环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性课件

1、环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,1,环境遥感,田静毅,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,2,第二章电磁辐射与地物光谱特征,本章主要介绍遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、地物反射太阳光谱的特性、地物的热辐射、地物与微波的作用机理。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,3,电磁波 交互变化的电磁场在空间的传播。 描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅、位相等。 电磁波的特性 电磁波是横波，传播速度为3108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。

2、,1 遥感的电磁波原理,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,4,电磁波谱 按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。 依次为： 射线X射线紫外线可见光红外线微波无线电波。,1 遥感的电磁波原理,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,5,电磁波谱图,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,6,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：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：波长范围为

3、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。,遥感应用的电磁波波谱段,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,7,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,8,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,9,太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线。 从太阳光谱曲线可以看出：,2 太阳辐射,太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 m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 m左右； 太阳光

4、谱相当于6000 K的黑体辐射； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 m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。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,10,地物反射光谱的特征 地物的反射率 地物的反射光谱 典型地物的光谱曲线,3 地物的光谱特征,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,11,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 地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。 一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射

5、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. 45-0. 56m的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达10-20 m，清澈水体可达100 m的深度。 地表吸收太阳辐射后具有约300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为9.66m，主要集中在长波，即6m以上的热红外区段。,太阳辐射与地表的相互作用,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,12,地物的反射率,反射率（）：地物的反射能量与入射总能量的比，即=(P/ P 0)100%。 地物在不同波段的反射率是不同的。 反射率是可以测定的。 反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。 地物的反射光谱曲线

6、：反射率随波长变化的曲线。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,13,地物的反射光谱,地物的反射率随入射波长变化的规律，叫做地物的反射光谱。 按地物的反射率与波长之间的关系绘成的曲线（横坐标为波长值，纵坐标为反射率）称为地物的反射光谱曲线.,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,14,在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，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

7、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透射能力较强，特别是对0.45 0.56m的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达10-20 m，清澈水体可达100 m的深度。 对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。,地物波谱特征,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,15,地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律 不同类型的地物，其电磁波响应特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基础,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,16,植被光谱曲线 土壤光谱曲线

8、 水体光谱曲线 岩石光谱曲线 常见地物比较光谱曲线,各典型地物的光谱曲线,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,17,水体的反射光谱特性,水体的反射率，除镜面反射方向外，在各个波段内都较低，一般在3%左右。清水的反射率一般在可见光部分为4-5%，在0.6（橙光）处下降至2-3%，到0.75以后的近红外波段，水成了吸收体。混浊水的反射波谱曲线随着悬浮泥沙浓度的增加而增高。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,18,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,19,水体的光谱曲线,返回,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,20,

9、植被的反射光谱特性,植被是地面分布最广的地物之一，植物对自然环境的依赖性又大，所有植物由于叶绿素含量和植物细胞结构的不同，各自具有特殊的光谱效应，因而植被在遥感图象上较易识别，并且成为指示自然环境（如气候，水分等）的最好标志.,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,21,可见光波段：在 0.45 微米附近区间（兰色波段）有一个吸收谷，在 0.55 微米附近区间（绿色波段）有一个反射峰，在 0.67 微米附近区间（红色波段）有一个吸收谷 近红外波段：从 0 .76 微米处反射率迅速增大，形成一个爬升的的陡坡,至 1.1微米附近有一峰值，反射率最大可达 50%，形成植被的独有特征

10、 中红外波段： 在1.5 一 1.9微米光谱区反射率增大， 1.45 微米,1.95 微米和2.7微米 为中心的附近区间，受绿色植物含水量的影响，反射率下降，形成低谷。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,22,植物的光谱曲线,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,23,不同植物类型光谱反射率,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,24,常见地物的光谱曲线比较,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,25,常见地物的光谱曲线比较,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,26,病虫害对植物光谱反射率的影响,环

11、境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,27,土壤的波谱特征,不同质地的土壤，其波谱反射率是不同的。 a.粉砂的反射波谱曲线整体都高。 b.腐植土最低，反射率在0.1（10%）左右。 c.基岩上风化残积物因颗粒较细，反射波谱特征与基岩相似，干燥的残积物的反射率要比基岩高；较湿润的残积物，其反射率比湿润的基岩还要低，说明反射率与含水分的多少密切相关。 d.土壤中波谱的亮度系数还与土壤的理化参数（盐分类型、含量、碱化度等）有关。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,28,土壤的光谱曲线,返回,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,29,不同含水量

12、对土壤反射光谱率的影响,土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，在水的各个吸收带（ 1.4 , 1.9 和 2.7 微米处附近区间），反射率的下降尤为明显,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,30,粉砂土壤不同含水量情况下的光谱反射率曲线图,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,31,岩浆岩的波谱特性和色调 超基性、基性岩浆岩的反射系数低，在航片上色调呈深灰色至黑色；中性岩浆岩反射系数中等，在像片上呈灰色调；酸性岩浆岩反射系数偏高，在航片上呈浅灰至灰白色调。随着化学成分、矿物成分和结构构造的变化，其反射系数也有所不同,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱

13、和地物波谱特性,32,岩石的反射光谱特性,A 大多数岩石是一种以上矿物的集合体，岩石在可见光波段和近红外波段的波谱特性十分复杂，难于直接用它来鉴别岩石。但岩石的波谱特征却能反映它的基本物质成分和结构特点，是识别和区分岩类的重要依据。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,33,B 沉积岩的波谱特性和色调 沉积岩的反射率都不高，反射率随岩石本色的加深而降低，而岩石本色主要与杂质成分（Fe2+，Fe3+，C有机质等）的含量有关。,环境遥感技术及应用（田静毅）02电磁波谱和地物波谱特性,34,C 变质岩的波谱特性和色调 一般情况下，正变质岩（岩浆岩变质形成）的波谱特性和色调与岩浆岩相近，副变质岩（沉积岩