第三章大气环境遥感2016-1

➢ 3.5～5.5μm，即中红外波段，物体的热辐射较 强。这一区间除了地面物体反射光谱反射太阳辐 射外，地面物体也有自身的发射能量。比如，卫 星的传感器用3.55～3.93μm探测海面温度，获 得昼夜云图。
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➢ 8～14μm，即远红外波段。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
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➢ 散射主要发生在可见光波段．其性质和强度取决 于大气中分子或微粒的半径r与被散射光的波长λ 二者之间的相互对比关系。
散射的类型
➢ 散射能力的大小常用散射系数来表达
➢ a.瑞利散射。当λ＜＜r，发生的散射称瑞利散 射．它的散射强度与入射辐射波长的四次方成反 比
➢ 其中： γ为散射系数， λ为波长 ➢ 入射辐射的波长短，辐射能力愈强
➢ 吸收太阳短波辐射的主要气体是H2O，其次是O2 和O3，吸收太阳长波辐射的主要气体是H2O其次 是2和O2
水汽(H2O)吸收
➢ 水汽对电磁辐射的吸收最为显著，其吸收带集中 在中红外波段，实验表明液态和固态水比汽态水 具更强的吸收能力。水汽吸收带很多，归纳起来 为：
➢ 2个宽的强吸收带：波长为2.27～3.57μm和电磁辐射与介质作用后，产生次级辐射 扣部分原入射辐射穿过该介质，到达另一种介质 的现象或过程，一般用透射率τ来表示透射能力， τ=透射能量／入射能量。
➢ 大气窗口是指大气对电磁辐射的吸收和散射都很 小，而透射率很高的波段，换句话说，就是 电磁 辐射在大气中传输损耗很小，能透过大气的电磁 波段。
2.大气的吸收
➢ 吸收电磁辐射是物质的普通性质，是指电磁辐射 与物体作用后，转化为物体的内能。根据吸收的 强弱和随波长的变化，吸收分为两种：
➢ 一般吸收。在电磁辐射的整个波段内都有吸 收．且吸收率随波长的变化几乎不变的吸收。
➢ 选择吸收。在一些波段上吸收很大．而一些波段 上吸收很少，即吸收率随波长的变化有急剧变化 的吸收。
➢ b.米氏散射。当λ时，发生的散射称米氏散射，其 散射程度约与波长的二次方成反比。
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➢ c.非选择性散射（粗粒散射）。当λ＜＜r时，发 生的散射称粗粒散射，其散射强度与波长无关， 是非选择性散射。大气中的液、固态水和固体杂 质r＞1μm，都大于可见光的波长(λ＜r)，因此它 们对可见光散射出的辐射呈白色．如云、雾等呈 白色即是这个原因
第三章 大气环境遥感
第一节 大气环境遥感监测原理
➢ 大气环境遥感的基本概念 ➢ 电磁辐射的大气传输 ➢ 大气遥感探测
一、大气环境遥感的基本概念
➢ 掩星：掩星是一种天文现象，指一个天体 在另一个天体与观测者之间通过而产生的 遮蔽现象。 测量的是已知特征信号通过大 气的一部分时，由于大气的作用而发生的 变化
➢ 在地球大气的气体成分中，水汽是最重要、最活 跃的，它不但造成云雨雷电、天气变化，而且在 地球的生态系统中起着重要作用。
➢ 多种气体成分组成的干洁空气、水汽（可处于气、 固、液三态之中一态）及悬浮的气溶胶粒子。
二、大气参数的垂直分布探测
大气温度和湿度探测 卫星云迹风探测
1.大气温度和湿度探测
二氧化碳(2 )吸收
➢ 2对电磁辐射的吸收主要发生在大于2μm的红外波 段。
➢ 1个宽的吸收带：波长大于13μm的超远红外线几 乎全被吸收受。
➢ 2个窄的强吸收带：2.6～2.8μm和4.1～4.45μm
➢ 此外，尘埃、水滴、N2O、等也对电磁辐射有所 吸收。
3.大气的散射
➢ 散射是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后， 产生的次级辐射无干涉抵消，而是向各个方向传 播的现象，它实质是反射、折射和衍射的综合反 映。
➢ 散射：测量的是沿入射波方向与偏离该方 向的散射波特性
➢ 发射：测量的是发射辐射的谱特性及其强 度
➢ 温度探测 ➢ 成分探测 ➢ 气压探测 ➢ 密度探测 ➢ 测风
二、电磁辐射的大气传输
1.大气对太阳辐射的影响
太阳辐射进入地球之前必须通过大气层，由于大气对太阳辐射具有吸 收、散射和透射等作用，所以使得太阳辐射到达地面的能量不断衰减。
0.8～2.5，即微波波段，由于微波穿云透雾的能 力，这一区间可以全天候工作。而且由其他窗口 区间的被动遥感工作方式过渡到主动遥感的工作 方式。如侧视雷达影像， 的卫星雷达影像等。其 常用的波段为 0.8，3，5，10，有时也可将该窗 口扩展为0.05至300 波段
5.辐射传输的有关物理量
➢ 大气光学厚度：沿辐射传输路径，单位截面上所 有吸收和散射物质产生的总削弱
➢ 大气所吸收的辐射能量的多少与大气中吸收气体 的吸收特性和气体含量的多少有关。
➢ 在弱吸收光谱区，表面辐射被近地面层大气吸收， 同时又从大气低层以自身温度发射同一波段的辐 射到太空。
➢ 在强吸收光谱区，当辐射通过大气时，表面辐射 经过一个吸收和放射过程，到达太空的强吸收光 谱区的辐射基本上来自于大气比较高的层次。
➢ 2个窄的强吸收带：其中心波长分别为1.38μm、 1.86μm。
➢ 1个弱的窄吸收带：波长0.7～1.23μm。
臭氧(O3 )吸收和氧气(O2)吸收
➢ 臭氧吸收集中在紫外波段，对波长0.3μm以下的 波段全部吸收．在9.6μm 附近有一很窄的弱吸收 收带。
➢ 氧气对电磁辐射的吸收发生在小于0.2μm、 0.69μm、0.76μm几处，但都很弱。
➢ 光学质量：辐射沿传输路径在单位截面气柱内所 吸收或散射的气体质量
➢ 单色透过率和单色吸收率：通过一段大气路径的 透过率和吸收率
第二节 大气成分遥感监测
➢ 大气的成分及分布 ➢ 大气参数的垂直分布探测 ➢ 主要大气成分遥感监测
一、大气的成分及分布
➢ 地球大气由多种气体和悬浮于其中的固体粒子或 气体粒子（称为大气气溶胶）所组成。
大气窗口
主要大气窗口
➢ 0.3～1.3μm，即紫外、可见光、近红外波段。 这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星 传感器扫描成像的常用波段。比如， 卫星的 的 1～4 波段，卫星的波段等
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➢ 1.5～1.8μm，2.0～3.5 μm，即近、中红外波 段，在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些 波段，比如的5、7波段等用以探测植物含水量以 及云、雪或用于地质制图等