第二章遥感物理基础精选文档.ppt

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1、第二章遥感物理基础本讲稿第一页，共三十页遥感基本原理地球上任何物体都在不停吸收、发射和反射信息和能量（电磁波），不同物体的电磁波特性是不同的，遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和自身发射的电磁波，来提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。本讲稿第二页，共三十页基本概念本讲稿第三页，共三十页按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就得到电磁波谱电磁辐射波谱本讲稿第四页，共三十页黑体黑体 黑体概念：实验室理想的热辐射特征研究对象黑体概念：实验室理想的热辐射特征研究对象物理学概念物理学概念（黑体（黑体=全吸收体）全吸收体）黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体，自然界并不存在

2、。黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体，自然界并不存在。自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一部分能量反射。灰体自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一部分能量反射。灰体辐射的规律接近黑体。辐射的规律接近黑体。本讲稿第五页，共三十页辐射源本讲稿第六页，共三十页地球的辐射源地球辐射：地球表面和大气电磁辐射的总称。地球辐射是被动遥感中传递地物信息的载体。装载在航天航空平台上的遥感器，接受来自地球辐射携带的地物信息，经过处理形成遥感影像。本讲稿第七页，共三十页被动遥感的辐射源太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在0.32.5um波段之间。（可见光和近红外）地球自身热辐射近似300K的黑体辐射，能

3、量集中在6.0um以上的波段。（热红外）本讲稿第八页，共三十页0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.4 2.6 2.8 3.0 大气上界太阳照度大气上界太阳照度大气上界太阳照度大气上界太阳照度大气上界太阳照度大气上界太阳照度580058000 0K K黑体辐射黑体辐射黑体辐射黑体辐射海平面太阳照度海平面太阳照度海平面太阳照度海平面太阳照度太阳辐射本讲稿第九页，共三十页大地辐射大地辐射 0 3 占有占有 0.2%3 5 占有占有 0.6%5 8 占有占有 10%8 14 占有占有 50%14 30 占有占有 30%30 100 占有占有 9%1

4、mm 占有占有 0.2%大地也近似可看为黑体，向外辐射能量。大地也近似可看为黑体，向外辐射能量。大地辐射能量分布为：大地辐射能量分布为：这就是热红外的波段划分的依据。这就是热红外的波段划分的依据。注意：注意：遥感夜晚成象可以反映地表温度。遥感夜晚成象可以反映地表温度。本讲稿第十页，共三十页在0.32.5um波段（主要在可见光和近红外波段），地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽略。即在该波段范围内，对地观测遥感主要以太阳的短波辐射对地表进行探测和成像。在2.56.0um波段（主要在中红外波段），地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。在6.0um以上的热红外波段，以地球自

5、身的热辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）地球辐射的分段特性本讲稿第十一页，共三十页了解地球辐射的分段特性的意义可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。本讲稿第十二页，共三十页大气能量-物质交换作用本讲稿第十三页，共三十页大气电磁辐射作用大气的成分大气的成分大气的垂直分层大气的垂直分层太阳辐射的衰减与天空辐射 （1 1）衰减系数（2 2）大气散射）大气散射 （3 3）大气吸收）大气吸收（4 4）天空辐射）天空辐射本讲稿第十四页，共三十页Re

6、-emission of Infrared Radiation本讲稿第十五页，共三十页大气的垂直分层 大大大大气气气气厚厚厚厚度度度度约约约约为为为为1000km,1000km,1000km,1000km,从从地地面面到到大大气气上上界界，可可垂垂直直分分为为4 4层：层：对对对对流流流流层层层层：高高高高度度度度在在在在7 7 7 712 12 12 12 km,km,km,km,温温温温度度度度随随随随高高高高度度度度而而而而降降降降低低低低，空空空空气气气气明明明明显显显显垂垂垂垂直直直直对对对对流流流流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。天气变化频繁，航空遥感

7、主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。平平平平流流流流层层层层：高高高高度度度度在在在在1212121250 50 50 50 kmkmkmkm，没没没没有有有有对对对对流流流流和和和和天天天天气气气气现现现现象象象象。底底底底部部部部为为为为同同同同温温温温层层层层（航航航航空空空空遥遥遥遥感感感感活活活活动动动动层层层层），同同同同温温温温层层层层以以以以上上上上为为为为暖暖暖暖层层层层，温温温温度度度度由由由由于于于于臭臭臭臭氧氧氧氧层层层层对对对对紫紫紫紫外外外外线的

8、强吸收而逐渐升高。线的强吸收而逐渐升高。线的强吸收而逐渐升高。线的强吸收而逐渐升高。电电电电离离离离层层层层：高高高高度度度度在在在在505050501 1 1 1 000 000 000 000 kmkmkmkm，大大大大气气气气中中中中的的的的O O O O2 2 2 2、N N N N2 2 2 2受受受受紫紫紫紫外外外外线线线线照照照照射射射射而而而而电电电电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。大气外层大气外层大气外层大气外层：8008008008

9、0035 000 km,35 000 km,35 000 km,35 000 km,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。本讲稿第十六页，共三十页大气散射效应 瑞利散射（瑞利散射（Rayleigh-Scattering）选择性散射要求条件为微粒半径选择性散射要求条件为微粒半径 r 本讲稿第十八页，共三十页大气折射与反射折射现象：电磁波传过大气层时出现传播方向的改变，大气密度越大，折射率越大。反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要出现在云顶（云造成的噪声）。

10、本讲稿第十九页，共三十页大气窗口太阳辐射经过大气传输时，反射，吸收和散射共同衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。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。电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。（对地遥感要用的部分）本讲稿第二十页，共三十页大气窗口大气窗口 本讲稿第二十一页，共三十页地物波谱特征本讲稿第二十二页，共三十页地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。地物波谱的作用：不同类型的地物，其电

11、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。地物波谱的特性本讲稿第二十三页，共三十页地物反射波谱特征太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即：到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量。一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0.450.56m的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。本讲稿第二十四页，共三十页地物波谱特征本讲稿第二十五页，共三十页地物波谱曲线的作用物体波谱曲线形态，反映出该地物类型在不同波段的反

12、射率，通过测量该地物类型在不同波段的反射率，并以此与遥感传感器所获得的数据相对照，可以识别遥感影像中的同类地物。本讲稿第二十六页，共三十页地物波谱特性的测量可见光和近红外波段是研究地表的主要波段。可见光和近红外地物光谱测试的作用：（1）传感器波段的选择、验证、评价；（2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；（3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。本讲稿第二十七页，共三十页地物光谱测定地物光谱测定本讲稿第二十八页，共三十页思考题结合电磁波谱以及大气窗口的概念分析遥感应用的电磁波波段主要有哪些本讲稿第二十九页，共三十页遥感应用的电磁波波谱段 紫外线：紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。可见光：可见光：波长范围：0.380.76m，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。红外线：红外线：波长范围为0.761000m，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。微波：波长范围为1 mm1 m，穿透性好，不受云雾的影响。本讲稿第三十页，共三十页