第2章 电磁辐射与地物光谱特征(1)090921讲解
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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.
二章电磁辐射与地物光谱特征ppt课件
厦门理工学院空间信息科学与工程系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。
尘埃：
它对太阳辐射也有一定的吸收作用，但吸收量很少。 当有沙暴、烟雾和火山爆发等现象发生时，大气中 尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多 时，即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利 散射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。
尘埃：
它对太阳辐射也有一定的吸收作用，但吸收量很少。 当有沙暴、烟雾和火山爆发等现象发生时，大气中 尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多 时，即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利 散射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。
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。
-
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
-
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
-
17
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
-
18
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。
二章电磁辐射与地物光谱特征-资料
1.3-2.5μm：
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
厦门理工学院空间信息科学与工程系
厦门理工学院空间信息科学与工程系
一、电磁波
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
1 概念：
电磁波是交变电场和磁场
在空中的转化和传播 2 特点：
电磁波是横波，传播速度为光速 有反射、吸收、透射、散射等。
厦门理工学院空间信息科学与工程系
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
二、电磁波谱
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
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氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
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2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
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一、电磁波
第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
1 概念：
电磁波是交变电场和磁场
在空中的转化和传播 2 特点：
电磁波是横波，传播速度为光速 有反射、吸收、透射、散射等。
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二、电磁波谱
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。
第2章电磁辐射地物光谱特征
大连市建成区及周边地表温度分布图
六、地物的反射波谱特征
1）地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变 而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。 地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表 现。
2）地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应 的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基 础。 3）太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收， 一部分透射，即：
电磁波谱
4、遥感技术使用的电磁波分类
名称和波长（λ）范围： 名称 紫外线 可见光 波长范围 0.01 ---- 0.38 0.38 ---- 0.76 μｍ μｍ
近红外
中红外 远红外
0.76 ---- 3.0
3.0 6.0 ---- 6.0 ---- 15.0
μｍ
μｍ μｍ
超远红外
微 波 无线电波
大气上层臭氧的存在，而臭氧对小于0.3
µ m的电磁波 具有极强的吸收能力，所以到达地面的太阳短波辐射 中，已不存在小于0.3 µ m 的短波辐射。 的气体，其中作用最为显著的有臭氧，二氧化碳，甲 烷和水汽
真正对电磁波传播起重要吸收作用的是一些非常少量
O 吸收波长<0.2μm
O3 吸收紫外光 CO2、H2O 吸收红外及长波
2）大气散射
辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生
改变，向各个方向散开，称散射。
太阳辐射通过大气二次影响增加了信号中的噪声
成分，造成遥感图像质量的下降。
大气散射的三种情况：
瑞利散射：当大气中粒子的直径比波长小得多时
发生的散射；主要由大气中的原子和分子引起。
散射强度与波长的四次方成反比。
----天为什么是蓝的？朝霞和夕阳偏橘 红色？
遥感导论：第二章 电磁辐射与地物波谱特征
二、电磁波谱
1. 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。
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其次是 红外线、可见光、紫外线、X射线；波长最短的是γ
射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。
无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生 的．红外线是由于分子的振动和转动能级跃迁时产生的.可 见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的． X射线是原 子内层电子受激发产生的．γ射线是原子核受激发产生的．
• 遥感技术得以实现的基础就是不同地物具有不 同的吸收、反射和发射电磁辐射能力。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
本章主要内容
➢ 电磁波谱与电磁辐射 ➢ 太阳辐射及大气对辐射的影响 ➢ 地球的辐射与地物波谱
第一节 电磁波谱与电磁辐射
❖电磁波及其特性 ❖电磁波谱 ❖电磁辐射的度量 ❖黑体辐射
一、电磁波及其特性
3．偏振 （Polarization）
通常把电场振动方向的平面称为偏振面。若偏振面方向固定， 不随时间而改变，则为线性偏振（线性极化或平面极化）。沿一个固 定方向振动的光为偏振光。
一些人造“光源”（如激光和无线电、雷达发射）常有明确的极 化状态；太阳光是非偏振光（所有方向的振幅相等，无一优势方向）； 介于两者之间的为部分偏振光--许多散射光、反射光、透射光均属 此类。
3）电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主
要表现为波动性 Asint kx ；在与物质相互作用时，
主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
❖ 波动性：把电磁振动的传播作为光滑连续的波对待， 用波长、频率、振幅等来描述。
❖ 粒子性：把电磁辐射能分解为非常小的微粒子---光 子，其能量大小用频率来描述。
第二章电磁辐射与地物光谱
（1）不同的地物具有不同的波谱特征。 （2）根据区分的地物不同选择不同波段的
遥感影像。 （3）卫星监测数据的波谱曲线是地物分类
的基础。 （4）地面光谱反射曲线的测定是遥感数据
分类的基础。 （5）地面波谱数据库的建设。 （6）地面波谱曲线测量是本章实验的主要
内容。
福建师范大学 地理科学学院 地球信息科学系
（二）地球的辐射
地球的辐射主要是指地球自身的热辐射，是远红外遥感 的主要辐射源。地球表面的平均温度大约是300K，地球 辐射最强的波长是9.66um，属于远红外波段。由于这种 辐射与地表热有关，所以也称为热红外遥感。地球辐射 的能量分布在从近红外到微波这一很宽的范围内，但大 部分集中在6~30um，热红外遥感被广泛应用于地表地热 异常的探测、城市热岛效应及水体热污染等方面的研究。
（二）地物的反射波谱曲线
地物反射光谱 ：地物的反射率随波长变化的规律。 地物反射光谱曲线：按地物反射率与波长之间关系绘成的曲线
（横轴为波长，纵轴为反射率）。
地物由于组成和结构的不同因而具有不同的反射光谱特性。这 是遥感的基本出发点。
不同地物在不同波段反射率存在着差异，因此在不同波段的遥 感图象上即呈现出不同的色调，这就是判读识别各种地物的依 据。设计传感器探测波段的波长范围是通过分析比较地物光谱 数据而选择设置的。
9月20日玉米、大豆
5月20日油菜、小麦
不同种类地物光谱不同
福建师范大学 地理科学学院 地球信息科学系
不同树种的反射波谱
福建师范大学 地理科学学院 地球信息科学系
（2）土壤反射波谱曲线
1）土质粗细，越细，反射 率越高；
2）有机质，越高，反射率 越低；
3）含水量，越高，反射率 越低；
遥感影像。 （3）卫星监测数据的波谱曲线是地物分类
的基础。 （4）地面光谱反射曲线的测定是遥感数据
分类的基础。 （5）地面波谱数据库的建设。 （6）地面波谱曲线测量是本章实验的主要
内容。
福建师范大学 地理科学学院 地球信息科学系
（二）地球的辐射
地球的辐射主要是指地球自身的热辐射，是远红外遥感 的主要辐射源。地球表面的平均温度大约是300K，地球 辐射最强的波长是9.66um，属于远红外波段。由于这种 辐射与地表热有关，所以也称为热红外遥感。地球辐射 的能量分布在从近红外到微波这一很宽的范围内，但大 部分集中在6~30um，热红外遥感被广泛应用于地表地热 异常的探测、城市热岛效应及水体热污染等方面的研究。
（二）地物的反射波谱曲线
地物反射光谱 ：地物的反射率随波长变化的规律。 地物反射光谱曲线：按地物反射率与波长之间关系绘成的曲线
（横轴为波长，纵轴为反射率）。
地物由于组成和结构的不同因而具有不同的反射光谱特性。这 是遥感的基本出发点。
不同地物在不同波段反射率存在着差异，因此在不同波段的遥 感图象上即呈现出不同的色调，这就是判读识别各种地物的依 据。设计传感器探测波段的波长范围是通过分析比较地物光谱 数据而选择设置的。
9月20日玉米、大豆
5月20日油菜、小麦
不同种类地物光谱不同
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不同树种的反射波谱
福建师范大学 地理科学学院 地球信息科学系
（2）土壤反射波谱曲线
1）土质粗细，越细，反射 率越高；
2）有机质，越高，反射率 越低；
3）含水量，越高，反射率 越低；
第二章电磁辐射与地物波谱特征
第二章电磁辐射与地物波谱特征电磁辐射（Electromagnetic Radiation）是一种包括可见光、红外线、紫外线、无线电波等各种波长的能量传播方式。
它是电磁场在空间中传播形成的波动现象。
地物波谱特征则是指地球表面物体在不同波长的电磁辐射下所表现出的不同特征。
电磁辐射具有波动性和小粒子性的双重本质，速度等物理特性由自由空间的固有性质决定。
它在空间中的传播速度近似为光速，即每秒约30万公里。
电磁辐射的波长与频率呈反比关系，波长越长频率越低，波长越短频率越高。
根据波长的不同，电磁辐射被分为不同的区域，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
地物波谱特征是指地球表面物体在不同波长的电磁辐射下所表现出的不同特征。
不同物体对电磁辐射的散射、吸收和反射特性不同，因此它们在不同波长下的反射率也会有所差异。
通过对这些反射率的观测和分析，可以研究地球表面的物质组成和结构。
在可见光波段下，地物的颜色和明暗程度是反射率的重要特征。
例如，植被通常呈现绿色，因为植被对绿色光的吸收率较低，反射率较高。
而水体则呈现蓝色，因为水对蓝色光的吸收较少，反射率较高。
在红外线波段下，地物的辐射特征主要与物体的温度有关。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的辐射功率与温度的四次方成正比。
因此，相同温度下的物体，辐射功率也会有所差异。
通过红外线遥感技术，可以测量物体的表面温度，以及区分不同物体的各个部分的温度差异。
在微波和雷达波段下，地物的散射特征是研究的重点。
微波和雷达波可以穿透云层和雾霾，因此在大气透明波段具有独特的优势。
微波与地物的相互作用主要是散射和吸收。
地面、植被和建筑物等物体对微波有不同的散射特征，可以通过微波遥感技术获取地物的三维结构信息。
总之，电磁辐射与地物波谱特征密切相关。
通过对不同波长电磁辐射的观测和分析，可以研究地球表面的物质组成、结构和温度等特征。
这对于遥感技术的应用具有重要意义，可以广泛应用于气候变化、环境保护、资源调查和自然灾害监测等领域。
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33
维恩位移定律
max · T b
b为常数,b =2.898×10-3m· K
维恩位移定律（揭示温度和波长的关系）
1、当物体温度一定时，物体在某波长上的辐射量最大 2、随着物体温度升高，物体辐射量最大的电磁波波长向短波方向移动 3、如果辐射最大值落在可见光波段，物体的颜色会随着温度的升高而 变化：波长逐渐变短，颜色由红色逐渐变蓝
电磁波的电（E）、磁（H）向量
9
◊
周期：波前进一个波长的距离所需的时间（T） 频率 (frequency) ：指单位时间内，完成振动或振荡的 次数，用 f 表示。单位为赫兹 (Hz) 、千赫 (KHz) 、兆赫 (MHz)、吉赫(GHz)等
◊
◊
电磁波的波长、频率及速度间的关系：＝f 电磁波在真空中以光速c＝3.0×108m/s传播，在大气中 小于光速但接近于光速传播
10
一般可用波长或频率来描述或定义电
磁波谱的范围
在可见光一红外遥感中多用波长，如 m 、
nm等
在微波遥感中多用频率，如MHz、GHz等
11
第一节 电磁波与电磁波谱
电磁波及其特性 电磁波谱 电磁辐射的度量 黑体辐射
12
二、电磁波谱
1、电磁波谱
定义：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依
◊
量，单位：W/m2，表示为：E=d /dS
25
电磁辐射度量
◊
辐照度I：被辐射物体单位面积上所接收的辐射通量， 单位：W/m2，表示为I=d/dS
dΦ
dS
26
电磁辐射度量
◊
辐射出射度M：辐射源物体表面单位面积上辐射出的 辐射通量，单位W/m2，表示为M=d/dS
dΦ
dS
27
电磁辐射度量
在0.6m附近有一宽的弱吸收带 在远红外9.6 m附近也有个强吸收带
49
C02：主要分布于低层大气，其在大气中的含量仅占0.03％左右，
人类的活动使之含量有所增加 C02在中—远红外区段(2.8、4.3、14.5m附近)均有强吸收带
波动性：遇到物体，根据波长发生衍射，电磁波彼此相遇 发身干涉，互不相扰 粒子性：电磁波传播遇到气体、液体、固体介质时，会发 生反射、吸收、透射等现象；电磁波入射到不透明物体上， 只发生吸收和反射现象
8
7、电磁波的主要参数
◊
波长 (Wavelength) ：指波在一个振动周期内传播的距 离。即沿波的传播方向，两个相邻的同相位点(如波峰 或波谷 ) 间的距离。用 表示，单位为厘米 (cm) 、毫米 (mm)、微米(m)、纳米(nm)等．1 m = 1000nm。
14
15
More than meets the eye!
电磁波谱示意图
16
2、遥感常用的电磁波波段的特性
可见光波段
◊
0.38-0.76 μm 作为鉴别物质特征的主要波段，是遥感中最常用的波段 尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它仍是遥感成
◊ ◊
像所使用的主要波段之一
◊
在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特性，不同地 物在此波段的图象易于区分
◊
辐射亮度L：用来确定面辐射源的辐射强度，具有方向性， 指辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐 射通量，单位：W/（sr· m2），表示为：
L A cos
28
电磁辐射度量
◊
辐射亮度L
▪ 通常情况下，面元的辐射亮度L(θ)随观测的角度θ而改变
▪ 当某一辐射源的L(θ)与θ无关时，这种辐射源被称为朗伯 （Lambert）源
次排列成的图表
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为 长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同
13
电磁波区段划分
波段 长波 中波和短波 超短波 微波 超远红外 远红外 中红外 近红外 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 紫外线 X射线 γ 射线 波长 大于3000m 10~3000m 1 ~10 m 1mm~1m 15~1000μm 6~15 μm 3~6 μm 0.76~3 μm 0.62~0.76 μm 0.59~0.62 μm 0.56~0.59 μm 0.50~0.56 μm 0.47~0.50 μm 0.43~0.47 μm 0.38~0.43 μm 10-3~3.8×10-1 μm 10-6 ~ 10-3 μm 小于10-6μm
太阳常数可以认为是大气顶端接收的太阳能量
39
1 太阳辐射
（2）太阳辐射的光谱
40
太阳辐射各波段的百分比
41
从太阳辐照度分布曲线可以看出：
①太阳辐射的光谱是连续的 ②它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致 ③从近紫外到中红外（0.3-6μm）这一波段区间能量最集中 而且相对来说较稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等 稳定辐射 ④大气对太阳辐射的吸收是有选择性的
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
◊
分类：
▪ ▪ ▪ 太阳辐射源：可见光及近红外遥感的主要辐射源 地球辐射源：远红外遥感的主要辐射源 人工辐射源：人为发射的具有一定波长的波束；主动遥感采用 人工辐射源，目前较常用的人工辐射源为微波辐射源和激光辐 射源
23
18
2、遥感常用的电磁波波段的特性
红外波段
◊ ◊
0.76—1000μm 遥感中主要利用3—15μm波段，更多的是利用3—5μm和 8—14μm
◊
红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的辐射（如热污
染、火山、森林火灾等），可进行全天时遥感
19
2、遥感常用的电磁波波段的特性
微波波段
◊ ◊
1mm—1m，分为：毫米波、厘米波和分米波 微波辐射和红外辐射都具有热辐射性质。由于微波的波长 比可见光、红外线要长，能穿透云、雾而不受天气影响， 能进行全天时全天候的遥感探测
◊ ◊
微波遥感可采用主动或被动方式成像 微波对某些物质还具有一定的穿透能力，能直接透过植被、 冰雪、土壤等表层覆盖物
20
2、遥感常用的电磁波波段的特性
紫外线波段
◊
0.01—0.4μm，太阳辐射含有紫外线，只有0.3-0.4μm 波长的紫外线部分能够穿过大气层，且能量很小
◊
主要用于探测碳酸盐岩的分布和油污染的监测。碳酸盐岩
黑体辐射规律
▪ ▪ 律
实际物体的辐射
▪ ▪
地物的发射率 基尔霍夫定律
31
黑体辐射规律 普郎克公式
2hc 1 M ( , T ) 5 hc / kT e 1
2
c：真空中的光速 k：玻尔兹曼常数， K=1.38×10-23J/K h:普朗克常数,h=6.63×10-34Js Mλ(λ,T):辐射出射度
由振源发出的电磁振荡在空气中传播
6
4、电磁波：通过电场和磁场之间相互联系传播
5、电磁辐射:近代物理中电磁波也称为电磁辐射，具有反射、
折射、吸收和透射现象
7
6. 电磁波的特性
1)
2) 3)
电磁波是横波
在真空中以光速传播 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，
主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子 性，这就是电磁波的波粒二象性。
42
2 大气的成分和结构
大气成分
◊
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，
大气成分主要有
▪ 氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氢（这些气体在 80km以下的相对比例保持不变，称不变成分） ▪ 臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、冰等）、盐粒、 尘烟（这些成分的含量随高度、温度、位置而变，称为可变成 分）等
在0.4μm以下的短波区域对紫外线的反射比其它类型的岩 石强。水面漂浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈
◊
由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常
探测高度在2000米以下
21
第一节 电磁波与电磁波谱
电磁波及其特性 电磁波谱 电磁辐射的度量 黑体辐射
22
三、电磁辐射的度量
◊
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
43
大气结构
◊
地球大气层包围着地球，大气层没有一个确切的界限，
它的厚度一般取1000公里
◊
大气在垂直方向上可分为：
▪ 对流层
▪ 平流层
▪ 电离层 ▪ 大气外层
44
大 气 垂 直 分 层
45
3 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
46
3 大气对太阳辐射的影响
大气吸收 大气散射 大气窗口 大气衰减 大气纠正
47
大气吸收
大气组分的吸收光谱
48
大气吸收
O3：主要集中于20—30km高度的平流层
它是由高能的紫外辐射与大气中的氧分子(02)相互作用生成的 O3对太阳辐射的吸收带：
O3在紫外(0.22—0.32 m)有个很强的吸收带
1 太阳辐射
太阳辐射是地球上生物、地球大气运动的能源，也 是被动式遥感系统中遥感器接收信息的主要来源 太阳辐射是可见光和近红外遥感的主要辐射源
（1）太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳
一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上， 单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量：
I⊙=1.360*103 W/m2
32
斯忒藩-玻尔兹曼定律
维恩位移定律
max · T b
b为常数,b =2.898×10-3m· K
维恩位移定律（揭示温度和波长的关系）
1、当物体温度一定时，物体在某波长上的辐射量最大 2、随着物体温度升高，物体辐射量最大的电磁波波长向短波方向移动 3、如果辐射最大值落在可见光波段，物体的颜色会随着温度的升高而 变化：波长逐渐变短，颜色由红色逐渐变蓝
电磁波的电（E）、磁（H）向量
9
◊
周期：波前进一个波长的距离所需的时间（T） 频率 (frequency) ：指单位时间内，完成振动或振荡的 次数，用 f 表示。单位为赫兹 (Hz) 、千赫 (KHz) 、兆赫 (MHz)、吉赫(GHz)等
◊
◊
电磁波的波长、频率及速度间的关系：＝f 电磁波在真空中以光速c＝3.0×108m/s传播，在大气中 小于光速但接近于光速传播
10
一般可用波长或频率来描述或定义电
磁波谱的范围
在可见光一红外遥感中多用波长，如 m 、
nm等
在微波遥感中多用频率，如MHz、GHz等
11
第一节 电磁波与电磁波谱
电磁波及其特性 电磁波谱 电磁辐射的度量 黑体辐射
12
二、电磁波谱
1、电磁波谱
定义：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依
◊
量，单位：W/m2，表示为：E=d /dS
25
电磁辐射度量
◊
辐照度I：被辐射物体单位面积上所接收的辐射通量， 单位：W/m2，表示为I=d/dS
dΦ
dS
26
电磁辐射度量
◊
辐射出射度M：辐射源物体表面单位面积上辐射出的 辐射通量，单位W/m2，表示为M=d/dS
dΦ
dS
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电磁辐射度量
在0.6m附近有一宽的弱吸收带 在远红外9.6 m附近也有个强吸收带
49
C02：主要分布于低层大气，其在大气中的含量仅占0.03％左右，
人类的活动使之含量有所增加 C02在中—远红外区段(2.8、4.3、14.5m附近)均有强吸收带
波动性：遇到物体，根据波长发生衍射，电磁波彼此相遇 发身干涉，互不相扰 粒子性：电磁波传播遇到气体、液体、固体介质时，会发 生反射、吸收、透射等现象；电磁波入射到不透明物体上， 只发生吸收和反射现象
8
7、电磁波的主要参数
◊
波长 (Wavelength) ：指波在一个振动周期内传播的距 离。即沿波的传播方向，两个相邻的同相位点(如波峰 或波谷 ) 间的距离。用 表示，单位为厘米 (cm) 、毫米 (mm)、微米(m)、纳米(nm)等．1 m = 1000nm。
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More than meets the eye!
电磁波谱示意图
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2、遥感常用的电磁波波段的特性
可见光波段
◊
0.38-0.76 μm 作为鉴别物质特征的主要波段，是遥感中最常用的波段 尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它仍是遥感成
◊ ◊
像所使用的主要波段之一
◊
在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特性，不同地 物在此波段的图象易于区分
◊
辐射亮度L：用来确定面辐射源的辐射强度，具有方向性， 指辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐 射通量，单位：W/（sr· m2），表示为：
L A cos
28
电磁辐射度量
◊
辐射亮度L
▪ 通常情况下，面元的辐射亮度L(θ)随观测的角度θ而改变
▪ 当某一辐射源的L(θ)与θ无关时，这种辐射源被称为朗伯 （Lambert）源
次排列成的图表
在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为 长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同
13
电磁波区段划分
波段 长波 中波和短波 超短波 微波 超远红外 远红外 中红外 近红外 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 紫外线 X射线 γ 射线 波长 大于3000m 10~3000m 1 ~10 m 1mm~1m 15~1000μm 6~15 μm 3~6 μm 0.76~3 μm 0.62~0.76 μm 0.59~0.62 μm 0.56~0.59 μm 0.50~0.56 μm 0.47~0.50 μm 0.43~0.47 μm 0.38~0.43 μm 10-3~3.8×10-1 μm 10-6 ~ 10-3 μm 小于10-6μm
太阳常数可以认为是大气顶端接收的太阳能量
39
1 太阳辐射
（2）太阳辐射的光谱
40
太阳辐射各波段的百分比
41
从太阳辐照度分布曲线可以看出：
①太阳辐射的光谱是连续的 ②它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致 ③从近紫外到中红外（0.3-6μm）这一波段区间能量最集中 而且相对来说较稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等 稳定辐射 ④大气对太阳辐射的吸收是有选择性的
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
◊
分类：
▪ ▪ ▪ 太阳辐射源：可见光及近红外遥感的主要辐射源 地球辐射源：远红外遥感的主要辐射源 人工辐射源：人为发射的具有一定波长的波束；主动遥感采用 人工辐射源，目前较常用的人工辐射源为微波辐射源和激光辐 射源
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2、遥感常用的电磁波波段的特性
红外波段
◊ ◊
0.76—1000μm 遥感中主要利用3—15μm波段，更多的是利用3—5μm和 8—14μm
◊
红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的辐射（如热污
染、火山、森林火灾等），可进行全天时遥感
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2、遥感常用的电磁波波段的特性
微波波段
◊ ◊
1mm—1m，分为：毫米波、厘米波和分米波 微波辐射和红外辐射都具有热辐射性质。由于微波的波长 比可见光、红外线要长，能穿透云、雾而不受天气影响， 能进行全天时全天候的遥感探测
◊ ◊
微波遥感可采用主动或被动方式成像 微波对某些物质还具有一定的穿透能力，能直接透过植被、 冰雪、土壤等表层覆盖物
20
2、遥感常用的电磁波波段的特性
紫外线波段
◊
0.01—0.4μm，太阳辐射含有紫外线，只有0.3-0.4μm 波长的紫外线部分能够穿过大气层，且能量很小
◊
主要用于探测碳酸盐岩的分布和油污染的监测。碳酸盐岩
黑体辐射规律
▪ ▪ 律
实际物体的辐射
▪ ▪
地物的发射率 基尔霍夫定律
31
黑体辐射规律 普郎克公式
2hc 1 M ( , T ) 5 hc / kT e 1
2
c：真空中的光速 k：玻尔兹曼常数， K=1.38×10-23J/K h:普朗克常数,h=6.63×10-34Js Mλ(λ,T):辐射出射度
由振源发出的电磁振荡在空气中传播
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4、电磁波：通过电场和磁场之间相互联系传播
5、电磁辐射:近代物理中电磁波也称为电磁辐射，具有反射、
折射、吸收和透射现象
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6. 电磁波的特性
1)
2) 3)
电磁波是横波
在真空中以光速传播 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，
主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子 性，这就是电磁波的波粒二象性。
42
2 大气的成分和结构
大气成分
◊
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，
大气成分主要有
▪ 氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧化氮、氢（这些气体在 80km以下的相对比例保持不变，称不变成分） ▪ 臭氧、水蒸气、液态和固态水（雨、雾、雪、冰等）、盐粒、 尘烟（这些成分的含量随高度、温度、位置而变，称为可变成 分）等
在0.4μm以下的短波区域对紫外线的反射比其它类型的岩 石强。水面漂浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈
◊
由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常
探测高度在2000米以下
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第一节 电磁波与电磁波谱
电磁波及其特性 电磁波谱 电磁辐射的度量 黑体辐射
22
三、电磁辐射的度量
◊
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
43
大气结构
◊
地球大气层包围着地球，大气层没有一个确切的界限，
它的厚度一般取1000公里
◊
大气在垂直方向上可分为：
▪ 对流层
▪ 平流层
▪ 电离层 ▪ 大气外层
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大 气 垂 直 分 层
45
3 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
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3 大气对太阳辐射的影响
大气吸收 大气散射 大气窗口 大气衰减 大气纠正
47
大气吸收
大气组分的吸收光谱
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大气吸收
O3：主要集中于20—30km高度的平流层
它是由高能的紫外辐射与大气中的氧分子(02)相互作用生成的 O3对太阳辐射的吸收带：
O3在紫外(0.22—0.32 m)有个很强的吸收带
1 太阳辐射
太阳辐射是地球上生物、地球大气运动的能源，也 是被动式遥感系统中遥感器接收信息的主要来源 太阳辐射是可见光和近红外遥感的主要辐射源
（1）太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳
一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上， 单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量：
I⊙=1.360*103 W/m2
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斯忒藩-玻尔兹曼定律