大气辐射与遥感-第一章
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(完整版)遥感导论知识点整理(梅安新版)
遥感导论知识点整理【题型】一、选择题二、填空题三、名词解释四、简答题五、论述题注意：标注页码的地方比较难理解，希望大家多看看书，看看ppt。
【第一章】绪论1、【名】遥感（remote sensing）广义：泛指一切无接触的远距离探测；定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。
2、遥感系统包括：被测目标的信息特征（信息源）、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用。
（5个哦亲！详见书第2页图哈~）3、【名】信息源：任何目标具有发射、反射和吸收电磁波的性质，被称为遥感的信息源。
4、遥感的类型：a)按照遥感平台分地面遥感、航空遥感、航天（空间）遥感、航宇遥感b)按传感器的探测波段分紫外遥感（0.05μm-0.38μm）、可见光遥感(0.38-0.76μm)、红外遥感（0.76-1000μm）、微波遥感（1mm-10m）c)按工作方式分主动遥感、被动遥感；成像遥感、非成像遥感5、遥感的特点：大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性、经济性6、遥感发展简史Remote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊特于1960年提出，61年正式通过。
遥感发展的三个阶段：（1）萌芽阶段1839年，达格雷发表第一张空中相片；1858年，法国人用气球携带照相机拍摄了巴黎的空中照片。
1882年，英国人用风筝拍摄地面照片；J N Niepce (1826, France)The world’s first photographic imageIntrepidballoon, 18621906, KitesPigeons, 1903.（2）航空遥感阶段1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。
1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。
一战中，航空照相技术用于获取军事情报。
一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地质调查。
2.2大气和环境对遥感的影响
三、大气对太阳辐射的影响
太阳辐射的衰减过程：30%被大气层反射 太阳辐射的衰减过程：30%被大气层反射 或散射；1 被大气吸收；５1%到达地 或散射；1９%被大气吸收；５1%到达地 面。（图） 面。（图） 大气的透射率公式： 大气的透射率公式：透射率与路程、大 气的吸收、散射有关。
（一）大气的吸收作用
A. 氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。高空遥 氧气：小于0.2 μm；0.155为峰值。高空遥
感很少使用紫外波段的原因。 B. 臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带； 对航空遥感影响不大。 C. 水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都 是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光 的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的 的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的 影响。 D. 二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。 可以忽略不计。
颜色
红
橙黄
黄
绿
青兰
紫
紫外线
波长
0.7
0.62 0.57 1.6 2.2
0.53 3.3
0.47 4.9
0.4 0.3 5.4 30.0
散射率 1 (%)
Rayleigh Scatter
a<λ
Rayleigh scatter is common when radiation interacts with atmospheric molecules (gas molecules) and other tiny particles (aerosols) that are much smaller in diameter that the wavelength of the interacting radiation. The effect of Rayleigh scatter is inversely proportional to the fourth power of the wavelength. As a result, short wavelengths are more likely to be scattered than long wavelengths. Rayleigh scatter is one of the principal causes of haze in imagery. Visually haze diminishes the crispness or contrast of an image.
遥感电磁辐射基础1课件
1）水：分为气态水和液态水 水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外
直至微波，都有水汽的吸收带。
液态水的吸收更强，主要在长波范围。
2）二氧化碳 主要在红外区，1.35－2.85um 之间有3个弱吸收带，
2.7，4.3， 14.5 um 为强吸收带。 3）臭氧 对紫外线的吸收 4）其它吸收电磁波的物质：氧气主要吸收波长小于0.2um 的， 尘埃吸收作用很少。
遥感电磁辐射基础(1)课件
3) 有向反射
有向反射比较复杂，反射率是入射角、反射角、入射 方位角、反射方位角的函数。
(Z,sZ, is,i)M E((sZZ sisi))
4) 混合反射 一部分镜面反射，一部分朗伯反射。
有向反射和混合反射与电磁波的入射方向和观察方向 有关，在航空遥感中具有重要意义。
遥感电磁辐射基础(1)课件
遥感电磁辐射基础(1)课件
C) 水体的光谱曲线
遥感电磁辐射基础(1)课件
水体的波谱特征
❖纯 净 水 体 的 反 射 主 要 在 可 见 光 中 的 蓝 绿 光 波 段 ， 在可见光其它波段的反射率很低。 ❖近 红 外 和 中 红 外 纯 净 的 自 然 水 体 的 反 射 率 很 低 ， 几乎趋近于0。
BR i,F i;r,r;d dc tL L r r,,
被测地物 参考板
• 理想的漫反射板 (E = M = pL) • 辐射环境不变d camera
野外光谱测量
地面光谱测量（垂直）所采 用的观测架
光纤/optical fiber
Sensor and Instrument/device
4 地物波谱特征
4.1 地物的发射波谱 4.2 地物的透射波谱 4.3 地物的反射波谱 4.4 遥感器接收到的电磁辐射
直至微波，都有水汽的吸收带。
液态水的吸收更强，主要在长波范围。
2）二氧化碳 主要在红外区，1.35－2.85um 之间有3个弱吸收带，
2.7，4.3， 14.5 um 为强吸收带。 3）臭氧 对紫外线的吸收 4）其它吸收电磁波的物质：氧气主要吸收波长小于0.2um 的， 尘埃吸收作用很少。
遥感电磁辐射基础(1)课件
3) 有向反射
有向反射比较复杂，反射率是入射角、反射角、入射 方位角、反射方位角的函数。
(Z,sZ, is,i)M E((sZZ sisi))
4) 混合反射 一部分镜面反射，一部分朗伯反射。
有向反射和混合反射与电磁波的入射方向和观察方向 有关，在航空遥感中具有重要意义。
遥感电磁辐射基础(1)课件
遥感电磁辐射基础(1)课件
C) 水体的光谱曲线
遥感电磁辐射基础(1)课件
水体的波谱特征
❖纯 净 水 体 的 反 射 主 要 在 可 见 光 中 的 蓝 绿 光 波 段 ， 在可见光其它波段的反射率很低。 ❖近 红 外 和 中 红 外 纯 净 的 自 然 水 体 的 反 射 率 很 低 ， 几乎趋近于0。
BR i,F i;r,r;d dc tL L r r,,
被测地物 参考板
• 理想的漫反射板 (E = M = pL) • 辐射环境不变d camera
野外光谱测量
地面光谱测量（垂直）所采 用的观测架
光纤/optical fiber
Sensor and Instrument/device
4 地物波谱特征
4.1 地物的发射波谱 4.2 地物的透射波谱 4.3 地物的反射波谱 4.4 遥感器接收到的电磁辐射
遥感导论ppt课件
地球曲率
编辑课件
To be continued… 32
§2 几何校正
遥感图像的几何变形产生的原因
地形起伏
编辑课件
To be continued… 33
§2 几何校正
遥感图像的几何变形产生的原因
大气折射（光）：整个大气层不是一个均匀的介质，因
此电磁波在大气层中传播时的折射率也随高度的变化而 变化，使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线， 从而引起像点的位移，
§1 辐射校正
而在实际测量时，辐射强度值还受到其他因素的影响 而发生改变。这部分就是需要矫正的部分，这也就 是所谓的辐射畸变。引起辐射畸变的原因有两个方 面：
1.传感器本身所具有的误差（……） 2.大气对辐射的影响。
编辑课件
To be continued… 16
§1 辐射校正
大气对辐射的影响:
进入大气的太阳辐射会发生反射、 折射、吸收、散射和透射等现象。 其中，对传感器影响较大的是散射 和吸收。吸收主要是减弱了地物反射 光线进入传感器的强度，而散射光 进入传感器后，使其获取的遥感信 息中带有一定的非目标地物的成像信息，降低了图像对比度， 影响了图像的质量。
遥感图像的几何变形产生的原因
传感器所搭载的运载平台在运行过程中，由于姿态、 地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传 感器自身性能所引起的几何位置偏差。
位移变化
(dα)
侧翻变化
速度变化
高度变化
编俯辑仰课(dω件变) 化
To be con偏ti(n航dκu变) e化d… 31
§2 几何校正
遥感图像的几何变形产生的原因
编辑课件
11
编辑课件
12
编辑课件
13
编辑课件
To be continued… 32
§2 几何校正
遥感图像的几何变形产生的原因
地形起伏
编辑课件
To be continued… 33
§2 几何校正
遥感图像的几何变形产生的原因
大气折射（光）：整个大气层不是一个均匀的介质，因
此电磁波在大气层中传播时的折射率也随高度的变化而 变化，使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线， 从而引起像点的位移，
§1 辐射校正
而在实际测量时，辐射强度值还受到其他因素的影响 而发生改变。这部分就是需要矫正的部分，这也就 是所谓的辐射畸变。引起辐射畸变的原因有两个方 面：
1.传感器本身所具有的误差（……） 2.大气对辐射的影响。
编辑课件
To be continued… 16
§1 辐射校正
大气对辐射的影响:
进入大气的太阳辐射会发生反射、 折射、吸收、散射和透射等现象。 其中，对传感器影响较大的是散射 和吸收。吸收主要是减弱了地物反射 光线进入传感器的强度，而散射光 进入传感器后，使其获取的遥感信 息中带有一定的非目标地物的成像信息，降低了图像对比度， 影响了图像的质量。
遥感图像的几何变形产生的原因
传感器所搭载的运载平台在运行过程中，由于姿态、 地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传 感器自身性能所引起的几何位置偏差。
位移变化
(dα)
侧翻变化
速度变化
高度变化
编俯辑仰课(dω件变) 化
To be con偏ti(n航dκu变) e化d… 31
§2 几何校正
遥感图像的几何变形产生的原因
编辑课件
11
编辑课件
12
编辑课件
13
第1章 遥感绪论
第一章绪论遥感的概念1 广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。
物探（物理探测）：狭义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理、分析，判别出目标地物的属性及其变化特征的综合性探测技术。
空间遥感过程需综合遥测和遥控技术。
2 遥感数据（遥感数据获取示图）太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。
传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据（遥感数据示例）。
3 传感器是收集、量测和记录遥远目标的信息的仪器，是遥感技术系统的核心。
传感器一般由信息收集、探测系统、信息处理和信息输出4部分组成。
遥感技术系统1遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。
信息的获取：传感器、遥感平台信息的接收：地面卫星接收站遥感类型1 按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。
2按照探测电磁波的工作波段分类：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感等。
3按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等4按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式5按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。
航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。
航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。
人造地球卫星的类型：低高度、短寿命卫星：150-350 km，用于军事。
中高度、长寿命卫星：350-1800 km，地球资源。
高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。
遥感的特点1多波段性：波段的延长使对地球的观测走向了全天候。
2 多时相性：重复探测，有利于进行动态分析。
大气遥感第一章：大气遥感
❖ 2.地球－大气系统的辐射差额是天气变化和气候形 成及其演变的基本因素，可以说辐射过程与动力过 程的作用共同决定了地球的气候环境。
4
学科体系
5
学习、研究的意义
❖ 辐射是地气系统与宇宙空间能量交换的唯一方式 ❖ 数值天气预报中需要定量化考察大气辐射过程 ❖ 辐射传输规律是大气遥感的理论基础 ❖ 气候问题——辐射强迫
r2
如：对表面积为
4πr2的球，
它的立体角为4πsr。
35
立体角
❖ 以发射体为中心的球坐标中，立体角定义为：
d rd rsind
d
d
r2
sin d d
❖ 是极坐标中的天顶角[0，90]
❖ 是方位角[0,360]
36
常用辐射量
辐射能量 Q 电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 ……
Lord Rayleigh
英国物理学家 1871：Rayleigh Scattering 瑞利散射：
尺度远小于入射光波长 的粒子所产生的散射现象。 分子散射强度与入射光的波 长四次方成反比, 且各方向的 散射光强度是不一样的。
11
简史—现代大气辐射学的理论基础
Gustav Mie (1868-1957) 德国物理学家 1908：Mie theory 米散射理论
性实际正是电磁辐射本质在不同方面的表现。
26
1.1.2 辐射的物理本质
自然界一切物体都时刻不停地以电磁波（电 场和磁场的交变波动）的形式向四周传递能 量，同时也接收外界投射来的电磁波，这种 能量传递的方式称为辐射。 以这种方式传递的能量，称为辐射能。
27
4
学科体系
5
学习、研究的意义
❖ 辐射是地气系统与宇宙空间能量交换的唯一方式 ❖ 数值天气预报中需要定量化考察大气辐射过程 ❖ 辐射传输规律是大气遥感的理论基础 ❖ 气候问题——辐射强迫
r2
如：对表面积为
4πr2的球，
它的立体角为4πsr。
35
立体角
❖ 以发射体为中心的球坐标中，立体角定义为：
d rd rsind
d
d
r2
sin d d
❖ 是极坐标中的天顶角[0，90]
❖ 是方位角[0,360]
36
常用辐射量
辐射能量 Q 电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 ……
Lord Rayleigh
英国物理学家 1871：Rayleigh Scattering 瑞利散射：
尺度远小于入射光波长 的粒子所产生的散射现象。 分子散射强度与入射光的波 长四次方成反比, 且各方向的 散射光强度是不一样的。
11
简史—现代大气辐射学的理论基础
Gustav Mie (1868-1957) 德国物理学家 1908：Mie theory 米散射理论
性实际正是电磁辐射本质在不同方面的表现。
26
1.1.2 辐射的物理本质
自然界一切物体都时刻不停地以电磁波（电 场和磁场的交变波动）的形式向四周传递能 量，同时也接收外界投射来的电磁波，这种 能量传递的方式称为辐射。 以这种方式传递的能量，称为辐射能。
27
遥感物理大气20111
5.1.3 大气静力学方程
5.1.4 大气压力和密度的垂直廓线 5.1.5 大气温度和湿度的垂直廓线
5.1.6 大气气溶胶
5.1.7 大气水汽 5.1.8 水圈与水文循环 5.1.9 云与降水
5.1.1 大气成分 Composition
The composition of the atmosphere is important in any understanding of the role which the atmosphere plays in remote sensing and in interactions with electromagnetic radiation.
第二节 辐射与大气的相互作用
INTERACTION OF RADIATION WITH ATMOSPHERE
第三节 大气效应纠正
ATMOSHPHERIC EFFECT CORRECTION
第四节 大气的遥感探测
ATMOSHPHERIC REMOTE SOUNDING
前 言
大气：是介于遥感传感器与地球表层之间的一层由多种气体及
气溶胶等组成的介质层，当电磁波由地球表层传至遥感传感器 时，大气是必经的通道；
大气对电磁波的作用：主要可以归纳为两种物理过程，即吸
收与散射，对地表遥感来说，大气的吸收与散射作用均可使电 磁波信息受到削弱；
遥感图像的大气纠正：如何依据遥感图像直接或间接获得的
大气参数，消除大气对电磁波属性量的影响，恢复其在地球表 层的“本来面目” ，就成为定量遥感不可回避的问题；
二氧化碳（ Carbon Dioxide ）
Carbon dioxide has a relatively constant mixing ratio with height in the atmosphere, that is, it is fairly evenly distributed on average. The main sources 源: burning of fossil fuels化石燃料, human and animal respiration呼吸, the oceans and volcanic activity火山活动. The main sinks 汇: photosynthesis光合作用 and the production of carbonates (limestones) in the ocean/land system. The rate of removal of carbon dioxide, a greenhouse gas, is observed to be less than the generation (from fossil fuel burning) because the concentration of carbon dioxide in the atmosphere has been rising steadily since the early part of the last century. About 99% of the earth's carbon dioxide is dissolved in the oceans. The solubility is temperature dependent. It is estimated that the annual amount of carbon dioxide entering or leaving the air by all mechanisms is about one tenth of the total carbon dioxide content of the atmosphere.
遥感大气效应及其纠正
1 2
4 0 0 P(cos)sindd 1
得到瑞利散射的相函数为：
P(cos) 3 (1 cos2 ) 4
上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。
旋转对称，前后对称
7/15
气溶胶消光
气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波 长或与其相同，此时散射作用只能用米氏(Mie) 散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同 性的球粒子，且满足远场理论。
实际应用中，任何类型气溶胶都是多种类型粒 子的组合。与光学厚度一样，气溶胶散射相函 数与气溶胶类型密切相关，粒子尺度谱、折射 率等都会对其产生影响，得不到明确的表达式。 因此经常采用半经验公式。
同一种气溶胶类型具有大致一致的光学参数
12/15
一个常用的气溶胶散射相函数公式为HenyeyGreenstein模型。
零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角
6/15
在公式
(s,
v,
s
v)
Tg(s,
v)r
a
T(s
)T(v)
1
s Ss
中，特殊气体吸收所构成的透射率Tg(θs,θv)与散 射无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有
关的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：
大气辐射传输方程大气辐射传输方程77精选ppt课件第一节第一节大气光学特征大气光学特征第二节第二节遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响第三节第三节遥感大气纠正遥感大气纠正国科大暑期课201320137绪论绪论精选ppt课件10大气效应及其纠正的主要工作大气效应及其纠正的主要工作在地表遥感中大气影响是噪声在地表遥感中大气影响是噪声消除消除大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其在地球表层的本来面目在地球表层的本来面目就成为定量遥就成为定量遥感不可回避的问题感不可回避的问题另一方面由于传感器接收的信号中带有大另一方面由于传感器接收的信号中带有大气的特征信息因此可从中反演我们特殊关气的特征信息因此可从中反演我们特殊关注的一些大气特征参数注的一些大气特征参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数向上向下的大气遥感向上向下的大气遥感115精选ppt课件11大气成分大气成分compositioncomposition大气中包括大气中包括3类物质
4 0 0 P(cos)sindd 1
得到瑞利散射的相函数为：
P(cos) 3 (1 cos2 ) 4
上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。
旋转对称，前后对称
7/15
气溶胶消光
气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波 长或与其相同，此时散射作用只能用米氏(Mie) 散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同 性的球粒子，且满足远场理论。
实际应用中，任何类型气溶胶都是多种类型粒 子的组合。与光学厚度一样，气溶胶散射相函 数与气溶胶类型密切相关，粒子尺度谱、折射 率等都会对其产生影响，得不到明确的表达式。 因此经常采用半经验公式。
同一种气溶胶类型具有大致一致的光学参数
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一个常用的气溶胶散射相函数公式为HenyeyGreenstein模型。
零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角
6/15
在公式
(s,
v,
s
v)
Tg(s,
v)r
a
T(s
)T(v)
1
s Ss
中，特殊气体吸收所构成的透射率Tg(θs,θv)与散 射无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有
关的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：
大气辐射传输方程大气辐射传输方程77精选ppt课件第一节第一节大气光学特征大气光学特征第二节第二节遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响第三节第三节遥感大气纠正遥感大气纠正国科大暑期课201320137绪论绪论精选ppt课件10大气效应及其纠正的主要工作大气效应及其纠正的主要工作在地表遥感中大气影响是噪声在地表遥感中大气影响是噪声消除消除大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其在地球表层的本来面目在地球表层的本来面目就成为定量遥就成为定量遥感不可回避的问题感不可回避的问题另一方面由于传感器接收的信号中带有大另一方面由于传感器接收的信号中带有大气的特征信息因此可从中反演我们特殊关气的特征信息因此可从中反演我们特殊关注的一些大气特征参数注的一些大气特征参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数向上向下的大气遥感向上向下的大气遥感115精选ppt课件11大气成分大气成分compositioncomposition大气中包括大气中包括3类物质
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早期的航空摄影 - 风筝
1906 – George Lawrence photographed San Francisco in ruins shortly after the great earthquake and fire
早期的航空摄影 - 鸽子
1903 – Carrier pigeon
• 非绝热过程 (diabatic)
气块通过分子传导、对流、乱流、相变 (蒸发、凝结 、融解、冻结、升华、凝华)、辐射等作用而与外界发生 热交换的过程。
热传导
需要有较大的温度梯度，在空气中很缓慢
对流（感热） 非绝热过程
由运动的空气团（流体）携带热量进行输送
相变（潜热）
伴随着云雨形成，是间歇性的，仅在局地热 力、微物理过程中考虑
环流 运动
大气、海洋中的所有运动：从海洋环流→Hadley环流→副热带气旋→热 带气旋→龙卷风，可以被看作一台巨大、复杂的机器上的一个个齿轮， 运动一级级传递下来。
§ 1.1.4 地球能量收支
342 Wm-2
思考题
根据上页PPT中地气系统能量收支示意图，忽略大 气中其他的物理过程，仅仅考虑由于大气（包括云）对 太阳辐射的直接吸收作用所造成的加热，计算大气的加 热率（K／day）。 已知条件有：全球平均的大气层顶的入射太阳辐射 大约342 W m－2，重力加速度g为9.81 m s-2，海平面平均 气压P0为1.013×105 Pa，比热容cp为1004 J kg-1 K-1
传感器的特性
• 四个主要分辨率: 1) 光谱 2) 空间 3) 时间 4) 辐射测量
像素点（Pixel）
70 79 80 88 93 90 90 96 87 79 81 53 77 82 79 86 90 91 90 93 81 75 41 45 69 86 93 90 97 89 97 88 78 64 38 44 87 90 10 88 79 90 97 85 84 59 32 65 90 95 84 79 82 93 94 85 77 45 40 84 91 85 75 76 85 97 81 84 72 41 56 83 87 77 70 78 92 88 86 86 75 43 51 77 79 67 74 84 91 85 82 79 58 39 59 74 61 70 80 87 85 78 78 75 56 44 72 71 72 72
早期的航空摄影 - 鸽子
Oblique aerial photograph of a European castle obtained from a camera mounted on a carrier pigeon. The pigeon’s wings are visible (copyright Deutsches Museum, Munich, Germany).
《大气辐射与遥感》这门课的目标和任务是
通过这门课程，使学生懂得大气辐射基本概念与
知识，认识辐射传输过程，了解大气辐射在遥感
中的一些基本应用。帮助学生建立基本知识结构
，以便他们能在日后的气候、天气以及遥感学习
研究中知道如何使用相关知识帮助他们分析、思
考与理解问题。
第一章 引言
§ 1.1 大气辐射与天气气候的关系 §1.1.1 太阳辐射 §1.1.2 热红外辐射
评分标准
出勤率 课后作业 期终考试 10% 20% 70%
• 考试范围：讲义与参考书目中的关键内容 • 作业要求：独立完成、按时提交
课程大纲
第一章 第二章 第三章 引言 大气辐射基础知识 大气气体吸收
第四章
第五章 第六章 第七章 第八章
大气粒子的散射
大气中红外辐射传输 行星大气辐射传输 大气辐射在遥感中的应用 大气辐射与气候
IKONOS 4m 4 bands
时间分辨率
• 太阳静止卫星（极轨） 一日两次过境 ,16天覆 盖全球
• 地球静止卫星（静止）每15-30分钟一次
辐射分辨率
辐射分辨率是指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。
0
8-bit (0 - 255)
9-bit (0 - 511) 10-bit (0 - 1023)
4 3 21 0 例如： AVHRR : 10 bit, MODIS : 12 bit
0
0
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32 8 4 2 1 64 16
遥感探测平台
地基
（光谱仪）
机载
（气球 风筝 飞机）
空基
（火箭、卫星、飞船）
Figure 1 | Remote sensing of the climate system. Remote sensing is carried out by sensors aboard different platforms, including plane, boat and Argo floats. Ground-based instruments are also used, for example, sun spectral radiometers measure solar radiation. However, satellite remote sensing is capable of providing more frequent and repetitive coverage over a large area than other observation means . Figure courtesy of R. He, Hainan University (Cited from Yang, 2013, NCC)
主动遥感与被动遥感
• 主动遥感：传感器主动发射一定的电磁波能量，
并接受目标的后向散射信号。（例如：雷达） • 被动遥感：传感器不向目标物发射电磁波，仅被 动的接受目标物自身发射和对自然辐射的反射能 量。（例如：卫星）
卫星遥感 示意图
被动式
主动式
大气遥感发展的小历史
遥感的起源
• 照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。
早期的航空摄影 - 气球
1860 – James Black took photograph from a balloon over Boston (365m high)
早期的航空摄影 - 风筝
1882 – an English meteorologist Archibald took first aerial photograph from a kite Late 1880s - Arthur Batut took kiteguiere, France
《A First Course in Atmospheric Radiation》, Grant W. Petty, Sundog Publishing, Madison, Wisconsin
《大气物理学》第二篇，盛裴轩、毛节泰等著，北京大学 出版社
《大气辐射学》，石广玉著，中国科学院研究生院 《大气辐射学基础》，尹宏著，气象出版社
§ 1.2 大气辐射与遥感的关系
辐射：任何物体，只要温度大于绝对零度，都 以电磁波形式向四周放射能量，同时也接收来自四周 的电磁波。这是由物质的本性决定的，是由物质本身 的电子、原子、分子运动产生的，一般把这种电磁波 能量本身称为辐射能，简称为辐射；而把这种能量传 播方式称为辐射。
遥感：在远离目标或者非接触目标的条件下， 通过对电磁波敏感的传感器探测目标物，获取其反射 、辐射和散射的电磁波信息，进行处理、分析与应用 的一门科学与技术。
§1.1.3 全球热引擎
§1.1.4 地球能量收支 § 1.2 大气辐射与遥感的关系
§ 1.1 大气辐射与天气气候的关系
大气运动基本方程组
运动方程
连续方程 状态方程 热力学能量方程
水汽质量守恒方程
• 绝热过程 (adiabatic)
是指任一气体与外界无热量交换时的状态变化过程。 在自由大气中，一天左右的时间尺度上来说，假设大 气的热力过程是绝热的 (Q=0) 是可以成立的。
辐射
在大气中持续一直存在的，且传输能量的空 间距离非常大，非局地过程
§1.1.1 太阳辐射
这张照片是由火星探路者（Mars Pathfinder）拍摄的火星日落。 阳光透过云层照射在地球上
§1.1.1 太阳辐射
地球所接收的、并驱动地球上大气和海洋运动的所有能量均来自太阳！
§ 1.1.2 热红外辐射
早期的航空摄影 - 飞机、卫星
• CORONA是第一代太空照片侦察卫星 • 1960年 - 推出星载MetSats • 1960年至1972年科罗纳间谍卫星计划
全球卫星观测系统
卫星遥感系统
实际应用
遥感的应用
林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。
农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。
水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。 国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。 气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究 环境监测：水污染、海洋油污染、大气污染、固体垃圾等及其预报。 测绘：航空摄影测量测绘地形图、编制各种类型的专题地图和影像地图。 城市：城市综合调查、规划及发展。 考古：遗址调查、预报。 地理信息系统：基础数据、更新数据。
• 像素: 构成影像 的基本单元
• 像素点的值:由传 感器记录的每个 像素点位置上的 电磁能量
光谱分辨率
光谱分辨率是指光谱特征峰分 辨和分离的能力。用仪器达到
光谱响应最大值的50%时的波 长宽度表示（FWHM）。
成像的波段范围，分得愈细， 波段愈多，光谱分辨率就愈高。 ①多光谱成像技术，10~20个 通道。光谱分辨率为λ/Δλ≈10； ②高光谱成像技术，100~400 个通道的探测能力，一般光谱 分辨率可达λ/Δλ≈100。 ③超高光谱成像，1000左右，