第二章 电磁波谱与地物波谱特征
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遥感概论ppt课件第二章--电磁辐射与地物光谱特征
自然界的物体与绝对黑体作辐射比较，都有与石英晶体类似的性质，只不过吸收 系数不同而已(表2．3)。由基尔霍夫定律可以知道，绝对黑体不仅具有最大的吸 收率，也具有最大的发射率，却丝毫不存在反射。对于实际物体，都可以看作辐 射源，如果物体的吸收本领大，即吸收率越接近1，它的发射本领也大，即越接 近黑体辐射。这也是为什么吸收率又可叫作发射率的原因。
22
2.2 太阳辐射及大气对辐射的 影响
l太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
6
2.1.2 电磁辐射的度量
1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐
射，也能够向外辐射。 因此对辐射源的认识不仅限于太阳、 炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、 X射线、微波辐 射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。 电 磁波传递就是电磁能量的传递。因此遥感探测实际上是辐射 能量的测定。
一般辐射体和发射率
21
以石英的辐射为例，对不同波长测出对 应于该波长的光谱辐射出射度Mλ,这时
石英温度假定为250 K。分别作出250 K 时绝对黑体的辐射曲线和石英的辐射曲 线(图2．9)，从图可以看出，石英的辐 射显然比黑体辐射弱，而且随波长不同 而不同，也就是说比辐射率(或吸收系 数)与波长有关。虚线各点的纵坐标是 石英对应于每一波长的光谱辐射出射度 ．曲线下面积是整个电磁波谱的总辐 射出射度。
l 方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的 影响
l太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
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2.1.2 电磁辐射的度量
1. 辐射源 任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对它的辐
射，也能够向外辐射。 因此对辐射源的认识不仅限于太阳、 炉子等发光发热的物体。能发出紫外辐射、 X射线、微波辐 射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。 电 磁波传递就是电磁能量的传递。因此遥感探测实际上是辐射 能量的测定。
一般辐射体和发射率
21
以石英的辐射为例，对不同波长测出对 应于该波长的光谱辐射出射度Mλ,这时
石英温度假定为250 K。分别作出250 K 时绝对黑体的辐射曲线和石英的辐射曲 线(图2．9)，从图可以看出，石英的辐 射显然比黑体辐射弱，而且随波长不同 而不同，也就是说比辐射率(或吸收系 数)与波长有关。虚线各点的纵坐标是 石英对应于每一波长的光谱辐射出射度 ．曲线下面积是整个电磁波谱的总辐 射出射度。
l 方向:由电 磁振荡向各个 不同方向传播 的.
2电磁波谱与地物波谱特征
大气窗口
电磁波通过大气层时较少被反射、 吸收和散射的，透过率较高的波段
辐射传输
辐射传输是电磁辐射与不同介质相 互作用的复杂过程
地球辐射
地球表面和大气电磁辐射的总称
地球辐射的分段特性
0.3-2.5微米波段（主要在可见光与近红 外波段），地表以反射太阳辐射为主， 地球自身的辐射可以忽略 2.5-6.0微米波段（主要在中红外波段）， 地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射 均为被动遥感的辐射源 6.0微米以上的热红外波段，地球自身的 热辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽 略不计
电磁波的度量
遥感信息是从遥感器定量记录的地表物 体电磁辐射数据中提取的
–辐射测量（radiometry） –光度测量（photometry） –比辐射率 –亮温
太阳辐射
太阳发出的电磁波辐射 太阳辐射在从近紫外到中红外这一波段内能量最 集中而且相对来说最稳定，太阳强度变化最小
Irradiance (W m-2 µm-1)
200 0 150 0 100 0 500 0 0
Exoatmospheric solar irradiance F0(λ) Solar irradiance reaching the surface F(λ)
Wavelength (µm)
1
2
3
太阳辐照度分布曲线
大气成分
大气成分主要有：
–气体分子（氮气\氧气\二氧化碳） –其它微粒(水汽\气溶胶\其他粒子等)
地物的反射
镜 面 反 射 漫反射 实 际 地 物反射
常见的几种地物类型波谱特征
植被 水体 土壤 岩石
植被的波谱特征
可见光波段：在0.45微米附近区间（兰色波段）有一个 吸收谷，在0.55微米附近区间（绿色波段）有一个反射 峰，在0.67微米附近区间（红色波段）有一个吸收谷 近红外波段：从0.76μm处反射率迅速增大，形成一个 爬升的的“陡坡”，至1.1μm附近有一峰值，反射率最 大可达50%，形成植被的独有特征 中 红 外 波 段 ： 1.5-1.9 微 米 光 谱 区 反 射 率 增 大 ， 在 1.45μm ， 1.95μm 和 2.7μm 为中心的附近区间受到绿色 植物含水量的影响，反射率下降，形成低谷
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
❖ 可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有 敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。
❖ 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为 近红外、中红外、远红外和超远红外。
❖ 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾
的影响。
本节结束
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§2 太阳辐射
• 太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气 上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。
• 从太太阳阳辐光射谱的曲能线量可主以要看集出中(…在)可：见光，其中0.38 ～ 0.76 µm的可见光能量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；
太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；
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；
的热辐射，其峰值波长为9.66 μm，主要集中返回在长波下，一即节 6μm以上的热红外区段。
§5 地物的热辐射
温度一定时，物体的热辐射遵循基尔霍夫定律。
地物的发射率随波长变化的曲线叫发射光谱曲线。
地物的发射率与地表的粗糙度、颜色和温度有关。
表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。
地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发 射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。
§6 微波与地物的作用
与微波的作用机理。 §7 各典型地物的光谱曲线
§1 遥感的电磁波原理
• 电磁波 交互变化的电磁场在空间的传播。
• 描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅、位相等。
• 电磁波的特性 电磁波是横波，传播速度为3×108 m/s，不需要 媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、 透射、散射等，并遵循同一规律。To be continued…
第二章 电磁波谱与地物波谱特征ppt课件
部分占总能量的份额称为吸收率，其值在0-1之间。黑颜 色的物体吸收能力大于白颜色的物体，吸收系数也比较大。 如黑色的煤烟，其吸收系数接近99%，被认为是最接近绝对 黑体的自然物质。恒星和太阳的辐射也被看做是接近黑体 辐射的辐射源。但实际上自然界并不存在绝对黑体。
-
16
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在2008春节期间我国南方地区的冰雪灾害过程中，在历 次洪涝灾害过程中，在我国南方地区农作物生长的关键 时刻，经常是阴云密布，或大雨滂沱，只有SAR能够工作 得到遥感图像。
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15
2.1.4 黑体辐射
绝对黑体（black body） 如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，即吸收
率α=1，则这种物体称为绝对黑体，或简称黑体。 一般物体收到辐射时，对辐射能量总是有吸收、反射。吸收
-
9
2.1.3 遥感应用电磁波段
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10
2.1.3 遥感应用电磁波段
可见光 波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、青、
蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感觉，不仅对可 见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有敏锐 的分辨能力，其中对0.55 μm最敏感，所以可见光是作为 鉴别物质特征的主要波段。
2.2.1 太阳辐射 2.2.2 大气吸收 2.2.3 大气散射 2.2.4 大气窗口
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2.2.1 太阳辐射 太阳是被动遥感最主要的辐射源。
0 太阳光谱曲线
-
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2.2.1 太阳辐射
从太阳光谱曲线可看出： 到达地面的太阳辐射包括近紫外、可见光和红外； 太阳辐射的光谱是连续光谱； 太阳辐射的能量主要集中在可见光； 最大辐射强度位于波长0.47µm左右； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在2008春节期间我国南方地区的冰雪灾害过程中，在历 次洪涝灾害过程中，在我国南方地区农作物生长的关键 时刻，经常是阴云密布，或大雨滂沱，只有SAR能够工作 得到遥感图像。
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2.1.4 黑体辐射
绝对黑体（black body） 如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，即吸收
率α=1，则这种物体称为绝对黑体，或简称黑体。 一般物体收到辐射时，对辐射能量总是有吸收、反射。吸收
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2.1.3 遥感应用电磁波段
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2.1.3 遥感应用电磁波段
可见光 波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、青、
蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感觉，不仅对可 见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有敏锐 的分辨能力，其中对0.55 μm最敏感，所以可见光是作为 鉴别物质特征的主要波段。
2.2.1 太阳辐射 2.2.2 大气吸收 2.2.3 大气散射 2.2.4 大气窗口
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2.2.1 太阳辐射 太阳是被动遥感最主要的辐射源。
0 太阳光谱曲线
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2.2.1 太阳辐射
从太阳光谱曲线可看出： 到达地面的太阳辐射包括近紫外、可见光和红外； 太阳辐射的光谱是连续光谱； 太阳辐射的能量主要集中在可见光； 最大辐射强度位于波长0.47µm左右； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 各波段的衰减是不均衡的。
第二章电磁辐射和地物波普特征
第二章 电磁辐射和地物波普特征电磁波普：是按电磁波在真空中的波长递增或频率递减而排列的，它包括γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波等。
大气窗口：指电磁波通过大气层时较少被反射、散射和吸收的，透过率较高的波段。
反射波谱：指地物反射率随波长的变化规律，通常用平面坐标曲线表示，横坐标表示波长，纵坐标表示反射率，同一物体的波谱曲线反映出不同波段的不同反射率，将此与遥感传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。
瑞利散射：大气粒子的直径比辐射的波长小得多时发生的散射，通常是由大气分子和原子引起的，对可见光波段影响非常明显。
米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射，这种散射主要由大气中的微粒引起，例如气溶胶、小水滴。
散射强度与波长的二次方成反比，并且向前散射强度大于向后散射强度，具有明显的方向性。
无选择性散射：当大气中粒子的直径比辐射的波长大得多时发生的散射，散射的特点是散射强度与波长无关。
辐射亮度：假设有一辐射源是面状的，向外辐射的强度随辐射的方向不同而不同，则辐射亮度L 定义为辐射源在某一方向上，单位投影表面，单位立体角的辐射通量。
太阳天顶角：太阳入射光线与地面垂线方向构成的夹角，与太阳高度角之和为90°。
后向散射：在两个均匀介质的分界面上，当电磁波从一个介质中入射时，会在分界面上产生散射，这种散射叫做表面散射。
在表面散射中，散射面的粗糙度是非常重要的，所以在不是镜面的情况下必须使用能够计算的量来衡量。
通常散射截面积是入射方向和散射方向的函数，而在合成孔径雷达及散射计等遥感器中，所观测的散射波的方向是入射方向，这个方向上的散射就称作后向散射。
绝对黑体：如果有一种物体对任何波长的辐射能量都全部吸收，这个物体叫绝对黑体。
维恩位移定律：在一定温度下，绝对黑体的与辐射本领最大值相对应的波长λ和绝对温度T 的乘积为一常数，即λT=b 。
上述结论称为维恩位移定律，式中，b=0.002897m ·K ，称为维恩常量。
电磁波普与地物波普特征
第二章电磁波普与地物波普特征第一节电磁波与电磁波谱2.1.1 电磁波与电磁波谱1．电磁波一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子的稳定振荡。
当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。
2．电磁辐射电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。
1887年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验，证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。
装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影象。
3．电磁波谱γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。
目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。
可见光区间辐射源于原子、分子中的外层电子跃迁。
红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。
无线电波是由电容、电感组成的振荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。
微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射。
由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。
可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。
电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。
4．电磁辐射的性质电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。
2.1.2 电磁辐射的传播电磁辐射通过不同的介质时，其强度、波长、相位、传播方向和偏振面等将发生变化，这些变化可能是单一的，也可能是复合的。
电磁波可以采用频率、相位、能量、极化等物理参数来描述。
电磁波在传播中遵循波的反射，折射，衍射，干涉，吸收，散射等传播规律。
2.1.3 电磁辐射的测量与度量单位遥感信息是从遥感器定量记录的地表物体电磁辐射数据中提取的。
2 第二章 电磁辐射与地物光谱特征
遥感导论
第二章 电磁辐射与地物
光谱特征
文 管理学院 力 地理科学系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容
电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气和环境对遥感的影响
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
电磁波
– 波：振动的传播称为波。
纵波：如果质点的振动方向与波的传播方向相同，称纵波。 横波：若质点的振动方向与波的传播方向垂直，称横波。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
辐射源：能够向外辐射电磁波的物体。任何物体都能够吸收
其他物体对它的辐射，也能向外辐射电磁波。
太阳辐射——可见光及红外遥感的重要辐射源 自然辐射源 地球电磁辐射——远红外遥感的辐射源
人工辐射源——人为发射，如雷达（微波雷达辐射源，激光雷达辐射源）
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
§2.1.3 黑体辐射 2.黑体辐射规律
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann‘s law ：即黑体总 辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成 正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很 大的变化。是红外装臵测定温度的理论基础。
M=σT4
σ为玻尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W·-2· -4 m K
电磁波谱
–将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制 成的图表。
–按照波长递增频率递减的顺序可以划分为：γ射线、 χ射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。
–遥感中多使用可见光、红外和微波波段。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
紫外线 波长：0.01~0.38μm 特征：1.对紫外线吸收较强。 2.能使溴化银底片感光。 应用：1.用于测定碳酸岩的分布。 2.用于油污检测。
第二章 电磁辐射与地物
光谱特征
文 管理学院 力 地理科学系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容
电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气和环境对遥感的影响
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
电磁波
– 波：振动的传播称为波。
纵波：如果质点的振动方向与波的传播方向相同，称纵波。 横波：若质点的振动方向与波的传播方向垂直，称横波。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
辐射源：能够向外辐射电磁波的物体。任何物体都能够吸收
其他物体对它的辐射，也能向外辐射电磁波。
太阳辐射——可见光及红外遥感的重要辐射源 自然辐射源 地球电磁辐射——远红外遥感的辐射源
人工辐射源——人为发射，如雷达（微波雷达辐射源，激光雷达辐射源）
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
§2.1.3 黑体辐射 2.黑体辐射规律
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann‘s law ：即黑体总 辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成 正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很 大的变化。是红外装臵测定温度的理论基础。
M=σT4
σ为玻尔兹曼常数，σ=5.67×10-8W·-2· -4 m K
电磁波谱
–将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制 成的图表。
–按照波长递增频率递减的顺序可以划分为：γ射线、 χ射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。
–遥感中多使用可见光、红外和微波波段。
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
紫外线 波长：0.01~0.38μm 特征：1.对紫外线吸收较强。 2.能使溴化银底片感光。 应用：1.用于测定碳酸岩的分布。 2.用于油污检测。
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射、 米氏散射和非选择性散射。
太阳辐射及大气对辐射的影响
大气窗口ห้องสมุดไป่ตู้
不是所有波长的电磁波都可以顺利通过大气。传感器 只能接受利用那些可以比较顺利通过大气的电磁波。 由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的 各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率 也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率 较高的波段叫大气窗口 对于传感器而言，只能选择透过率较高的波段，才具有 观测意义。否则，地物反射、发射的电磁波在穿越大气 时就被衰弱了，传感器根本捕捉不到。因此，传感器 选择的探测波段应包含在大气窗口之内。
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
遥感应用的电磁波波谱段
遥感器是通过探测或感测不同波段电磁辐 射的发射、反射的辐射能级而成像的。 紫外线： 可见光： 红外线： 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性 好，不受云雾的影响。
遥感应用的电磁波波谱段
紫外线：波长范围 为0.01～0.38μm， 太阳光谱中，只有 0.3～0.38μm波长 的光到达地面，对 油污染敏感，但探 测高度在2000 m以 下。
2. Wein’s Displacement Law 维恩位移定律
In addition to computing the total amount of energy exiting a theoretical blackbody such as the Sun, we can determine its dominant wavelength (辐射峰值波长 lmax) based on Wein's displacement law:
实际物体反射
太阳辐射及大气对辐射的影响
大气窗口ห้องสมุดไป่ตู้
不是所有波长的电磁波都可以顺利通过大气。传感器 只能接受利用那些可以比较顺利通过大气的电磁波。 由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的 各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率 也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率 较高的波段叫大气窗口 对于传感器而言，只能选择透过率较高的波段，才具有 观测意义。否则，地物反射、发射的电磁波在穿越大气 时就被衰弱了，传感器根本捕捉不到。因此，传感器 选择的探测波段应包含在大气窗口之内。
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
遥感应用的电磁波波谱段
遥感器是通过探测或感测不同波段电磁辐 射的发射、反射的辐射能级而成像的。 紫外线： 可见光： 红外线： 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性 好，不受云雾的影响。
遥感应用的电磁波波谱段
紫外线：波长范围 为0.01～0.38μm， 太阳光谱中，只有 0.3～0.38μm波长 的光到达地面，对 油污染敏感，但探 测高度在2000 m以 下。
2. Wein’s Displacement Law 维恩位移定律
In addition to computing the total amount of energy exiting a theoretical blackbody such as the Sun, we can determine its dominant wavelength (辐射峰值波长 lmax) based on Wein's displacement law:
实际物体反射
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TM5
近-中红外 2.0～3.5 μm 80
TM7
中红外 远红外
3.5～5.5 μm 8～14 μm M6 BACK
微波的波段划分
波段名称
波长/cm
Kα
0.75~1.13
K
1.13~1.67
Ku
1.67~2.42
X
2.42~3.75
C
3.75~7.5
S
7.5~15
BACK
太阳辐射（1）
地面太阳辐射
P34, 图 2.20
大气上界太阳辐照度
海平面太阳辐照度
太阳光谱辐照度
波长(nm)
To be
太阳辐射（2）
BACK
地物波谱特征
❖ 在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物 发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后， 物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未 被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即：
大气窗口的光谱波段主要有： ➢0.3～1.15um，即紫外、可见光、近红外波段 ➢1.3～2.5um和3.5～5.0um，即近、中红外波段
➢ 3.5～5.5um，即中红外波段，该波段除通透反射 光外，也通透地面物体自身发射的热辐射能量；
➢ 8～14um，即远红外波段，主要通透来自地物辐 射的能量，适于夜间成像；
到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量
❖ 一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物
体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0. 45～ 0. 56μm的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达10～20 m，
清澈水体可达100 m的深度。
❖ 对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5cm的电磁波却有透 射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。
五、大气窗口
折射改变了太阳辐射的方向，并不改变太阳辐射的强度。 因此，就辐射强度而言，太阳辐射经过大气传输后，主要是 反射、吸收和散射的共同影响衰减了辐射强度，剩余部分即 为透过的部分。对遥感传感器而言，只能选择透过率高的波 段，才对观测有意义。
通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的， 透过率较高的波段称为大气窗口。
➢地物的电磁波响应特征随电磁波长改变而改变的规律 ➢不同类型的地物，其电磁波响应特性不同，因此地物波谱 特征是遥感识别地物的基础。
植被光谱曲线 土壤光谱曲线 水体光谱曲线 岩石光谱曲线 常见地物比较光谱曲线
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红外线的划分
近红外：0.76～3.0 µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0 µm，地面常温下的辐射波 长，有热感，又叫热红外。 远红外：6.0～15.0 µm，地面常温下的辐射波 长，有热感，又叫热红外。 超远红外：15.0～1000 µm，多被大气吸收， 遥感探测器一般无法探测。
经 各过波段大的气衰层的减是太不阳本均辐节射衡结有的束。很大的衰减返；回
下一节
§3 太阳辐射与大气的作用
一、大气结构 二、大气成分 三、大气吸收作用 四、大气散射作用 五、大气窗口
本节结束
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一、大气结构
一般认为大气厚度1000km，且在垂直 方向自下而上可分为对流层、平流层、中流 层、热层（增温层），热层再往上就是接近 大气层外的顶部空间，也称为散逸层。
成太阳辐射的大气吸收带（如下表）。
O2吸收带 <0.2μm，0.155 μm最强
O3吸收带 0.2～0.36 μm，0.6 μm
H2O吸收带 0.5～0.9 μm , 0.95～2.85 μm，6.25 μm
CO2吸收带 1.35～2.85 μm, 2.7 μm,4.3 μm,14.5 μm
尘埃
吸收量很小
大气窗口
概念：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波
段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们
就把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
波段
透射率/% 应用举例
紫外可见光 近红外
0.3～1.3 μm
＞90
TM1-4、SPOT 的HRV
近红外 1.5～1.8 μm 80
在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。
从太阳光谱曲线可以看出(…)：
太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；
太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µm的可见光能量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；
➢ 0.8～2.5 cm，即微波波段，这一区间可以全天候 观测，而且是主动遥感方式，如侧视雷达。
§4 太阳辐射与地物的作用
太阳辐射与地表的相互作用(…)
地物太阳的辐射反到射达地率表后(…，一)部分反射，一部分吸收，一部
漫分反反透射到射射率达，（地(即…ρ面：）的)：太地阳辐物射的能反量射＝能反量射与能量入＋射吸总收能能量量的＋透比， 镜面反射(…) 射即能ρ=量(Pρ/ P 0)×100%。
散射现象的实质是电磁波在传输中遇到大气微粒 而产生的一种衍射现象。因此，这种现象只有当大 气中的分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波 长时才发生。大气散射有三种情况：
➢瑞利散射：大气粒子的直径远小于波长时发生
➢米氏散射：大气粒子的直径与波长相当时发生
➢无选择散射：当大气中粒子的直径比波长大得多 时发生的散射。
电磁波谱
按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫 电磁波谱。
依次为： γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微 波—无线电波。 电磁波谱示图
To be continued…
遥感应用的电磁波波谱段
❖ 紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只 有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染敏感， 但探测高度在2000 m以下。
L
15~30
P
30~100
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植物的光谱曲线
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由于植物均进行光合作用，所以各类绿色植物具有很相似的反射波谱特性，其特 征是：在可见光波段0.55μm（绿光）附近有反射率为10%～20%的一个波峰， 两侧0.45μm（蓝）和0.67μm（红）则有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素 的影响造成的，叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿色反射作用强。在近红 外波段0.8μm～1.0μm间有一个反射的陡坡，至1.1μm附近有一峰值，形成植 被的独有特征。这是由于植被叶的细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形 成的高反射率。在中红外波段（1.3～2.5μm）受到绿色植物含水量的影响，吸 收率大增，反射率大大下降，特别是以1.45μm、1.95μm和2.7μm为中心是水 的吸收带，形成低谷。
一➢地地致表物的不反在。论射不一入的同般射太波地方阳段物向辐的的如射反反何成射射，为率近其遥是似反感不漫射记同反出录的射来的。，的主但能要各量辐个在射方各能向个量反方。射向的是
能而特可➢➢➢在面个一地反反地量有别达反反原般表射射物大1物些是射射因0而吸率率的小0～体物波，造.言收是也反不42的体射在成50，太可与射同~反如出遥的m0绝阳以地光。射水的感。.，5大辐本测物谱满，方图6清μ多射定的曲节足对向像m澈数后的表线的反一才上结水物具。面：蓝射定能水体束体有颜反绿定波探面可对约色射光律长测有达可3、率波，的到时100见0粗随段入电电很0K光糙波m。射磁磁亮的的都度长一角波波，温深不和变般等则，有度度具湿化水于透水 时，。备度的体反射面很从透等曲的射能是暗而射有线透角力近，形能关。射。较似就成力。深只强的是自，度有，镜这身
➢ 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有 影响。
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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
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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
❖ 可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有 敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。
❖ 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为 近红外、中红外、远红外和超远红外。
❖ 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾
的影响。
本节结束
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§2 太阳辐射
太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，
地表物体自身 热辐射为主
§5 地物的热辐射
温度一定时，物体的热辐射遵循基尔霍夫定律。
地物的发射率随波长变化的曲线叫发射光谱曲线。
地物的发射率与地表的粗糙度、颜色和温度有关。
表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。
地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物， 发射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。
幅动波减态长少情微较1/况e波长H倍（=传，（(5海3感衍.本73面%×器射节）1风的现0的结-、3波象穿ε束1海透/长显2)深/浪分著δ度等的辨定）义缘率为的故比趋观。较肤测同低深。度时，H，是: 观由察于精其
式度中和：取ε为样地物速的度介往电往常数不；能δ为协地调物。的导电率返。回 下一节
§7 各典型地物的光谱曲线
二、大气成分
大气主要成分为分子和其他微粒。
三、大气吸收作用
太阳辐射穿 过大气层时，大气 分子对电磁波的某 些波段有吸收作用。 吸收作用使辐射能 量转变为分子的内 能，从而引起这些 波段太阳辐射强度 的哀减，甚至某些 波段的电磁波完全 不能通过大气。
大气吸收谱
四、大气散射作用
辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改 变。并向各个方向散开，称散射。散射使原传播方 向的辐射强度减弱，而增加向其他各方向的辐射。