天气情况而进行的科学活动。
随着科技的不断发展，气象卫星遥感技术在气象预报中的应用日益广泛。
本文将从气象卫星遥感技术的原理、在气象预报中的具体应用以及优势和挑战等方面进行论述。
一、气象卫星遥感技术的原理气象卫星遥感技术主要是利用人造气象卫星对地球表面进行观测，获取大气、云层和地表温度、湿度、风向等气象要素，进而为气象预报提供数据支持。
其原理主要包括以下几个方面：1. 电磁波传感：气象卫星利用搭载的遥感仪器，通过接收来自地球表面的电磁波辐射，利用电子设备将其转化为数字信号，再经过处理和解算得到气象要素的数据。
2. 频率选择：不同气象要素对应的辐射频率不同，通过选择合适的接收频率可以获取想要的气象数据，如红外频段可获得云层温度信息。
3. 成像技术：遥感卫星采用成像技术将获得的气象数据以图像的形式呈现，便于观测人员进行分析和解读。
二、气象卫星遥感技术在气象预报中的应用气象卫星遥感技术在气象预报中有着广泛的应用，具体体现在以下几个方面：1. 实时监测天气变化：卫星遥感技术能够实时获取大范围的气象信息，包括云层分布、降水情况等，实现对天气变化的实时监测。
这为气象预报员提供了重要的数据支撑，能够准确预测天气的变化趋势。
2. 风暴预警与监测：通过卫星遥感技术，可以实时监测到风暴的形成和发展情况。
卫星图像能够清晰展示降水带和云团的位置，预警系统能够根据这些信息提前发布警报，减少自然灾害的损失。
3. 气象灾害预警：卫星遥感技术还能够监测火山爆发、地震、台风等气象灾害的发生情况。
及时提供相关数据，帮助政府和救援队伍采取相应措施，保护人民的生命财产安全。
4. 气候变化研究：卫星遥感技术还可以帮助科学家们进行气候变化研究。
通过长期观测和收集数据，科学家们可以分析变暖、降雨量变化等现象，为制定相应的应对措施提供科学依据。
三、气象卫星遥感技术在气象预报中的优势与挑战气象卫星遥感技术在气象预报中具有多重优势，但也面临一些挑战。
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2、电磁波各参数的关系和使用单位
参数：
波长 f 频率 波数（单位长度内含有的波数，波长的倒数） c 光速=3108米/秒。
黑体：吸收能力和发射能力均为最大，对所有波长有 aλ =ε 灰体：对所有波长 aλ =ε aλ =ε
λ λ
1 1
选择性黑体：对某些波长
λ
=1
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第三章 气象卫星遥感大气的 基本原理
气象卫星遥感地球大气的温度、 湿度、云雨演变等气象要素,是通过 探测地球大气系统发射或反射的电磁 波而实现的。因此，电磁辐射是气象 卫星遥感的基础。
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普朗克定律
利用波长、频率和波数之间的关系，普朗克辐亮度公 式表示为
2c 2 h B (T ) 5 hc / kT (e 1)
2hf 3 B f (T ) 2 hf / kT c (e 1)
2c 2 h 3 B (T ) hc / kT e 1
普朗克函数将发射的单色强度与物质的温度和频率联 系起来；黑体的辐射强度随温度的升高而增大，但最大辐 射强度的波长却又随温度的升高而减小。
产 生 机 制 光谱区 波 长
1cm 31010
1m 3108
频 率 (Hz)
可见光
近红外
远红外 750 m
紫 蓝 青 绿 黄
0.40 0.43 0.45 0.50 0.57 0.60
橙
0.63
红
0.76微米
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▲
▲ Radiance(辐射率,辐亮度）：沿S方向传输
（1）辐射源表面dA其单位面积在单位时间内向S方向单 位立体角内发射的辐射能, 称为向： L（s）= L( ,) = 3Q/Atcos （2）辐射接收面dA其单位面积在单位时间内从S方向单 位立体角内接收的辐射能, 称为来自S方向的辐亮度： L（s）= L( ,) = 3Q/Atcos
M
e
5
c1
1
c2 T
1
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三. 辐射基本定律
▲
辐射体
黑体：指在任何温度、对任意方向和任意波长，其
吸收率（或发射率）都等于1的物体。a(λ )≡1 灰体：指其吸收率与波长无关，且为小于1的常数的
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基尔霍夫定律
记ε 是物体的比辐射率或发射率， aλ 是物体的吸收率。 在由辐射源与物体构成的热力平衡系统中，有
λ
ε λ= a λ
n n
s
dω d A’
s
dω’
dA
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如果辐射率与方向无关，则称各向同性, 这样的源称朗
伯源。
如果考虑整个空间，则对所有角求积分，再除以4， 就得平均的辐射率
1。通过测量最大单色辐射强度来确定黑体的温度。
2。注意λ
max与T呈反比。
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斯蒂芬-波尔兹曼定律 定义全谱段辐亮度：
B(T ) B (T )d
物理意义: 1、一物体在一定温度下发射某一波长的辐射，则该物体在同 一温度下吸收这种波长的辐射。 2、一个良好的吸收体，在同一温度下、相同波长处，也一定 是一个良好的发射体；反之亦然。
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辐射强度(I)：描述点光源的辐射特性。 定义:点辐射源在单位时间内向某一方向上 单位立体角内的辐射能量。 I=/=2Q/t 单位:瓦/球面度（W/Sr） 若各向同性则 I=/4
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黑体
▲
黑体----其辐射通量密度可用普朗克定律表示
2c 2 h M 5 hc / kT (e 1)
（wcቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-2m-1）
h是普朗克常数，等于6.626210-27尔格/秒
k是波尔兹曼常数，等于k=1.3806 10-16尔格/度
c是光速。 若用c1= 2π c2h, c2=hc/k, 上式可写为
▲
ε =M/M ε[0,1]之间。
由于辐射体发射的辐射随波长而变，所以发射率也是波长 的函数，写为ε ()。对于1~2 波长间隔的发射率为
2
1
( ) M ( )d
2
1
M ( )d
ε n：辐射表面法线方向的发射率
ε ：与辐射表面法线成角方向的发射率
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根据辐亮度的定义，接收面和/或发射面上的辐射通量 密度为
F
0
2
0
r r 2 L s cos d L s cos sin d d
/2
0
0
通常只考虑上半球空间，就得单面辐射通量密度
F
0
2
0
r L s cos sin d d
c =f 波在真空中的速度。
n= /n波在介质的波长。 V=f n 波在介质中的速度。
n=（r/r）1/2介质折射指数。r 介电常数, r导磁率。
关系： f=c
f=C/
=c/f
=1/ =f/c
单位：
1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）= 106千赫（KHz ）= 109赫（Hz ） 1米(m)=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（m）=109纳米（nm）
第一节
一、电磁波谱
电磁波谱和辐射度量
电磁波谱包括宇宙射线、太阳辐射、热辐射、无线电波等。
1、电磁波段的划分
太阳 电 r 射 线 X 射线 1nm 31022 31020 31018 31016 离 电子跃迁 宇 宙 射 线 紫 外 线 可 见 光 分子振动转动 亚 毫 红 毫 米 米 波 外 微 波 线 1m 31014 31012 中红外 1.5 15 地球大气 辐射 电磁振荡 厘 分 米 米 波 波 波 无 线 电 超 短 波 波 短 中 波 波 长 波 迟缓电振荡 3106 3104 3102
若辐射是方位对称的，则上式为
1 L 4
0
2
0
L( , ) sin d d
1 L L ( ) sin d 2 0
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3、电磁波的量子特性
从量子的观点看，电磁辐射可以看作是一粒一粒以光速c运动的粒子 流，这些粒子称为光量子，每一光量子具有的能量为 Q=hf Q 能量，h 普朗克常数。电磁辐射看成是粒子，就一定有质量m和动量p。 m=Q/c2=hf/c2 p=mc=h/= hf/c 电磁辐射的发射或吸收是由于物质内原子或分子的能量状态发生改变 引起的，若物质中原子的状态由高能级EJ跃迁到低能级EI，便发出辐射； 若从EJ EI便要吸收辐射。发出或吸收辐射时光量子的频率 f=（ EJ EI）/h 电磁辐射既有波动特性，也有粒子特性。 波长较长的可见、红外线波动性表现明显； 波长较短的r、x射线，其粒子性表现明显。
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二. 基本辐射量
▲
▲
▲
辐射能（Q):指电磁波携带的能量或物体发射辐射的全部 能量。 单位:焦耳（J） 辐射通量()：指在单位时间内通过某一表面的辐射能。 =Q/t =Q/t 单位:焦耳/秒（W） 辐射通量密度(F)：指通过单位面积的辐射通量。 F=/A F= /A 单位:焦耳/米2.秒（W/m2） 对辐射源面称其为出射度，对接收面称其为辐照度.
0
0
2c 2 h5 d e ch / kT 1
记常数b=24k4/（15c2h3），可得 B（T）=bT4 黑体辐射是各向同性的，因此黑体发射的通量密度为 F=B（T）=T4