遥感入门-chp2

第二章电磁辐射与地物光谱特征电磁辐射与太阳辐射大气组成及大气对辐射的影响典型地物的光谱特征电磁波（electromagneticwave)：在真空或物质中通过电磁场的振动而传输电磁能量的波。光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发出的电磁振荡在空间的传播。什么是电磁波电磁辐射电磁波的波粒二象性波动性1860年麦克斯韦（C.Maxwell)提出光是电磁波的理论。粒子性1900年,普朗克（Max.Planck)提出了辐射的量子论，1905年，爱因斯坦（Albert.Einstein)将量子论用于光电效应之中，提出光子理论。麦克斯韦（1831-1879）普朗克（1858-1947）爱因斯坦（1879-1955）波动性粒子性电磁波的性质粒子性Planck'squantumtheory:把电磁波作为粒子对待时，能量:Q=hfh,Plank'sconstant(6.626*10-34J•s)能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强。电磁波的性质振幅(A)波长(lambda,l)周期(T)频率(f=1/T),单位：赫兹(HZ),表示1秒内波传播的次数波速(v)波动性电磁波的性质真空中，光速=c=2.998*108m/s传播来道小题吧假设光速是3x108m/s.如果电磁波的频率是500,000GHz(GHz=gigahertz=109/s),波长是多少？(μm).电磁波谱划分ˠ射线小于10-6μmX射线10-6~10-3μm紫外线10-3~3.8*10-1μm电磁波谱划分ˠ射线小于10-6μmX射线10-6~10-3μm紫外线10-3~3.8*10-1μm电磁波谱划分紫0.38~0.43蓝0.43~0.47青0.47~0.5绿0.5~0.56（μm）黄0.56~0.59橙0.59~0.62红0.62~0.76电磁波谱划分近红外0.76μm~3μm中红外3μm~6μm远红外（热红外）6μm~15μm超远红外15μm~1000μm电磁波谱划分微波1mm~1m超短波1m~10m中波和短波10m~3000m长波大于3000m辐射能量Q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•使带电物体受力而运动……辐射能量（Q）的单位是焦耳（J）辐射量的定义辐射通量(radiantflux)Φ在单位时间内通过的辐射能量称为辐射通量：Φ=Q/t辐射通量（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）辐射量的定义辐射通量密度(irradiance)E、(radiantexitance)M单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：E辐照度=Φ/AM辐射出射度=Φ/A辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）辐射源辐照度辐射出射度被辐照物辐射体法向辐射量的定义辐射强度(radiantintensity)I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：I=Φ/Ω辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）辐射强度点辐射源辐射量的定义分谱辐射通量辐射通量是波长λ的函数，单位波长间隔内的辐射通量称为分谱辐射通量：Φλ=Φ/λ分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）λ1-λ2间隔内的Φ(λ1-λ2)?总辐射通量Φ？辐射通量波长辐射量的定义辐射亮度(radiance)L单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度：L=³Φ/AΩ辐射亮度（L）的单位是瓦/米²•微米•球面度（W/m²•Sr）亮度L面辐射源θ立体角ΩA图中出射辐射亮度是多少？辐射量的定义小结辐射度量一览表瓦/米²•球面度(W/m²•Sr)2(3)Φ/AΩ(λ)L辐射亮度瓦/球面度(W/Sr)(2)Φ/Ω(λ)I辐射强度瓦/米²(W/m²)(2)Φ/A(λ)M辐射出射度瓦/米²(W/m²)(2)Φ/A(λ)E辐照度瓦(W)(2)Q/t(λ)Φ辐射通量焦耳(J)Q辐射能量单位定义符号辐射量辐射量的定义分谱？？？分谱辐射通量分谱辐照度、分谱辐射出射度分谱辐射强度分谱辐射亮度“分谱”两字可以忽略辐射量的定义基本辐射量 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ：表征辐射的物理量很多：能量、通量、密度、强度、亮度，以及谱（分谱）……需要注意的是：文献中的称谓不尽相同，关键看单位最重要的是密度（辐照度）和亮度凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cosθ11/11电磁波的来源黑体吸收100%恒星和太阳可看做接近黑体电磁波的来源普朗克公式计算黑体的辐射通量密度其中：h,Planck常数，6.63*10-34Jsc,光速k=1.3806*10-23JK-1,Boltzmann常数T,绝对温度Wm-2mm-1电磁波的来源普朗克定律的简化形式其中：C1=3.7418*10-18W·m2C2=1.4388*10-2m·KWm-2mm-1电磁波的来源Stefan-Boltzmann定律与普朗克公式相关的定律如果不是黑体？M灰体辐射通量Mb同温度黑体辐射通量ε发射率开动脑筋例1已知太阳表面的辐射出射度M=6.284*107W/m2,求太阳的有效温度和太阳光谱中辐射最强波长例2已知氧化铜的表面温度为1000k，吸收率为0.7，求这时该物体的总辐射出射度M。电磁波的来源与普朗克公式相关的定律Wien’sdisplacementlawlmaxT=bb=2897.8mmKlmaxTWeinDisplacementLawshowsthatastemperatureincreases,thewavelengthofmaximumemissiondecreases电磁波的来源太阳波谱从可见光到近红外，太阳辐射能量大约占80%,而99%的能量在0.17~4mm太阳常数在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。E0=1353(±21)W/m2(1976,NASA)电磁波的来源地球能量谱1020304050102030Wm-2mm-14.6225mm,5.52Wm-2mm-1l,mm3mm处，太阳：26.57，地球：0.186mm处，太阳：2.08，地球：16.248mm处，太阳：0.69，地球：28.49电磁波的散射和吸收当电磁波在介质中传播时，会发生散射(scattering)和吸收(absorption)，其中散射又分为反射(reflection)和透射(transmission)。透射反射入射电磁波与介质的相互作用反射率ρ以比例形式表征的反射辐射强度，反射率为反射辐射与入射辐射之比：ρ=Mr/Mi透射率τ？吸收率α？反射率、透射率、吸收率之间的关系：ρ+τ+α=？大气垂直结构Troposphere(对流层)Stratosphere(平流层)Mesosphere(中间层)Thermosphere(热层)各层的顶部分别为：Tropopause、Stratopause、Mesopause、Thermopause,大气组成及大气对辐射的影响大气组成对流层邻近地表的一层。厚度最薄，大气质量80%，水汽90%。低纬：16~18km;中纬：10~12km;高纬：7~9km.特点：温度随高度增加不断下降，平均6.5ºC/km，一切的天气变化(水汽，云,降水)都发生在该层。垂直方向空气运动激烈。大气组成平流层从对流层顶到50~55km。约20%大气质量，水汽少，臭氧(10~40km)丰富，气体密度低，分子动能大。特点：20~32km,同温层。同温层之上，温度随高度增加而增加，到平流层顶温度停止增加。无垂直运动，稳定，导致气溶胶可以停留很长时间。大气组成热层从中间层顶到几百公里。特点：密度很低，温度约500~2000K。又称电离层，反射无线电波。没有固定的化学组成。中间层从平流层顶到80~85km。特点：温度递减化学组成非常均匀，压力很低。中间层顶的温度通常最低：-95ºC大气组成大气主要成分为分子和其他微粒分子主要有：N2和O2，约占99%，其余1%是O3，CO2，H2O及其他（N2O，CH4，NH3等）其他微粒主要有小水滴和烟，尘埃，雾霾，等气溶胶颗粒。大气对辐射的影响回忆，大气对辐射的影响有吸收，散射散射（透射，反射）大气影响-吸收紫外区可见光区红外区域微波区域大气影响-吸收紫外区臭氧的吸收可见光区基本没有吸收.红外区域主要来自水及二氧化碳。(0.7to15µm)在远红外区，基本上都被大气吸收。微波区域总体不强，但氧气和二氧化碳有微弱吸收大气影响-散射大气中的粒子或大的气体分子存在发生散射改变原来的辐射方向取决于粒子或气体分子的多少，辐射的波长，还有传播的距离大气中有三种散射：瑞利散射，米散射，无选择性散射瑞利散射当粒子相对于波长很小时发生小粒子，氮气分子和臭氧分子散射的大小与波长的四次方呈反比米散射当粒子和波长相比尺度差不多尘埃，花粉，烟雾和水汽分子非选择性散射粒子比波长大的多水滴和大的尘埃粒子引起为什么云和雾是白色的？大气效应               Effectofpassingthroughtheatmosphereonsolarradiation(accordingtoValley,1965).大气窗口通常把辐射经过大气时较少被吸收和散射的波段称为大气窗口。大气窗口通常把辐射经过大气时较少被吸收和散射的波段称为大气窗口。0.3~1.3μm，紫外，可见和近红外1.5~1.8μm和2.0~3.5μm，近中红外波段3.5~5.5μm，中红外波段8~14μm，远红外（热红外）波段0.8~2.5cm，微波波段地物光谱特性与遥感水体植被土壤城市地物典型地物的光谱反射特征－水体自然水体大多含有悬浮物质，如有机物中的藻类植物及无机物中的泥沙等。因而，水体的反射光谱与悬浮物的性质和含量密切相关。含悬浮泥沙的水，在整个可见光段的反射率都比清水的反射率高,悬浮泥沙还导致反射率的峰值出现在0.6---0.7μm之间，即可见光的橙、红光段。雪，作为冰冻状态的水，与液态水在光谱特征上，有着很大的差别。雪在可见光段的平均反射率高达95％以上；在红外波段反射率下降得很快，并在1.5μm和2.0μm处降至零。雪的这种反射特性，在自然地物中几乎是独一无二的。一种特殊水体--雪的反射光谱特征植被的光谱特性决定植物光谱特性的因素，是叶子的色素成分、叶子的细胞结构及叶子的含水量。归总起来，各种植物叶子在可见光、近红外波段的光谱特性具有明显的差别。在可见光段，叶子中的色素对光谱特性起着支配作用，这个波段的大部分入射辐射被吸收，小部分被反射。叶子在近红外波段的0.76—1.3um范围内，反射率的大小，取决于叶子的细胞构造。在该波长范围内，叶子的反射和透射辐射各占入射辐射的一半，而被叶子吸收的辐射则极少。植物中的含水量直接影响它在1.3—2.5um波长范围内的反射率值，大部分入射辐射被叶子中的水分所吸收，其余的被叶子反射。土壤反射光谱特性土壤与电磁辐射相互作用中，只存在反射与吸收过程。土壤的可见光、近红外光谱特性，与土壤的质地、有机质含量、氧化铁含量和含水量等因素有关。土壤中有机质含量增加导致反射率非线性地下降。土壤中氧化铁含量的增加导致它在可见光段的光谱反射率明显下降。水分含量对土壤的反射光谱特性的影响最为显著，不仅会导致反射率下降，还会明显地改变近红外波段反射光谱特性曲线的形态。城市地物光谱特征也称人工（造）地物,灰色基调，无特别特征，不易通过光谱进行区分，应当着重从提高空间分辨率入手.怎么辨别这两种树