大气和环境对遥感的影响
大气和环境对遥感的影响
结论
1. 太阳辐射衰减的原因是什么？ 2. 在可见光和近红外波段，大气最主要的散
射作用是什么？
3. 无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
4. 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
5. 微波为什么具有极强的穿透云层的作用？ 6. 为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大
气层的散射和吸收作用？
五、环境对地物光谱特性的影响
1. 地物的物理性状 2. 光源的辐射强度：纬度与海拔高度 3. 季节：太阳高度不同 4. 探测时间：时间不同，反射率不同。
5. 气象条件
▪ Rayleigh scatter is one of the principal causes of haze in imagery. Visually haze diminishes the crispness or contrast of an image.
Relationship between path length of EM radiation and the level of atmospheric scatter
▪ This normally involves absorption of energy at a given wavelength.
▪ The most efficient absorbers of solar radiation in this regard are:
– Water Vapour – Carbon Dioxide – Ozone
大气和环境对遥感的影响
• 大气的成分和结构 • 大气对太阳辐射的影响 • 大气窗口 • 环境对地物光谱特性的影响
一、大气的成分
• 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射 和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分 有关。
遥感技术在环境监测中的应用
遥感技术在环境监测中的应用遥感技术是一种通过获取、处理和分析地面、大气和水体等目标的信息的技术手段。
在环境监测领域，遥感技术的应用已经成为一种重要的手段，可以实现对环境变化的实时监测、数据的快速获取和分析，为环境保护和管理提供重要的支持。
本文将从遥感技术在环境监测中的应用方面进行探讨。
一、遥感技术在大气环境监测中的应用大气环境是人类生存和发展的重要环境之一，而大气污染对人类健康和生态环境造成了严重影响。
遥感技术可以通过卫星、飞机等平台获取大气污染物的分布和浓度信息，实现对大气环境的监测和评估。
例如，利用遥感技术可以监测大气中的臭氧、二氧化硫、氮氧化物等污染物的浓度分布，及时发现和跟踪大气污染源，为环境保护部门提供科学依据。
二、遥感技术在水环境监测中的应用水资源是人类生存和发展的重要基础，而水环境的污染和变化对生态系统和人类健康造成了严重威胁。
遥感技术可以通过获取水体的遥感影像数据，实现对水体质量、水生态系统和水资源的监测和评估。
例如，利用遥感技术可以监测水体中的蓝藻、浮游植物等有害生物的分布情况，及时预警水环境问题，保护水资源的可持续利用。
三、遥感技术在土壤环境监测中的应用土壤是生态系统的重要组成部分，土壤质量的好坏直接影响着农作物的生长和生态环境的稳定。
遥感技术可以通过获取土壤的遥感影像数据，实现对土壤类型、土壤湿度、土壤质地等信息的监测和评估。
例如，利用遥感技术可以监测土壤的含水量、有机质含量等关键指标，帮助农业部门科学施肥、合理种植，提高土壤的肥力和生产力。
四、遥感技术在植被环境监测中的应用植被是地球生态系统的重要组成部分，植被的生长状态和覆盖情况对生态平衡和气候变化具有重要影响。
遥感技术可以通过获取植被的遥感影像数据，实现对植被覆盖度、植被生长状态、植被类型等信息的监测和评估。
例如，利用遥感技术可以监测森林覆盖率的变化、草原退化的情况等，为生态保护和恢复提供科学依据。
五、遥感技术在城市环境监测中的应用城市是人类活动的集中地，城市环境的质量直接关系到居民的生活质量和健康。
地物的波谱特性与大气对遥感监测的影响
地理科学学院《遥感原理与应用》讲义地物的波谱特性与大气对遥感监测的影响目录1 绪........................................................................................................................................... - 4 -1 电磁波谱及大气对遥感监测的影响…………………………………………..-31.1 电磁波及电磁波谱 ................................................................................................. - 4 -1.1.1 电磁波................................................................................................................ - 4 -1.1.2 电磁波谱............................................................................................................ - 4 -1.2 大气对遥感监测的影响 ........................................................................................ - 5 -1.2.1 大气成分............................................................................................................ - 5 -1.2.2 大气结构............................................................................................................ - 5 -1.2.3 大气对太阳辐射的影响.................................................................................... - 6 -1.2.3.1 大气的反射作用........................................................................................... - 6 -1.2.3.2 大气的吸收作用........................................................................................... - 6 -1.2.3.3 大气的散射作用........................................................................................... - 7 -1.2.3.4 小结.......................................................................................................... - 10 -1.2.4 大气窗口.......................................................................................................... - 10 -2 地物的波谱特性......................................................................................................... - 11 -2.1 地物波谱与地物波谱特性.................................................................................. - 11 -2.1.1 地物波谱.......................................................................................................... - 11 -2.1.2 地物波谱特性.................................................................................................. - 11 -2.2 地物的反射波谱特征........................................................................................... - 11 -2.2.1 地物反射与反射类型...................................................................................... - 12 -2.2.2 地物的反射率.................................................................................................. - 12 -2.2.2.1 概念及影响因素......................................................................................... - 13 -2.2.2.2 差异的意义 ............................................................................................... - 13 -2.2.3 地物反射波谱与反射波谱曲线...................................................................... - 13 -2.2.3.1 概念.......................................................................................................... - 13 -2.2.3.2 不同地物不同反射波谱及其意义................................................................. - 14 -2.2.3.3 几种常见地物的反射波谱曲线特征 ............................................................. - 14 -2.3 地物的发射波谱特征........................................................................................... - 16 -2.3.1 黑体辐射.......................................................................................................... - 16 -2.3.2 实际物体辐射.................................................................................................. - 17 -2.3.2.1 基尔霍夫定律............................................................................................ - 17 -3 地物波谱曲线的作用 .............................................................................................. - 18 -4 心得体会......................................................................................................................... - 19 -5 思考题及参考答案.................................................................................................... - 20 -6、图表目录…………………………………………………………………………………-14图1-1 电磁波谱图……………………………………………………………………- 4 图1-2 大气垂直分布图...............................................................................................- 4 图1-3 大气吸收谱…………………………………………………………………….- 6 图1-4 散射光强分布图………………………………………………………………- 7 图1-5 瑞利散射与波长的关系……………………………………………………..- 8 图1-6 米氏散射……………………………………………………………………….- 8 图1-7 无选择散射…………………………………………………………………….- 9 图1-8 大气吸收与大气窗口示意图………………………………………………-10 图2-1 镜面反射……………………………………………………………………....-11图2-2 漫反射………………………………………………………………………….-11图2-3 方向反射……………………………………………………………………....-11 图2-4 瑞利准则的推导……………………………………………………………..-12 图2-5 雪、沙漠、湿地、小麦反射波谱曲线………………………………….-13图2-6 叶子的反射波谱曲线……………………………………………………….-14 图2-7 水体的反射波谱曲线………………………………………………………..-14图2-8 三种土壤的反射波谱曲线…………………………………………………-15图2-9 几种岩石的反射波谱曲线…………………………………………………-15 图2-10 不同温度下的黑体波谱辐射通量密度曲线……………………………-16图2-11 不同温度时黑体辐射的峰值波长………………………………………..-16表1-1 常用的波段……………………………………………………………………- 6表2-1 一些地物（温度20度）的发射率……………………………………….-127、小组分工…………………………………………………………………………………-16遥感物理基础§1 绪遥感（remote sensing）即“遥远的感知”，是一门集中了卫星技术、电子技术、光学技术、计算机技术、通讯技术以及地球科学等多种科学，利用航天、航空探测器对陆地、海洋、大气、环境等进行检测与测绘的综合性很强的新型探测技术。
大气和环境对遥感的影响
大气和环境对遥感的影响遥感是利用在空间上获取的电磁辐射信息来研究地球表层特征及其变化的一种科学方法。
然而，大气和环境的影响对遥感数据的获取和解释都有着重要的影响。
首先，大气层对遥感数据的影响主要体现在遥感辐射的传输过程中。
大气层对不同波长的电磁辐射有着不同的吸收和散射特性。
例如，在可见光和近红外波段中，大气层主要受到散射的影响，造成图像模糊和降低空间分辨率。
而在短波红外和热红外波段中，大气层的吸收作用较大，使得光谱信息减少，从而影响了定量遥感分析的精度。
其次，大气和环境对遥感数据的获取条件也有一定的限制。
大气中的云层和大气悬浮物会阻碍遥感传感器对地表的观测。
云层会遮挡地表目标，使得遥感数据无法获取到真实的地表信息。
大气悬浮物如烟尘、大气颗粒物等，会散射和吸收电磁辐射，减弱地表辐射的能量，导致观测到的遥感图像亮度降低，影响数据的质量和解释。
此外，大气光学厚度和光学属性也是遥感数据解释的重要因素之一、大气透明度不同会导致地表反射和辐射的量不同，进而影响遥感数据的定量化解释和应用。
光学属性的影响包括大气散射角、大气成像模糊、大气辐射校正等。
这些因素需要通过大气校正和大气模型的建立来消除或减小其对遥感数据解释的影响。
环境因素也会对遥感数据的解释和应用产生重要影响。
地表覆盖类型、地表粗糙度、地表特征等都会对遥感数据的反射和辐射特性造成影响。
例如，在植被覆盖较多的地区，植被的光学特性和结构会对远红外和近红外波段的数据有着较大的影响。
研究也表明，地表的粗糙度会导致遥感数据在微观尺度上产生混合像元，影响定量遥感分析的结果。
总之，大气和环境因素对遥感数据的获取、传输和解释都有着重要的影响。
科研人员在进行遥感数据处理时，需要考虑和消除这些影响，以提高数据的可靠性和准确性，从而更好地应用遥感技术进行地表特征和环境变化的研究。
遥感知识点
一、遥感的概念1、遥感（Remote Sensing)：不接触地物，从远处把目标地物的电磁波特征记录下来，通过分析揭示地物的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2、遥感的定义广义遥感——无接触的远距离探测狭义遥感——不与探测目标接触，记录目标的电磁波特性遥感不同于遥测（telemetry）和遥控（remote control），但需要综合运用遥测和遥控技术。
3、几个重要的概念传感器：又名遥感器，是指远距离感测地物环境辐射或反射电磁波的仪器。
遥感平台：遥感中搭载传感器的工具称为遥感平台，按高度可分为地面平台、航空平台、航天平台。
二、遥感技术的特点宏观性、综合性、多波段性（全天候）、多时相性（动态分析）三、遥感的分类按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。
按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。
按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感四、遥感技术系统1、定义：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。
包括被测目标的信息特征、信息的获取、信息的记录与传输、信息的处理和信息的应用五大部分2、遥感技术系统的组成遥感试验：对电磁波特性、信息获取、传输和处理技术的试验。
遥感信息获取：中心工作。
遥感平台和传感器。
信息的记录与传输：遥感信息处理：处理的原因遥感信息应用四、遥感技术系统1、遥感发展概况与展望Remote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊特于1960年提出，1961年正式通过。
遥感发展的三个阶段：萌芽阶段、航空遥感阶段、航天遥感阶段（气球、风筝、信鸽姿态不定，均不是理想的遥感平台）航空遥感阶段1903年航天遥感阶段1957年2、我国遥感发展概况50年代航空摄影和应用工作。
60年代，航空摄影工作初具规模，应用范围不断扩大。
大气环境与生态系统的遥感监测与评估
大气环境与生态系统的遥感监测与评估大气环境和生态系统是人类生存和发展所必须的基本要素。
随着经济的发展和人类活动的增多，大气环境和生态系统也受到了越来越严重的破坏。
为了更好地保护和管理大气环境和生态系统，遥感监测和评估技术逐渐成为环保领域的热门话题。
一、大气环境的遥感监测与评估大气环境是指地球大气层的物理、化学和生物学状况。
大气环境对生态系统和人类的活动都有着重要影响。
大气污染已成为全球性的环境问题，严重影响了人类的生命健康和社会经济的发展。
遥感技术为大气环境监测提供了一种新的手段。
它可以通过卫星、飞机、无人机等载体获取大气环境数据，不受时间和空间限制，能够提供全球范围内的大气环境状况，大大提高了监测效率和质量。
遥感技术可以获取大气环境的多种信息，如大气温度、湿度、风速、风向、空气质量、大气成分等。
这些信息能够帮助科学家分析大气环境状况，研究空气污染的来源和规律，并制定出相应的应对措施，以减少大气污染对人类的危害。
二、生态系统的遥感监测与评估生态系统是指生物与环境相互作用形成的综合体系，包括陆地生态系统、水生生态系统、海洋生态系统等。
生态环境的破坏已成为全球性的问题，对生物多样性的保护和人类的生存都带来了很大的挑战。
生态系统的遥感监测与评估是保护生态环境的一种有效手段。
通过遥感技术，可以获取生态系统各个组成部分的数据，如植被覆盖度、生物量、土地利用方式等。
这些数据能够帮助科学家了解生态系统的状态和变化规律，并采取有效的措施来保护生态环境。
例如，遥感技术可以对森林砍伐的情况进行监测和评估，了解森林覆盖度的变化和森林生态系统的健康状况，并通过分析原因找到露天矿山、有害生物等破坏森林的罪魁祸首，进而采取相应的措施，如采取植树造林、森林保护等来恢复和保护森林。
三、结语遥感技术的应用不仅提高了大气环境和生态环境监测和评估的质量和效率，还为科学家提供了更多的信息和数据，有助于科学家更准确地分析和预测环境变化趋势。
2遥感物理基础
遥感的基本出发点
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
2、地物的发射光谱特性 黑体 普朗克公式 斯蒂芬－玻尔兹曼定律（Stephen Boltzmann Law） 维恩位移定律（Wien’s Displacement Law） 基尔霍夫定律 地物的发射光谱
100-106cm ＞106cm
用于无线电通讯，分超短波、短波、中波、长波
冯新伟
常用的遥感波段有：紫外线、可见光、红外线、微波
紫外线：波长范围0.1---0.38μm，太阳辐射只有0.3--0.4μm到达地面，能量较少；可探测的高度在2000m以 下，目前多用于探测碳酸岩分布，油污染的监测，能提 供土壤水份和作物病类信息。 可见光：波长范围0.38---0.76μm，人眼对该波段具有 敏锐的分辨能力，是鉴别物质的主要波段。遥感技术中 主要用摄影和扫描方式接收和纪录地物对可见光的反射 特征，是现在遥感中最常用的波段。
河南农业大学资源与环境学院 冯新伟 河南农业大学资源与环境学院
冯新伟
太阳
太阳是太阳系唯一的恒星，它集中了太阳系99.865%的质量。 太阳是一个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。太阳从 中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。其能 量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的 密度和温度极高。太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%） 与氦（质量约占27%）。
遥感技术在环境监测与资源调查中的应用
遥感技术在环境监测与资源调查中的应用随着城市化进程的加速和人口增加，环境污染和资源短缺问题越来越严重，迫切需要一种高效、快速的监测手段来保护环境，调查和管理资源。
遥感技术就是一种能够通过卫星、航空器等远距离获取地球表面信息的手段，被广泛应用在环境监测和资源调查中。
本文将详细介绍遥感技术在环境监测和资源调查中的应用。
一、环境监测中的遥感技术应用1. 大气污染监测大气污染是影响人类健康和城市生态环境的重要因素。
遥感技术可以通过卫星获取大气成分和光学厚度等信息，来精确监测大气污染物，包括臭氧、二氧化氮、颗粒物、硫化物等，同时可以监视火灾烟雾和沙尘暴，及时作出预警和响应措施。
2. 土地利用和覆盖监测随着城市化的发展，大量的土地被用于工业和城市建设，极大地影响了生态环境的平衡。
遥感技术可以通过获取卫星的高分辨率图像来监测土地利用类型和土地覆盖程度，包括林地、草地、湿地、水域、城市和工业地带等，能够更加精确地评估生态环境状况。
3. 水资源监测水资源是人类维持生命和社会发展的基本需求，而水资源的利用和保护一直是一个全球性的问题。
遥感技术可以通过获取水体的空间范围和水深数据来监测水资源变化，包括湖泊、河流、水库和海洋等，能够对水质、水量和水流速率等进行准确监测，保障人类对水资源的利用和保护。
二、资源调查中的遥感技术应用1. 地质勘探地质勘探是矿产勘探和油气勘探中最常用的一种方法，而遥感技术正是一种非常有效的勘探手段，可以通过获取卫星和航空器的图像来检测地表的物理和化学特征，包括地形、地貌、地物、结构等等，能够帮助矿产和油气开发商更快、更准确地预测矿产和油气的位置和储量。
2. 农业资源管理农业是人类生产生活的基础，而且影响着全球的粮食安全，因此如何科学和高效地利用农业资源也变得十分重要。
遥感技术可以通过获取卫星和航空器的图像来评估农作物生长过程、作物种植情况、土地利用情况等，这些数据能够帮助农业生产者决策种植栽培策略，提高农田利用率和产量。
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2. 米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多 时的大气散射。
➢ 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近， 所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。
3. 无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大 得多时所发生的散射。符合无选择性散射条 件的波段中，任何波段的散射强度相同。
➢ 水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非 选择性散射。
Non-Selective scatter of EM radiation by a cloud
三种散射作用
1. 瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时， 此时的散射称为瑞利散射。
➢ 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散 射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是 红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外 线散射的1万倍。
四、大气窗口
1、大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或 散射的投射率较高的电磁辐射波段。
• 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。 • 常见的大气窗口：
Atmospheric Windows
▪ Some sensors, especially those on meteorological satellites, seek to directly measure absorption phenomena such as those associated with CO2 and other gaseous molecules.
▪ Note that the atmosphere is nearly opaque to EM radiation in the mid and far IR
▪ In the microwave region, by contrast, most of the EM radiation moves through unimpeded - so that radar at commonly used wavelengths will nearly all reach the Earth surface unimpeded - although specific wavelengths are scattered by raindrops.
a>
▪ Non-selective scatter is more of a problem, and occurs when the diameter of the particles causing scatter are much larger than the wavelengths being sensed.
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 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。
Absorption
▪ In contrast to scatter, atmospheric absorption results in the effective loss of energy to atmospheric constituents.
Scattering
▪ Atmospheric scattering is the unpredictable diffusion of radiation by particles in the atmosphere.
▪ Three types of scattering can be distinguished, depending on the relationship between the diameter of the scattering particle (a) and the wavelength of the radiation ().
▪ Although Rayleigh scatter tends to dominate under most atmospheric conditions, Mie scatter is significant in slightly overcast ones.
Non-selective scatter
Mie Scatter
a <=>
▪ Mie scatter exists when the atmospheric particle diameter is essentially equal to the energy wavelengths being sensed.
▪ Water vapour and dust particles are major causes of Mie scatter. This type of scatter tends to influence longer wavelengths than Rayleigh scatter.
大气和环境对感的影响
• 大气的成分和结构 • 大气对太阳辐射的影响 • 大气窗口 • 环境对地物光谱特性的影响
一、大气的成分
• 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射 和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分 有关。
• 大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微 粒混合组成的。
• 大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰 减的重要原因。
五、环境对地物光谱特性的影响
1. 地物的物理性状 2. 光源的辐射强度：纬度与海拔高度 3. 季节：太阳高度不同 4. 探测时间：时间不同，反射率不同。
5. 气象条件
Absorption of EM energy by the atmosphere
（二）大气的散射作用
散射作用：太阳辐射在长波过程中遇 到小微粒而使传播方向改变，并向各个 方向散开。改变了电磁波的传播方向； 干扰传感器的接收；降低了遥感数据的 质量、影像模糊，影响判读。
大气散射集中在太阳辐射能量最强的 可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减 的主要原因。
▪ Rayleigh scatter is one of the principal causes of haze in imagery. Visually haze diminishes the crispness or contrast of an image.
Relationship between path length of EM radiation and the level of atmospheric scatter
➢ 云雾为什么通常呈现白色？
结论
1. 太阳辐射衰减的原因是什么？ 2. 在可见光和近红外波段，大气最主要的散
射作用是什么？
3. 无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
4. 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
5. 微波为什么具有极强的穿透云层的作用？ 6. 为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大
气层的散射和吸收作用？
➢ 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的 影响很小，对微波的影响可以不计。
➢ 多波段中不使用蓝紫光的原因：
颜色 红 橙黄 黄 绿 青兰 紫 紫外线
波长 0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3 散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0
➢无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？ ➢朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
▪ 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.
三、大气对太阳辐射的影响
• 太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回；17%被
大气吸收；22%被大气散射；31%到达地面。（图2-3）
• 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 感很少使用紫外波段的原因。
▪ This normally involves absorption of energy at a given wavelength.
▪ The most efficient absorbers of solar radiation in this regard are:
– Water Vapour – Carbon Dioxide – Ozone
二、大气的结构
• 大气的垂直分层：对流层、 平流层、中气层、热层和 大气外层。
1. 对流层 ：航空遥感活动 区。遥感侧重研究电磁波 在该层内的传输特性。
2. 平流层：较为微弱。 3. 中气层：温度随高度增加
而递减。 4. 热层：增温层。电离层。
卫星的运行空间。 5. 大气外层：1000公里以外
的星际空间。
▪ Water droplets, that commonly have diameters of
between 5 and 100mm, can cause such scatter, and can
affect all visible and near - to - mid-IR wavelengths equally. ▪ Consequently, this scattering is “non-selective” with respect to wavelength. In the visible wavelengths, equal quantities of blue green and red light are scattered.
Scattering of EM energy by the atmosphere