电磁辐射与地物光谱课件
2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.1、太阳辐射1. 太阳和太阳常数：太阳是太阳系的中心天体，在太阳系空间，布满了从太阳发射的电磁波的全波辐射及粒子流，地球上的能量主要来自太阳。太阳常数：不受大气影响，在距离太阳一个天文单位（日地平均距离，149,597,870*103m）的区域内，垂直于太阳辐射方向上单位面积和单位时间黑体所接收到的太阳辐射能量。是在地球大气顶端接受的太阳能量，没有大气影响I=1.95 cal/cm2min=1.360*103 W/m2电磁辐射与地物光谱课件12.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.1、太阳辐射2. 太阳光谱：太阳光谱是连续的，且辐射特性与绝对黑体辐射特性近似；能量各波段所占比例不同，近紫外、可见光、近红外和中红外部分约占太阳总辐射的84.62%；X射线、射线、远紫外、远红外及微波波段的总能量不到1%。地表接受的太阳辐射曲线与大气外的曲线不同，差异主要由大气引起。吸收：水、氧、臭氧、二氧化碳等；散射。太阳辐照度分布曲线电磁辐射与地物光谱课件22.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.1、太阳辐射电磁辐射与地物光谱课件32.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.2、大气吸收1、大气的垂直分层对流层平流层电离层外大气层电磁辐射与地物光谱课件4大气成分：两类：分子和其他微粒：分子: 氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子及其它（N2O, CH4, NH3等）约占1%；颗粒：烟、尘埃、雾、小水滴和气溶胶。气溶胶是一种固体、液体的悬浮物，直径0.01-30m大气对太阳辐射的影响作用：折射、反射、吸收、散射、透射2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.2、大气吸收电磁辐射与地物光谱课件5严重影响传感器对电磁辐射的探测，导致太阳辐射强度衰减；吸收作用越强的波段，辐射强度衰减越大，甚至某些波段的电磁波完全不能通过大气。在太阳辐射到达地面时，形成了电磁波的某些吸收带。主要吸收带：水： 0.94 m ， 1.13 m ，1.38 m ， 1.86 m ， 2.5-3.0 m ， 3.24 m ， 5-7 m ，7.13 m ，24 m以上（微波）；二氧化碳：2.8 m ，4.3 m臭氧：0.2-0.32 m ，0.6 m ，9.6 m氧气：0.2 m ，0.6 m ，0.76 m2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.2、大气吸收电磁辐射与地物光谱课件62.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.2、大气吸收电磁辐射与地物光谱课件72.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.3、大气散射散射：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。其实质是电磁波的衍射。 由于粒子的散射作用使电磁波在原传播方向上的辐射强度减弱，增加了向其它各方向的辐射三种散射类型： 瑞利散射 米氏散射 无选择性散射电磁辐射与地物光谱课件8大气散射散射类型与以下因素有关： 入射电磁波的波长； 气体分子、颗粒和水滴的大小电磁辐射与地物光谱课件92.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.3、大气散射1 瑞利散射（ Rayleigh scattering ）由大气中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起，条件：粒子直径比波长小很多特点：散射强度与波长的四次方成反比，即 I-4波长越长，散射越弱电磁辐射与地物光谱课件10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。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：2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.3、大气散射电磁辐射与地物光谱课件112.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.3、大气散射2、米氏散射(Mie scattering)大气中的微粒如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起的散射，粒子直径与辐射的波长相当。这种散射的强度受气候影响大。米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比， 即 I-2且散射光的向前方向比向后方向的散射强度更强，方向性较明显云雾对红外线（0.76-15 m ）的散射主要氏米氏散射云、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。电磁辐射与地物光谱课件123、无选择性散射(Non-selective scattering)发生在大气粒子的直径比波长大得多时。散射的特点时散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.3、大气散射电磁辐射与地物光谱课件13散射特征总结散射强度遵循的规律与波长密切相关。在大气状况相同时，同时会出现各种类型的散射。 对于大气分子、原子引起的瑞利散射主要发生在可见光和近红外波段。波长超过1m 后，瑞利散射的影响大大减弱，而米氏散射的影响逐渐超过瑞利散射。 大气中的云层、小雨滴等，由于直径较大，对不同波长产生不同散射作用。对于可见光而言只有无选择性散射发生 , 云层越厚无选择散射越强。云雾对红外线（0.76-15 m ）的散射主要氏米氏散射；对于微波而言，粒子的直径比微波波长小很多，则属于瑞利散射的类型，散射强度与波长四次方成反比，波长越长，散射强度越小。在这一条件下，微波探测便可以发挥优越性，将有最小散射、最大透射，而具有“穿云透雾”的能力。2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.3、大气散射电磁辐射与地物光谱课件14电磁辐射与地物光谱课件151、大气折射电磁波穿过大气层时，会产生传播方向改变，即折射现象。大气密度越大，折射率越大；离地面高度越大，空气越稀薄，折射率越小。地面接收的电磁波方向与实际太阳辐射方向偏离了一个角度，称为折射值。2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.4、大气窗口及透射分析电磁辐射与地物光谱课件162.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.4、大气窗口及透射分析电磁辐射与地物光谱课件172、大气的反射主要发生在云层顶部取决于云量和云雾，且波段不同大气影响不同，削弱了电磁波强度2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.4、大气窗口及透射分析电磁辐射与地物光谱课件182.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.4、大气窗口及透射分析3、大气窗口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。折射改变了太阳辐射的方向，并不改变太阳辐射的强度。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，剩余部分即为透过部分。遥感传感器只能选择透过率较高的波段才有意义。电磁辐射与地物光谱课件192.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.4、大气窗口及透射分析3、大气窗口电磁辐射与地物光谱课件200.3-1.3m：即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat 卫星的TM的1-4波段，SPOT卫星的HRV波段等。1.5-1.8m, 2.0-3.5m，即近、短波、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些波段，比如TM的5、7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。3.5-5.5m，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光谱反射太阳辐射外，地面物体也有自身的发射能量。如NOAA卫星的 AVHRR传感器用3.55-3.93m探测海面温度，获得昼夜云图。8-14m，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标的地物温度。0.8-2.5cm至更长, 即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。而且工作方式为主动遥感。其常用的波段为0.8cm，3cm，5cm, 10cm等等, 有时也可将该窗口扩展为0.05cm至300cm 波段。主要的大气窗口光谱段2.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.4、大气窗口及透射分析电磁辐射与地物光谱课件212.2 2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.4、大气窗口及透射分析4、大气透射的定量分析自学，不要求。改正课本P33电磁辐射与地物光谱课件22
