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《遥感电磁辐射基础》课程简介本课程旨在全面系统地介绍遥感技术的基础知识-电磁辐射。从电磁波的基本概念、特性、能量及强度,到黑体辐射理论和普朗克辐射公式,再到太阳辐射和大气的影响,为学生深入理解遥感原理奠定坚实的基础。同时也涵盖了被动式和主动式遥感系统的基本组成和特点。12by1223

电磁辐射的基本概念定义电磁辐射是一种能量以波的形式在空间传播的物理现象。包括可见光、红外线、紫外线、X射线等电磁波段。形式电磁辐射存在时间波动的电场和磁场,两者垂直于传播方向且相互垂直,形成电磁波。产生电磁辐射源于带电粒子的加速运动,如热辐射、光辐射、离子辐射等过程。传播电磁辐射以光速在真空中以及其他介质中传播。在大气环境中会受到吸收和散射影响。

电磁波的特性波动性电磁辐射以波的形式在空间中传播,具有波长、频率、振幅等特征。波谱范围电磁波包括广泛的波长范围,从长波无线电到短波γ射线,形成完整的电磁波谱。粒子性电磁辐射可以表现为光子或者其他亚原子粒子,具有一定的能量和动量。

电磁波的波长和频率1波长电磁波的波长指相邻两个波峰或波谷之间的距离,以米(m)为单位。波长决定了电磁波的性质和应用。2频率电磁波的频率指单位时间内电磁波振动的次数,以赫兹(Hz)为单位。频率决定了电磁波的能量水平。3波长和频率的关系波长和频率成反比,即波长越长,频率越低;波长越短,频率越高。它们的乘积等于光速。

电磁波的能量和强度能量电磁波的能量取决于其频率。频率越高的电磁波,如X射线和γ射线,携带的能量也越高。相反,频率较低的波段如无线电波和红外线，携带的能量则较低。强度电磁波的强度指其单位面积上的功率,也就是能量流量。强度越高的电磁波,其加热、电离等作用也越强。太阳辐射就是一种高强度的电磁辐射。

黑体辐射理论黑体概念黑体是一种理想化的物体,可以完全吸收所有入射的电磁辐射,并以各个波长全面均匀地发射电磁辐射。普朗克辐射公式19世纪德国物理学家普朗克提出,黑体辐射的光谱分布和强度与温度有确定的数学关系,这就是著名的普朗克辐射公式。辐射曲线特点黑体辐射曲线反映了电磁波谱中不同波段的辐射强度。随温度升高,辐射峰值波长向短波移动,辐射强度整体增大。

普朗克辐射公式基本原理1900年,德国物理学家马克斯·普朗克提出了描述黑体辐射光谱分布的数学公式,即著名的普朗克辐射公式。这一理论突破了当时物理学的困境,开创了量子物理的新纪元。数学表达普朗克辐射公式用公式表达为：B(λ,T)=2hc^2/λ^5*1/(e^(hc/λkT)-1)，其中B是辐射强度,λ是波长,T是绝对温度,h、c、k为普朗克常量、光速和波尔兹曼常量。曲线特征根据普朗克公式绘制的辐射强度曲线,能够反映不同波长下黑体的辐射特性。曲线的形状和峰值位置都随温度的变化而变化。

太阳辐射的特点光谱范围广太阳辐射包括从紫外到红外的全波段电磁辐射,涵盖了可见光以及更宽广的光谱区域。能量强大太阳是一个高温黑体,其强大的能量输出使地球生态系统得以维持,为人类社会提供了宝贵的资源。辐射特性稳定尽管太阳活动有周期性变化,但其整体辐射能量和光谱分布在地球尺度上相对稳定。方向性定向太阳辐射以定向的平行光束射向地球,而非各向同性的辐射,这对遥感传感器的设计有重要影响。

大气对电磁辐射的影响辐射吸收大气中的气体分子能够吸收特定波段的电磁辐射,如水汽和二氧化碳对红外辐射的吸收。这会减弱辐射的强度并改变其光谱特性。辐射散射大气中的气溶胶颗粒和云雾能够将电磁辐射发生不同程度的散射,影响辐射的传播方向和强度。这是产生天空蓝色的主要原因。大气窗口大气中某些波段的辐射可以较好地穿透大气,形成相对透明的大气窗口。这些波段通常用于遥感和通信等应用。

大气对可见光的吸收和散射选择性吸收大气中不同气体分子会选择性吸收特定波长的可见光,如氧气吸收蓝绿光,导致天空呈现蓝色。瑞利散射空气分子对短波蓝光的散射更强,造就碧空如洗的景象。而长波红光则相对较少被散射。水汽散射水汽颗粒会散射可见光的各个波段,形成白茫茫的云层和雾霾,遮挡太阳光。

大气对红外辐射的吸收和散射选择性吸收大气中的温室气体,如水蒸气、二氧化碳和甲烷,能有效吸收红外辐射,从而改变其光谱特性和强度。这种吸收过程会导致地球表面温度升高,形成温室效应。大气散射大气中的气溶胶颗粒和云层会散射来自地表的红外辐射,使其在到达遥感传感器前发生偏离和损失。这种散射过程会降低遥感数据的信噪比和几何精度。大气窗口尽管大气对部分红外波段有较强的吸收,但也存在一些相对透明的大气窗口。这些窗口被广泛用于遥感和热成像等应用,因为辐射可以较好地穿透大气。

遥感系统的基本组成1传感器遥感系统的核心,用于接收和记录从地物反射或发射的电磁辐射信号。包括光学传感器、红外传感器和微波传感器等。2指向系统控制传感器对地物目标的观测角度和方位,