地物的波普特性与大气对遥感监测的影响.docx
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目录§1 绪 - 2 -§1.1 电磁波及电磁波谱 - 2 -§1.1.1 电磁波 - 2 -§1.1.2 电磁波谱 - 2 -§1.2 大气对遥感监测的影响 - 3 -§1.2.1 大气成分 - 3 -§1.2.2 大气结构 - 3 -§1.2.3 大气的影响 - 3 -§1.2.3.1 大气的反射作用 - 3 -§1.2.3.2 大气的吸收作用 - 3 -§1.2.3.3 大气的散射作用 - 4 -§1.2.3.4 小结 - 4 -§1.2.4 大气窗口 - 4 -§2 地物的波谱特性 - 5 -§2.1 地物波谱与地物波谱特性 - 5 -§2.1.1 地物波谱 - 5 -§2.1.2 地物波谱特性 - 5 -§2.2 地物的反射波谱特征 - 5 -§2.2.1 地物反射与反射类型 - 5 -§2.2.2 地物的反射率 - 6 -§2.2.2.1 概念及影响因素 - 6 -§2.2.2.2 差异的意义 - 7 -§2.2.3 地物反射波谱与反射波谱曲线 - 7 -§2.2.3.1 概念 - 7 -§2.2.3.2 不同地物不同反射波谱及其意义 - 7 -§2.2.3.3 几种常见地物的反射波谱曲线特征 - 8 -§2.3 地物的发射波谱特征 - 9 -§2.3.1 黑体辐射 - 10 -§2.3.2 实际物体辐射 - 11 -§2.3.2.1 基尔霍夫定律 - 11 -§2.3.2.2 地物的发射率（比辐射率） - 11 -§3 地物波谱曲线的作用 - 12 -§4 小结 - 12 -第二节 地物的波谱特性§1 绪遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断地物目标和自然现象，是因为一切物体，由 于其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征。
因此 遥感技术主要是建立在物体反射或发射电磁波的原理之上的，要深入学习遥感技术，首先要 学习和掌握电磁波以及电磁波谱的性质§1.1 电磁波及电磁波谱§1.1.1 电磁波根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场能够在它周围引起变化的磁场，这一变化的磁场 又在较远的区域内引起新的变化电场，并在更远的区域内引起新的变化磁场这种变化的电 场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波电磁波在传播 中遵循波的反射，折射，衍射，干涉，吸收，散射等传播规律§1.1.2 电磁波谱按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成了电磁波谱波线电无LX寸可见光电磁波谱谪线丨天射线丨紫外线!丨红外线0.38微 波 超短邂短波丨中波丨长 波0.470.620.4 0.6 0.8 t-1.5 2 3 4 5 6 10 15 20 30A/mid波长3X10111XkT\mb3X1011-5 Z1X10 pm 0.1 pun 1 10 pm16 is 14 133X10 3X10 3X10 3X1010 kin 100 km 波长久3XJ04 3X10* 频率/7HZ毫米波芬米波 O'-.2 3 45 678910 20 30s osG V & G q A *=!Z — I 8 V I1 Ilf I I ］100 A/cm"GHz100 hid 0」cm 1 cm 10 cm ) m100 m 1 km 3X1012 3X1011 3X1O,0 3X109 3X10° 3X1(A^X1O6 3X105厘米波3X'1O103X109紫 | 蓝: 青 ［绿 ［黄 | 橙; 红I I I > ■ ! ._1波长0.76 A/^m疑见I近红外|中红外i远红外;超远红外§1.2 大气对遥感监测的影响大气辐射通过地球大气照射到地面，经过地面物体反射后，又要经过大气层才能被航空 或航天平台上的传感器接收。
因此，电磁辐射与大气的相互作用对遥感影响很大，主要表现 为吸收、散射、反射和透射作用§1.2.1 大气成分大气主要由由干洁空气、水汽、气溶胶粒子组成等组成大气中的主要气体包括 N2， 02, H20, C02, CO, CH4, 03；此外悬浮的微粒有尘埃、冰晶、水滴等，这些弥散在大气中 的微粒称为气溶胶以地表面为起点，在80km以下的大气中，除H20、03等少数可变气体 外，各种气体均匀混合，所占比例几乎不变，所以把80km以下的大气层称为均匀层在该 层大气物质与太阳辐射相互作用,是导致太阳辐射衰减的主要原因§1.2.2 大气结构从地面到大气上界，大气的结构分层为：对流层：高度在7〜12 km，温度随高度而降低，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内 大气条件及气溶胶的吸收作用使电磁波传输受到减弱，因此在遥感中侧重研究电磁波在该层 内的传输特性平流层：高度在12〜50 km,底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由 于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高，在地面上观测不到0.29 “m波长的太阳辐射在该 层内电磁波的传输特性与对流层内的传输特性一样电离层：高度在50〜1 000 km大气中的02、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是 透明的，是陆地卫星活动空间。
大气外层： 800〜35 000 km ，空气极稀薄，对卫星基本上没有影响§1.2.3 大气的影响太阳辐射进入地球之前必然通过大气层，太阳辐射与大气相互作用的结果使能量不断减 弱，约 30%被云层和其他大气成分反射回宇宙空间，约 17%被大气吸收，仅有 31%的太阳辐 射到达地面§1.2.3.1 大气的反射作用大气中云层反射对电磁波各波段均有强烈的影响，造成对遥感信息接收的严重障碍因 此目前在大多数遥感中，尽量选择无云的天气接收遥感信号，选择少云、无云的遥感影像§1.2.3.2 大气的吸收作用大气层中某些成分对太阳辐射产生选择性吸收，即把部分太阳辐射能转化为本身内能 有些波段能通过大气层到达地面，有些波段则被吸收，因此形成了许多不同波段的大气吸收 带（见P23图2-8）1)氧气：主要吸收小于0.2 p m的太阳辐射(紫外线)；0.155》m为峰值高空遥感 很少使用紫外波段的原因 2)臭氧：数量极少，但吸收很强对航空遥感影响不大 0.2-0.36 p m, 0.6 p m (3)水：吸收太阳辐射能量最强的介质到处都是吸收带主要的吸收带处在红外和 可见光的红光部分因此，水汽对红外遥感有极大的影响。
4)二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内可以忽略不计在遥感中为了减少大气吸收对遥感探测的影响，一般选择吸收率低的波段进行探测，即 遥感中的大气窗口§1.2.3.3 大气的散射作用辐射在传播过程中遇到小微粒而改变了传播的方向，称为散射散射主要发生在可见光 区，它的影响是太阳辐射衰减的主要原因太阳辐射在照到地面又反射回传感器的过程中， 两次通过大气，由于不同的散射影响，造成了遥感图像质量的下降大气发生的散射作用可 分为三种：瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射，也叫分子散 射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，当波 长大于 1 微米时，瑞利散射基本可以忽略不计瑞利散射对可见光的影响较大，而对红外线、 微波则可以不考虑瑞利散射的影响，微波具有极强的穿透云层的能力米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多的时候，称为米氏散射由于大气中云、雾 等悬浮粒子的大小与红外线的波长差不多，因此，云、雾对红外线的米氏散射不可忽视晴 天，天空呈碧蓝色)非选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多所发生的散射称为非选择性散射此散 射与波长无关，即任何波长散射强度相同。
大气中的气溶胶对太阳辐射，常常出现这种辐射 对近红外、中红外波段来说也属于非选择性散射，这种散射将使传感器接收到的数据产生严 重的衰减云和雾看起来呈白色)§1.2.3.4 小结太阳光通过大气要发生散射和吸收，地物反射光在进入传感器前，还要再经过大气并被 散射和吸收，这将造成图像的清晰度下降所以，在选择遥感工作波段时，必须考虑到大气 层的散射和吸收的影响§1.2.4 大气窗口由于大气层的反射、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遥感传感器选择的探测波段应包含在大气窗口之内，目前常用的波段有：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 |J m>90TM1-4、 SPOT 的 HRV近红外1.5 〜1.8 J m80TM5、7用以探测植物含 水量以及云雪或用于地 质制图近-中红外2.0〜3.5 J m80中红外3.5〜5.5 J mNOAA的AVHRR探测海面 温度获取昼夜云图远红外8〜14 J m60 〜70TM6,适于夜间成像，测 量探测目标的第五温度微波0.8 〜2.5cm100Radarsa t,全天候工作§2 地物的波谱特性当电磁辐射能量入射到地物表面上，将会出现三种过程：一部分入射能量被地物反射； 一部分入射能量被地物吸收，成为地物本身内能或部分再发射出来，一部分入射能量被地物 透射，即E = E + E + E0 p a T，式中：E°为入射的总能量；Ep为地物的反射能量；Ea为地物的吸收 能量；Et为地物的透射能量。
§2.1 地物波谱与地物波谱特性§2.1.1 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，称为地物波谱不同类型的地物， 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§2.1.2 地物波谱特性地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现，包括地物反射波谱特性和地物的 发射波谱特性不同的电磁波波段中有不同的波谱特性：可见光和近红外波段，主要表现地物反射作用和地物的吸收作用；热红外波段：主要表 现地物热辐射作用；微波波段，主动遥感（发射波段在接收反射波段）利用地物后向散射； 被动遥感（直接接收地物辐射）利用地物微波辐射；可见光和近红外波段地物波谱特征，即 地物的反射波谱特征§2.2 地物的反射波谱特征遥感探测上常用的可见光与近红外波段，主要是以地物反射太阳辐射能量，地物发出的 波谱主要以反射太阳辐射为主§2.2.1 地物反射与反射类型太阳辐射到达地表后，地物会发生反射作用，反射后的短波辐射一部分为遥感器所接收 由于地表物体表面性质的不同，可将物体表面反射类型分为镜面反射、漫反射以及实际物体 表面的反射镜面反射是发生在光滑物体表面的一种反射物体的反射满足反射定律，反射波和入射 波在同一平面内，入射角等于反射角。
只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波例如 水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的漫反射是发生在粗糙表面上的一种反射现象，在物体各个方向都有反射其反射强度遵 循朗伯定律，不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的当入射辐强度一 定时，从任何角度观察反射面，其反射辐照亮度是一个常数，这种反射面又叫朗伯面实际物体表面既非镜面，也不是简单的粗糙表面，实际物体面在有入射波时各个方向都 有反射能量，但大小不同，所以电磁辐射在各个方向上都有反射，但在某一方。
