6.热红外遥感.ppt

何为地学知识地学知识是地学领域中反映地学属性、现象、过程的描述性信息，按来源可分为不同的类别：a地理信息知识：来源于地理空间数据，反映了空间地理现象和地物的空间分布；b专家解译知识：专家在目视解译过程中获得的经验性、常识性知识；c地物波谱知识：地物的光谱特性；d空间分布知识：地物在空间分布上的规律；e空间关系知识：地物内部或地物与地物之间的空间存在关系；f地物纹理知识：地物分布的有规律的空间结构特征；g时相知识：地物随时间的变化规律热红外遥感1. 地表的热红外辐射特性2. 红外遥感地面试验3. 热红外遥感成像系统4. 热红外遥感应用热红外遥感:热红外遥感就是利用星载或机载传感器收集、记录地物的这种热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数(温度、湿度和热惯量等)因而,地表热红外辐射特性是热红外遥感的基础信息源:热红外遥感的信息源来自于研究物体本身1. 地表的热红外辐射特性1.1 表征辐射性质的基本概念(1)辐射通量单位时间内通过某一表面的辐射能量，单位是瓦特(即：焦耳/秒(W=J/S)2)辐射通量密度F单位时间内，通过单位面积的辐射能量称为辐射通量密度，单位是当具体考虑辐射的入射和出射时，可分别使用辐照度和辐射出射度。

3) 辐射出射度与辐射照度E 辐射出射度：单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度，单位是 辐射照度：单位时间内，单位面积上接收的辐射能量称为辐射照度E，单位是4) 点辐射源的辐射强度I 辐射强度：点辐射源在某一给定方向上单位立体角内的辐射通量，称为辐射强度(RadiantIntensity)，单位是瓦/球面度()5） 面辐射源的辐射亮度L 辐射亮度：辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量，称为辐射亮度(Radiance)，单位是瓦/平方米*球面度()6) 辐射通量的谱密度和辐射光谱辐射通量的谱密度：一个物体的辐射出射度为 ( )，在波长 至 + 间隔的辐射能为： 是单位波长间隔中的辐射出射度，称为分光辐射出射度，或辐射通量谱密度辐射光谱：辐射光谱是指辐射能按波长分配，随波长 变化的曲线称为辐射光谱曲线 1.2 热辐射的基本定律 基尔霍夫定律 普朗克定律 斯蒂芬波尔兹曼定律 维恩位移定律(1)基尔霍夫定律 通过观察人们发现:吸收率高的物质，发射本领强；例如：一块白底黑花瓷片，把它加温到一定程度，原来黑色花纹处有更强的出射辐射在同一温度下，吸收和辐射之间严格成正比例关系，这个规律称之为基尔霍夫定律。

基尔霍夫定律可表述为： 在一定的温度下，任何物体的辐射出射 与其吸收率 的比值是一个普适函数 , 只是温度、波长的函数，与物体的性质无关: 比辐射率:通常我们把物体的辐射出射度与相同温度下黑体的辐射出射度的比值，称作物体的比辐射率： 比辐射率=吸收率应用:被动微波比辐射率的计算.(2) 普朗克定律1900年普朗克引进量子概念，将辐射当做不连续的量子发射，成功地从理论上得出了与实验精确符合的绝对黑体辐射出射度随波长的分布函数 分谱辐射通量密度，单位（）；波长，单位m；h普朗克常数=6.625610-34Js；c 光速31010cm/s；k玻耳兹曼常数=1.3810-23 J / K；T绝对温度K应用:求算亮度温度.(3)斯忒藩玻耳兹曼定律1879年斯蒂芬由实验发现，绝对黑体的积分辐射能力与其温度的4次方成正比1884年，波尔兹曼由热力学理论得出了这个公式：（4） 维恩位移定律1893年维恩从热力学理论,推导出黑体辐射光谱的极大值对应的波长温度愈高，峰值波长愈小对于6000K黑体， (对应蓝色光)，对于300K的黑体， 1.3 地物的红外光谱特性（1）亮度温度 在热辐射的测量与应用理论中“亮度温度”是一个被广泛应用的物理名词，其定义为：当一个物体的辐射亮度与某一黑体的辐射亮度相等时，该黑体的物理温度就被称之为该物体的“亮度温度”，所以亮度温度具有温度的量纲，但是不具有温度的物理含义，它是一个物体辐射亮度的代表名词。

2）比辐射率比辐射率：物体的出射度与同温度黑体出射度之比： 此处 为黑体出射度亮度温度和物理温度之间的大小关系？（3）三种类型地物根据比辐射率的不同，把物体一般分为三种类型： 黑体：比辐射率等于1； 灰体（greybody）：发射率与波长无关的物体； 选择性辐射体：发射率依波长而变化的物体（4）黑体辐射的特点 完全吸收体：黑体是指入射的全部电磁波被完全吸收，既无反射也没有透射的物体 完全辐射体：在相同的温度下，黑体辐射比其它任何物体的辐射都要强，也叫完全辐射体 总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加 每根曲线彼此不相交，故温度T越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大 分谱辐射通量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动 微波波段黑体辐射和温度成正比5）一般地物的发射辐射在遥感中，当观测热辐射的温度时，由于通常观测的物体不是黑体，所以必须使用发射率（emissity）进行修正发射率随物质的介电常数、表面的粗糙度、温度、波长、观测方向等条件变化，取0到1之间的值自然界中的物体的辐射出射度：上式被称为一般物体的斯忒藩玻耳兹曼定律2. 红外遥感地面试验2.1 地物红外波谱特性测量（1）测量仪器系统热红外辐射计测量方向辐射中红外波段热红外波段 热像仪观测地表组分温度分布 地表组分温度观测红外辐射计点温计1.3 热红外遥感成像系统 热红外遥感在海面温度、陆面温度、大气温度、大气水汽、云顶温度的遥测中具有无可替代的地位。

热红外遥感传感器的发展十分迅速，现在使用和即将投入使用的热红外传感器达几十种之多传感器卫星/计划波段数光谱范围()空间分辨率(水平/垂直)视场(度)瞬时视角mrad用途AIRS大气红外探测仪EOS(美国)2300;63.74-15.413.5km-1km49.51.1大气温度湿度ASTER高级空间热辐射热反射探测器EOS(美国)148-1290m/无21urad陆地表面,水和云ATSR纵向扫描辐射仪ERS-1(欧空局)2(MWR)3.7,11.012.01km1km1km1km云,海面温度AVHRR甚高分辨率辐射仪NOAA-11(美国)50.58-12.41.1km星下点/无1.4海面温度植被,气溶胶CERES云和地球辐射能系统EOS(美国)30.3-12.021km星下点/无7824地球辐射平衡HiRDLA高分辨率临界动态分辨仪EOS(美国)216.0-18.010km/1km1km10km大气温度水分及化学GLI全球成像仪ADEOSII(日本)34可见光,近红外,热红外1km碳循环HIRS/21高分辨率红外辐射探测仪NOAA-11(美国)200.69-14.9520.4m/无大气温度湿度ILAS改进型临边大气光谱仪ADEOS(日本)30.753-11.7713km/2km大气IR-MSS红外多光谱扫描仪CBERS(中国/巴西)40.5-12.578m,156m/无8.78中等分辨率制图ISTOK-1红外光谱辐射仪系统PRIRODA-1(俄罗斯)640.4-16.00.75-3km/无大气辐射LISS-3线形成像自扫描传感器3型IRS-1C/1D(印度)40.52-17.523.5m/无陆地和水资源管理现在及将来地球观测计划红外传感器概览(星载部分) 现在及将来地球观测计划红外传感器概览(星载部分) MODIS中等高分辨率成像光谱辐射仪EOS（美国）360.4-14.5250m,500m,1km/无250,5001000m地球物理过程大气海洋陆地SCARAB辐射收支扫描仪POEM/ENVISAT-1(欧)40.2-50.060km/无1004848全球辐射收支SR扫描辐射仪FY-2中国30.55-12.05.73km/无160urad气象SROM海洋监测光谱辐射仪ALMAZ-IB(中/俄)110.405-12.5600m星下点/无海洋叶绿素生物生产率TMG温室气体干涉监测仪ADEOS(日本)0.33-14.010km/2-6km10温室气体制图VIRS可见光红外光扫描仪TRMM(美国,日本)53.75,10.812.02km/无云辐射VISSR可见光红外光旋转式辐射扫描仪GMS(日本)20.5-0.7510.5-12.51.25-2.5km/无地球制图云覆盖VISSR可见光红外光自旋辐射扫描仪METEOSAT(欧空局)30.5-12.52.52.5km55km/无180.14地球大气观测主要的航空成像红外光谱仪传感器国别波段数波段范围()工作期间视场(度)瞬时视场mrad用途AMSS航空多光谱扫描仪澳大利亚68.5-12.0始于1985年922.13.1环境监测ASTER模拟仪器美国208-12始于1991年65或1042或5.0云,陆地测量CIS中国成像光谱仪中国123.53-3.9410.5-12.5始于1993年801.21.2陆地表面观测DAIS-7915数值式航空成像光谱仪美国163.0-5.08.7-12.7始于1993年64-783.3,2.5或5.0陆地海洋生态环境监测DAIS-16115数值式航空成像光谱仪美国6123.0-5.08.0-12.0始于1994年783陆地海洋生态环境监测GER-63通道扫描仪美国68.0-12.5始于1986年903.3,2.5或5.0环境监测地质研究ISM红外成像光谱仪法国641.6-3.2始于1991年40可选1.211地质云雪植被MASMODIS航空模拟仪器美国500.547-14.521始于1992年85.922.5地球物理大气海洋陆地表面MIVI多光谱红外及可见光光谱仪美国108.2-12.7始于1993年702.0地质和环境研究MUSIS多光谱红外照相机美国90902.5-7.06.0-14.5始于1989年1.30.5化学蒸发光谱特征SMIFTS空间可调成像傅立叶变换光谱仪美国1001.0-5.2始于1993年0.70.77陆地表面观测 红外遥感图像处理几何校正 （1）透过率的影响大气的热红外辐射性质与大气中的吸收物质(水汽、和等)分布有关。

水汽红外吸收带很强，又占有较宽的波段，是最主要的吸收物质 （2）程辐射的影响 大气本身也存在热辐射 辐射校正（大气校正） 大气辐射传输模式 Lowtran 7和Modtran4.0 可以计算大气透过率，大气背景辐射提供了六种参考大气模式的温度、湿度、气压的垂直廓线及大气中各种组分的垂直廓线可根据用户需要，设置水平、倾斜和垂直路径地对空、空对地各种探测的几何形式，适用对象广泛 1.5 红外遥感应用（1）陆地温度反演（2）海面温度反演（3）干旱监测（4）地震预报（5）火灾监测（6）火山监测。