第二章遥感的电磁学基础.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射； 太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～ 0.76 μm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 μm左右； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～ 3.0 μm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外； 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 * * * * * * * * * 大气上界的太阳辐射强度取决于太阳的高度角、日地距离和日照时间 太阳高度角或纬度：太阳高度角越大，穿越大气的路径就越短，到达地面的太阳辐射越强;太阳高度角越大，等量太阳辐射散布的面积越小，太阳辐射越强。例如，中午的太阳辐射强度比早晚的强。 海拔高度：海拔越高空气越稀薄，则到达地面的太阳辐射越强。例如，青藏高原是我国太阳辐射最强的地区。 天气状况：晴天云少，对太阳辐射的削弱作用小，到达地面的太阳辐射强。例如四川盆地多云雾阴雨天气，太阳辐射成为我国最低值区。 大气透明度：大气透明度高则对太阳辐射的削弱作用小，使到达地面的太阳辐射强。污染重，则对太阳辐射消弱强，到达地面太阳辐射少。 白昼时间的长短 大气污染的程度 太阳辐射活动：小于1% 太阳是一个巨大的电磁辐射源 地球能量的主要来源是太阳 也是被动遥感最主要的辐射源 传感器从空中或空间接收地物反射的电磁波，主要是来自太阳辐射 太阳辐射的波长范围很广 从小于10-14m的γ射线，到大于10Km的无线电波 太阳辐射的特点 可见光的辐射强度最大 可见光和红外的辐射通量占总辐射通量的90％以上 紫外、x射线和无线电波的辐射通量占比例很小 波长/μm 波段名称 能量比例/% 小于10-3 X、γ射线 0.02 10-3-0.2 远紫外 0.2-0.31 中紫外 1.95 0.31-0.38 近紫外 5.32 0.38-0.76 可见光 43.50 0.76-1.5 近红外 36.80 1.5-5.6 中红外 12.0 5.6-1000 远红外 0.41 大于1000 微波 太阳辐射的特点 夫琅和费吸收线，大于26000条 太阳光球中包括了69元素，H为783.4%，He为19.8%，O为0.8% 与5800K黑体辐射相似 5800K 2、大气对电磁波辐射的影响 （1）大气的成分： 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性 大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成 大气物质与太阳辐射的相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因 （2）大气的结构： 对流层：航空遥感活动区 平流层：较为微弱 中气层：温度随高度增加而递减 热层：增温层、电离层，卫星的运行空间 大气外层：1000公里以外的星际空间 （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 大气的透射率 透射率与路程、大气的吸收、散射有关 大气的吸收 大气的散射 大气对辐射的吸收作用 大气分子对电磁波有选择的吸收， 导致电磁波辐射强度的衰减。 水的吸收带： 以上的微波 二氧化碳： 臭氧： 氧气：小于 大气散射 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，称为散射。 散射现象只有当大气中的分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。 大气散射有三种情况： 瑞利散射：蓝光波长容易散射 米氏散射：烟、尘埃、水滴、气溶胶等 无选择性散射：扰动、偏振、折射 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。 特点：散射强度与波长的四次方成反比，即波长越长，散射越弱。 问题： 无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？ 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？ 米氏散射 当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。 特点：散射强度与波长的二次方成反比，且散射在光线向前方向比向后方向更强，方向性比较明显。 无选择性散射 当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射。 特点：散射强度与波长无关，即在符合无选择性散射体的条件的波段中，任何波长的散射强度相同。 总结：散射造成太阳辐射的衰减，但是散射强度遵循的规律与波长密切相关。 3、大气窗口 大气窗口：电磁波在大气中传播，透过率较高的波段。因此在波段选择和传感器的设计中应选择在大气窗口内。 折射现象：电磁波穿过大气层时传播方向的改变 大气的反射：电磁波传播过程中在介质分界面发生反射 大气窗口： ，紫外、可见光、近红外 和 ，近、