资源描述
1,第二章 电磁波谱与电磁辐射,1）电磁波是电磁振动的传播。当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波。
2）电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播方向垂直。,3）电磁波在真空中以光速传播。
4）满足方程：
f.λ=c (波动性) ；E=h.f （粒子性）具有波粒二象性,2.1.1 电磁波谱,粒子性,把电磁波作为粒子对待时，能量:,E = hf,h, Plank's constant (6.626 * 10-34 J•s),2.1.1 电磁波谱,遇到介质（气体、液体、固体），发生一系列现象：
反射：
镜面反射：入射角等于反射角
漫反射：反射向四面八方
折射：射入介质，折射角一般不等于入射角
吸收：部分被介质吸收
透射：从入射延伸方向射出介质
发射：自身向外辐射能量,2.1.1 电磁波谱,5,反射率=（反射能量/入射总能量）*100%；
吸收率=（吸收能量/入射总能量）*100%；
透射率= （透射反射能量/入射总能量）*100%。,2.1.1 电磁波谱,6,2.1.1 电磁波谱,电磁波谱定义：按照电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，形成的一个连续谱带。,7,微波波段(1mm-1m, 最常用1cm-1m)
遥感常用波段符号：,2.1.1 电磁波谱—遥感常用波段,P：30-100cm
L: 15-30cm
S: 7.5-15cm
C: 3.75-7.5cm
X: 2.4-3.75cm
Ku: 1.57(1.7)-2.4cm
K: 1.1-1.57(1.7)cm
Ka: 0.75-1.1cm,8,2.1.2、电磁辐射的度量,能量：反应了做功的能力，在做功的过程中，能量从一个物体传输到另一个物体或者从一个地方传输到另一个地方。,传导
对流
辐射,为了描述电磁辐射的产生、在空间的传播以及与其物质进行相互作用的过程，可以采用两种不同的模型：波模型和粒子模型。,9,2.1.2、电磁辐射的度量
（1）辐射能量,电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高
• 改变物体的内部状态
• 使带物体受力而运动
……,辐射能量（W）的单位是焦耳（J）,10,在单位时间内通过某一面积的辐射能量称为辐射通量：
Φ=dW/ dt,辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）,2.1.2、电磁辐射的度量
（2）辐射通量Φ,11,（3）辐射通量密度 E：,单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：
辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，记为:
I=d Φ / dS。
辐射出射度(M)：温度为T的辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，记为:M=d Φ / dS。,辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）,2.1.2、电磁辐射的度量,12,（4）辐射强度,辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指在某一方向上单位立体角内的辐射通量：
辐射强度：（I）=d Φ / d Ω,辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）,2.1.2、电磁辐射的度量,13,（5）辐射率 （亮度）L,面辐射源，在某一方向，单位投影表面、单位立体角内的辐射通量称为辐射率：,辐射率（L）的单位是瓦 / 米²•球面度（W/m² • Sr）,2.1.2、电磁辐射的度量,14,辐 射 度 量 一 览 表,固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。,（1）热辐射现象,2.1.3、黑体辐射,,物体可辐射能量也可吸收能量，当辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时物体温度恒定不变。,单色辐出度,单位时间、单位表面积、
上所辐射出的，单位波长
间隔中的能量。,辐射出射度,单位时间、单位表面积、
上所辐射出的各种波长
电磁波的能量。,17,2.1.3、黑体辐射-绝对黑体,,能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体,不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。,,黑体模型,研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。,,,,,,,,,18,黑体辐射的三个特性：
（1）与曲线下的面积成正比的总辐射出射度M是随温度T的增加而迅速增加。总辐射出射度M可在从零到无穷大的波长范围内对普朗克公式进行积分可得到。,M= σT4
σ为斯蒂芬一玻尔兹曼常数，
σ =5.67 × 10-8W/m2K4。
能量与绝对温度T的4次方成正比。,斯蒂芬一玻尔兹曼定律,（2）谱功率的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。,维恩位移定律：确定辐射极大值所对应的波长,K=2.898*103umk,20,瑞利-金斯定律
hc<99％）来源于太阳
太阳辐射:
9% 紫外线
41% 可见光
49% 红外线,24,2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响,2.2.1、太阳辐射,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/m2,25,2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响,2.2.2、大气吸收,大气的垂直分层
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。
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。
电离层：高度在50～1 000 km，大气中的O2、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。,26,大气成分：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 太阳辐射及大气对辐射的影响,2.2.2 大气吸收,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；
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 m,2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响,2.2.2 大气吸收,28,2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响,2.2.2、大气吸收,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 m,29,2.2 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(均匀散射）,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,30,2.2.3、大气散射,（1 ）瑞利散射（ Rayleigh scattering ）
条件：粒子直径比波长小很多；
由大气中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起；
特点：散射强度与波长的四次方成反比，即 I-4,（2）米氏散射(Mie scattering)
粒子直径与辐射的波长相当。 米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比， 即 I-2,31,（3）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。散射的特点是散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同,2.2.3、大气散射,32,散射强度与波长密切相关。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1μm 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；,2.2.3、大气散射,33,（1）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 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,35,（2）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 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,36,0.3-1.3μm：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。
1.5-1.8μm, 2.0-3.5μm：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。,主要的大气窗口光谱段,2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响,37,3.5-5.5μm：即中红外波段，物体的热辐射较强。
8-14μm：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。,主要的大气窗口光谱段,2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响,38,2.3 地球的辐射与地物波谱,2.3.3、地物反射波谱特征,反射率：
反射能量与总入射能量的百分比
=（P/P0）*100%
反射率大小与物体本身的性质和表面状况、波长、入射角等有关
三种反射状况：镜面反射、漫反射、方向反射
朗伯面：对于漫反射面，当入射照度一定时，从任何角度观察反射面，其反射亮度是一个常数，这种反射面称朗伯面
实际物体多数为方向反射，介于镜面和朗伯面间。,39,2.3 地球的辐射与地物波谱,2.3.3、地物反射波谱特征,实际物体的反射，介于镜面反射和漫反射之间。在入射辐照度相同时，反射辐射亮度的大小既与入射方位角和天顶角有关，也与反射方向的方位角与天顶角有关。,,入射辐照度Ii由两部分组成，一部分是太阳的直接辐射，其辐照度大小与太阳天顶角θi和日地距离D有关；另一部分是太阳辐射经过大气散射后又漫入射到地面的部分，其辐照度与入射角无关。,,40,2.3 地球的辐射与地物波谱,2.3.3、地物反射波谱特征,反射波谱：研究地物反射率随波长的变化规律来识别地物
地物反射曲线的形态相差很大，表明反射率随波长变化的规律不同
图：植被、水体、干的土壤,41,2.3.3、地物反射波谱特征,2.3 地球的辐射与地物波谱,2.3.3、地物反射波谱特征,植被的光谱曲线：
0.4-0.76m: 有一个小的反射峰，位于绿色波段（0.55 m ），两边（蓝、红）为吸收带（凹谷）
0.76-1.3 m: 高反射，在0.7 m处反射率迅速增大，至1.1处有峰值
1.3-2.5 m: 受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，形成几个低谷,43,2.3.3、地物反射波谱特征,水体的光谱反射特性
蓝、绿波段为反射带
近、中红外波段为完全吸收带,,44,2.3.3、地物反射波谱特征,不同叶绿素含量时水体的波谱曲线,45,2.3 地球的辐射与地物波谱,2.3.3、地物反射波谱特征,土壤：没有明显的波峰波谷,土质越细反射率越高，有机质含量越高含水量越高，反射率越低。,46,城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线,在城市遥感影像中，通常看到建筑物的顶部、部分建筑物的侧面、无植被覆盖的道路
建筑材料各不相同,城市道路、建筑物的反射波谱特性曲线,城市道路、建筑物的光谱反射特性
红外波段较可见光波段反射强
石棉瓦较其他材料反射强
沥青较其他材料反射弱,49,2.3.3、地物反射波谱特征,岩石：形态各异，没有统一的变化规律，反射波谱曲线受下列影响：,矿物成分
矿物含量
风化程度
含水状况
颗粒大小
表面光滑程度
色泽等影响,50,问题 ：
同 谱 异 物
同 物 异 谱,
展开阅读全文
相关搜索
