第5章课件PART-1 第五章 电磁辐射 卫星海洋学 PPT

超低频 (VLF)
极低频 (ELF)
频率范围 30 - 300 GHz
0.3 -30 GHz 30 - 300 MHz
3 - 30 MHz 0.3 - 3 MHz 30 - 300 KHz 3 - 30 KHz 0.3 - 3 KHz
30 - 300 Hz
•无线电波中的短波也可用于海 况遥感，主要机制是通过短波 在大气电离层和海面的反射获 取海况信息，并且利用多普勒 效应提高分辨率。
第五章 电磁辐射
(Electromagnetiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Radiation)
§5.1 电磁波的波段（Bands of Electromagnetic Waves）
§5.2 麦克斯韦方程和它们的解（Maxwell′s Equation & Their Solutions）
§5.3 辐射术语（Radiometric Term）
式中EX 是电场强度，EX0 是电场强度的振幅。k是复波数（complex
wavenumber，单位是m-1） ω是角频率（angular frequency，单位是rad/s ） n 是复折射率（complex index of refraction） v 是电磁波在介质中的复速 度
有关参数如下 ：
作为横波，平面电磁波沿Z方向传播时，其电场沿X方向振动， 磁场沿Y方向振动 。对于沿Z方向传播的电磁波的平面电磁波， 其电场的解是
E X E X 0 ei ( x t k z p ) ] E X [ 0 eix ( t v z ) p E ] X 0 [ e[ i x ( t n c z p )]
单位
在遥感业务中，一般采用GHz（Giga-Hertz：千兆赫兹）作为频率单位， 1 GHz = 103 MHz （Mega-Hertz：兆赫兹）=109 Hz（Hertz）； 一般采用nm（nano-meter：纳米）作为可见光和近红外光的波长单位， 1nm = 10-3μm（micro-meter：微米）= 10-9m（meter：米）。
§5.5.1 黑体（Blackbody）
§5.5.2 普朗克定律和瑞利-金斯定律（Planck Law & Rayleigh-Jeans Law）
§5.5.3 亮温（Brightness Temperature）
§5.6 菲涅耳公式（Fresnel Formula）
§5.7 菲涅耳反射率ρ的公式（Equation of Fresnel Reflectance ρ）
在表示水平极化的左图中，实心黑点代表电场矢量EH垂直于参考平面；在表示 垂直极化的右图中，波动曲线代表电场矢量EV位于参考平面内
微波辐射计（microwave radiometer）
探测来自地球表面的自发辐射。海面风可以改变局部海面斜率，进而改变海 面自发辐射的电磁波的极化状态。在微波辐射计里，一个波段可能对应着垂 直极化和水平极化两个通道 。
波长计算
所有电磁波在真空或空气（近似地）中的传播都遵守公式 c = fλ，这里f代表频率，λ代表波长，c = 3×108 m/s是 电磁波在真空或空气中的传播速度，根据这个公式，我们 可以从频率计算对应的波长。
k 2π λ
§5.2麦克斯韦方程和它们的解（Maxwell’s Equation & Their Solutions）
•无线电波广泛地被用于广播电 台作为声波的载波
•中央电台一般选择波长为几千 米的长波作为声波的载波，因 为它传播较远；
•地方电台一般选择波长为几百 米的中波作为声波的载波；
•国际电台往往采用更短的短波 作为载波，不同于中波和长波 采用沿地面的传播方式，短波 采用大气电离层反射达到远距 离传播的目的。
麦克斯韦电磁场方程组描述了电磁场的动力学,它的表达式 是
ε是介质的复电容率,单位是F/m） 这里F = Farad代表电容的单位“法拉第 ” 电容率（permittivity）的旧称是介电常数（dielectric constant），新 名称来自1988年全国自然科学名词审查委员会公布的物理学名词规定。 μ是介质磁导率, （单位是H/m）H = Henry代表电感的单位“亨利”
§5.3 辐射术语（ Radiation Terms ）
§5.3.1 极化和立体角Ω（Polarization & Solid Angle Ω） §5.3.2 辐射术语（Radiation Terms） §5.3.3 朗伯表面（Lambert Surface）
§5.3.1 极化（Polarization
k和ω之间的色散关系（dispersion relation）
ε0 是真空电容率（ permittivity in free space） εr 是复相对电容率（complex relative permittivity， 无量纲）
μ0是真空磁导率 μr 是相对磁导率（relative permeability） （在遥感研究中，相对磁导率与1的差值可以忽略不 计）
§5.8 相对电容率的公式（Equation of Relative Permittivity）
无线电波波段的名称
名称
极高频
微波
(EHF) （属于一种波长
特高频(SHF)
较短的无线 电波）
超高频
无线电波
(UHF) （波长范围：1米
甚高频(VHF)
– 1万公里）
高频 (HF)
中频 (MF)
低频(LF)
§5.3.1 极化和立体角Ω（Polarization & Solid Angle Ω）
§5.3.2 辐射术语（Radiometric Term）
§5.3.3 朗伯表面（Lambert Surface）
§5.4 基尔霍夫定律（Kirchoff Law）
§5.5 黑体辐射（Blackbody Radiation）
•如果电磁波一波束的电场矢量都在一个平面内，则称之为线性极化的或线性偏 振的。 •线性极化可以根据辐射的参考平面进一步分为水平极化和垂直极化两种。 •水平极化（horizontally polarized）的电场与参考平面垂直，垂直极化 （vertically polarized ）的电场与参考平面平行。任何电磁波都可以分解成水 平极化和垂直极化两个部分。极化状态由参考平面确定。