第2章 电磁波及遥感物理基础

1、地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY第第2章电磁波与遥感物理基础章电磁波与遥感物理基础地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY波：波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。 电磁波：在空间传播的交变电磁场。电磁波：在空间传播的交变电磁场。当电磁振荡进入空间时，变化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，的磁场

2、激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波，也称电磁辐射。也称电磁辐射。 电磁波电磁波地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY波：波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。 电磁波电磁波地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY电磁波的基本特征：电磁波的基本特征： 电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播方向垂直，电磁波是横波，质点的震动方向与波的传播

3、方向垂直，传播速度为传播速度为3108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生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。电磁波是遥感信息作用时会有反射、吸收、透射、散射等。电磁波是遥感信息的载体，电磁波理论是遥感的物理理论基础。的载体，电磁波理论是遥感的物理理论基础。 E 电场，电场，M 磁场，磁场，C 传播方向传播方向地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY描述电磁波的物理量：波长、频率、振幅、位相等。描述电磁波的物理量：波长、频率、振幅、位相等。 c=f* , f 频率，

4、频率， 波长波长地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 麦克斯韦麦克斯韦（1831-1879） 普朗克普朗克（1858-1947） 爱因斯坦爱因斯坦（1879-1955） 波动性波动性粒子性粒子性地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY当两列波在同一空间传播当两列波在同

5、一空间传播时，空间上各点的振动为各时，空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。列波单独振动的合成。任何复杂的电磁波都可以任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁分解成许多比较简单的电磁波；波；比较简单的电磁波也可以比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。合成为复杂的电磁波。（白白光的色散和合成，计算机显示器的工光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，作原理， 混合像元的分解混合像元的分解 ） 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而电磁波遇到有

6、限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而弯曲地向障碍物地后面传播。把这种通过障碍物边缘改变传弯曲地向障碍物地后面传播。把这种通过障碍物边缘改变传播方向地现象，称为电磁波的衍射。播方向地现象，称为电磁波的衍射。 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 电磁波遇到电磁波遇到“狭缝狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量，称为电磁波的偏振。分量，称为电磁波的偏振。 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE &

7、TECHNOLOGY 把电磁波作为粒子对待时，能量把电磁波作为粒子对待时，能量: : h : 普朗克常数，普朗克常数，6.62607551034 J sc : 光速；光速； v : 频率频率 能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强。能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGYv波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORM

8、ATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 定义：按照电磁波的波长（频定义：按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列成的率的大小）长短，依次排列成的图表，称为电磁波谱。图表，称为电磁波谱。 依次为：依次为： 射线射线X X射线射线紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线微波微波无线电无线电波。波。电磁波谱电磁波谱地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理

9、与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY各种电磁波的特点各种电磁波的特点地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY常用的遥感波段常用的遥感波段：地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOG

10、Y地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY电磁辐射源：能辐射任何波长电磁波电磁辐射源：能辐射任何波长电磁波 的物质。的物质。 自然辐射源自然辐射源 人工辐射源人工辐射源 (主动式遥感的辐射源 ，雷达探测。分为微 波雷达和激光雷达) 不同辐射源的电磁辐射信息存在一定的差异，可由相不同辐射源的电磁辐射信息存在一定的差异，可由相应探测波段的遥感器以成像或非成像的方式进行记录。应探测波段的遥感器以成像或非成像的方式进行记录。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORM

11、ATION SICENCE & TECHNOLOGY自然辐射源自然辐射源太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。地球的电磁辐射：小于3 m的波长主要是太阳辐射的能量；大于6 m的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6 m之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY1.电磁辐射的度量术语电磁辐射的度量术语 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSI

12、TY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY（3）辐照度（）辐照度（E） 单位面积上接收的辐射通量。 E= d F / dA ，单位：W . m-2（4）辐射出射度（辐射出射度（M） 单位面积上辐射出的辐射通量。 M= d F / dA ，单位：W . m-2（5）辐射强度（辐射强度（I） 点辐射源在某一方向单位立体角内 的辐射通量。 I = d F / dW，单位：W . sr-1地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING U

13、NIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY2.物体的热辐射物体的热辐射 热辐射热辐射由于物体内部微观粒子的热运动所引起的由于物体内部微观粒子的热运动所引起的电磁辐射。电磁辐射。 物体热辐射的强弱取决于地物自身性质和温度，辐射能物体热辐射的强弱取决于地物自身性质和温度，辐射能量分布随波长的不同而变化。量分布随波长的不同而变化。 太阳（表面温度太阳（表面温度6000K） 热辐射体热辐射体 地球（平均温度地球（平均温度300K）地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHN

14、OLOGY3.绝对黑体绝对黑体 （1 1）绝对黑体：对任何波长的辐射，吸收率等于）绝对黑体：对任何波长的辐射，吸收率等于1 1，反射率和透射率都等于反射率和透射率都等于0。与温度和波长无关。与温度和波长无关。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 用不透明材料制成的开有小孔的空腔用不透明材料制成的开有小孔的空腔(如上图如上图)就是一个就是一个黑体模型。空腔外面的辐射能够通过小孔进入空腔，进入空黑体模型。空

15、腔外面的辐射能够通过小孔进入空腔，进入空腔的射线，在空腔内进行多次反射，每反射一次内壁吸收一腔的射线，在空腔内进行多次反射，每反射一次内壁吸收一部分能量，最后全部被吸收掉，从小孔穿出的辐射能可以略部分能量，最后全部被吸收掉，从小孔穿出的辐射能可以略去不计。小孔即相当于黑体的表面。去不计。小孔即相当于黑体的表面。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY52( , )(1)2bhckThcMTeh: 普朗克常数普朗克常数, 6.6260755*10-34 Ws2k: 玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数，k=1.

16、380658*10-23 WsK K-1-1 c: 光速光速; : 波长（波长（m）; T: 绝对温度（绝对温度（K）M, , 辐射出射度辐射出射度（2）黑体辐射规律：普朗克公式 1900年，普朗克由量子论推导出热辐射定理，即普朗克公式：地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY变化特点：变化特点：(1) 辐射通量密度随波辐射通量密度随波长连续变化，只有一个长连续变化，只有一个最大值；最大值；(2) 温度越高，辐射通温度越高，辐射通量密度越大，不同温度量密度越大，不同温度的曲线不相交；的曲线不相交；(

17、3) 随温度升高，辐射随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。最大值向短波方向移动。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY斯蒂芬玻尔兹曼定律斯蒂芬玻尔兹曼定律 整个电磁波谱的总辐射出射度整个电磁波谱的总辐射出射度 M, , 可以用某一单位波长可以用某一单位波长间隔的辐射出射度间隔的辐射出射度M对波长对波长 由由 O O 到无穷大的整个电磁到无穷大的整个电磁波段积分，波段积分，用普朗克公式对波长积分，得到斯忒藩一玻尔兹曼定律，即用普朗克公式对波长积分，得到斯忒藩一玻尔兹曼定律，即绝对黑体的总辐射出射度

18、与黑体温度的四次方成正比，绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比， M= T= T4 4式中，式中，为斯忒藩一玻尔兹曼常数，为斯忒藩一玻尔兹曼常数， =5.67 =5.67 10 10-8-8 W/mW/m2 2K K4 4。0( )MMd地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY维恩位移定律维恩位移定律： 实验发现：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最实验发现：当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值对应的波长大值对应的波长 向短波方向移动向短波方向移动黑体辐射光谱中最强辐射的波长黑体辐射光

19、谱中最强辐射的波长 maxmax与黑体绝对温度与黑体绝对温度T T成反成反比：比： b b为常数，为常数， b =2.898 10b =2.898 10-3-3mKmK 波长越长，最强辐射波长越短波长越长，最强辐射波长越短 例如太阳光例如太阳光 =490=490nmnm ，可估计出太阳表面温度可估计出太阳表面温度近似为近似为5900K；地表温度为地表温度为300K，地地表辐射的表辐射的 约为约为1010m mm。maxTb地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY温度温度T/K300500100020

20、0030004000500060007000波长波长max/m9.665.802.901.450.970.720.580.480.41地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY4.实际物体的辐射实际物体的辐射发射率（比辐射率）发射率（比辐射率） 实际物体的辐射不同于绝对黑体的辐射，在相同温度实际物体的辐射不同于绝对黑体的辐射，在相同温度下，实际物体的辐射出射度（辐射通量密度）比绝对黑体下，实际物体的辐射出射度（辐射通量密度）比绝对黑体的要低。的要低。 地物发射某一波长的辐射出射度（辐射通量密度）与地物

21、发射某一波长的辐射出射度（辐射通量密度）与同温下黑体在同一波长上的辐射出射度之比，称地物光谱同温下黑体在同一波长上的辐射出射度之比，称地物光谱发射率（发射率（emissivity）(也称比辐射率也称比辐射率)，即：，即： = = M /M 发射率是一个数字，其值介于发射率是一个数字，其值介于0和和1之间，作为比较一之间，作为比较一辐射源接近黑体的程度。辐射源接近黑体的程度。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY物体按其发射辐射特性可分为：物体按其发射辐射特性可分为：地理与遥感学院地理与遥感学院NA

22、NJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY5.太阳辐射太阳辐射（1）太阳和太阳常数：）太阳和太阳常数： 太阳是太阳系的中心天体，在太阳系空间，布满了从太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。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，（日地平均距离，149,597,870*103m）的区域内，垂直于太的区域内，垂直于太阳辐射方向上单位面积和

23、单位时间黑体所接收到的太阳辐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，没有大气影射能量。是在地球大气顶端接受的太阳能量，没有大气影响响 I=1.95 cal/cm2 min=1.360*103 W/m2地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY（2）太阳光谱）太阳光谱太阳光谱是连续的，且辐射特性与绝对黑体辐射特性近似太阳光谱是连续的，且辐射特性与绝对黑体辐射特性近似。 太阳辐照度分布曲线太阳辐照度分布曲线地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNI

24、VERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY太阳辐射及其能量分布太阳辐射及其能量分布1）5900K的黑体辐射。的黑体辐射。 2）短波辐射（）短波辐射（太阳辐射总能量的太阳辐射总能量的40集中于集中于0.40.76um的的可见光范围内，可见光范围内，5151在红外部分）在红外部分） 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY6.大气对太阳辐射的影响作用：大气对太阳辐射的影响作用：折射、吸收、反射、散射、透射折射、吸收、反射、散射、透射地理与遥感学院地理与遥感学院

25、NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY（1）大气折射大气折射 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。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。射值。 1 2 3 Optically less dense atmosphere Optically

26、more dense atmosphere Optically less dense atmosphere Path of energy in homogeneous atmosphere 3 n n 1 = index of refraction for this layer of the atmosphere n 2 Incident radiant energy Normal to the surface Path of radiant energy affected by atmospheric refraction Atmospheric Refraction 地理与遥感学院地理与遥

27、感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY（2）大气吸收）大气吸收大气层次大气层次电离层电离层：距地面：距地面85km直到几百千米的直到几百千米的范围均为热电离层，热电离层的温度范围均为热电离层，热电离层的温度范围为范围为500K到到2000K。在电离层中，在电离层中，由于太阳紫外辐射和高能宇宙射线的由于太阳紫外辐射和高能宇宙射线的轰击而使空气电离成离子，因而在热轰击而使空气电离成离子，因而在热电离层中空气以稀薄的等离子体的形电离层中空气以稀薄的等离子体的形式存在。式存在。平流层平流层：在平流层最下面直到：在平流层最下面直

28、到20km的的高度之内，温度几乎为常数，在其之高度之内，温度几乎为常数，在其之上直到大约上直到大约50km高度的范围之内，温高度的范围之内，温度随高度的增加而增加。臭氧主要存度随高度的增加而增加。臭氧主要存在于平流层之中。在于平流层之中。对流层对流层：厚约为：厚约为10km，其特点为温度其特点为温度随高度的增加而降低，随高度的增加而降低，1000m/6.5C。所有天气活动均发生在对流层层中。所有天气活动均发生在对流层层中。在大气层接近地球表面大约在大气层接近地球表面大约2km的厚的厚度，存在着一层气溶胶粒子，气溶胶度，存在着一层气溶胶粒子，气溶胶的浓度随高度的增加呈指数衰减。的浓度随高度的增加

29、呈指数衰减。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY大气成分组成大气成分组成：在大气：在大气层中这些气体的层中这些气体的浓度几乎是保持浓度几乎是保持恒定不变的。恒定不变的。氮氮(N2)：78.084%氧氧(O2)：20.948% 氩氩(Ar)：0.934% 二氧化碳二氧化碳(CO2)：0.033% 其他惰性气体其他惰性气体(Ne, He, Kr, Xe) 氢氢(H2) 甲烷甲烷(CH4) 一氧化二氮一氧化二氮(N2O) 一氧化碳一氧化碳(CO) 其浓度可以其浓度可以随空间和时随空间和时间发生很大间发

30、生很大的变化。的变化。水蒸汽水蒸汽(H2O) 臭氧臭氧(O3) 二氧化硫二氧化硫(SO2) 二氧化氮二氧化氮(NO2) 氨氨(NH3) 一氧化氮一氧化氮(NO) 硫化氢硫化氢(H2S) 硝酸蒸汽硝酸蒸汽(HNO3) 如烟雾、水滴和冰如烟雾、水滴和冰晶体，这些粒子可晶体，这些粒子可以聚集在一起形成以聚集在一起形成云和霾。云和霾。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY大气对太阳辐射吸收大气对太阳辐射吸收大气的吸收作用：大气的吸收作用： 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐大气中的各种成分

31、对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带（如下表）。射的大气吸收带（如下表）。O2吸收带吸收带0.2m，0.155 m最强最强O3吸收带吸收带0.20.36 m，0.6 m，0.96 mH2O吸收带吸收带0.94 m mm ， 1.38 m mm ， 1.86 m mm ， 2.5-3.0 m mm ， 3.24 m mm ， 5-7 m mm ，7.13 m mm ，24 m mm以上（微波）以上（微波）CO2吸收带吸收带1.352.85 m, 2.8 m,4.3 m,14.5 m尘埃尘埃吸收量很小吸收量很小地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF IN

32、FORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY（3）大气的反射作用 主要发生在云层顶部，取决于云量和云雾，云量越多、云层越厚， 反射越强。且波段不同大气影响不同，削弱了电磁波强度。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY（4 4）大气散射）大气散射 电磁辐射在大气中传播时，遇到各种大气微粒（气体分子、尘埃）将发生散射。散射的性质主要取决于： 电磁辐射的

33、波长 微粒半径r三种散射类型：瑞利散射、米氏散射、无选择性散射三种散射类型：瑞利散射、米氏散射、无选择性散射地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY大气散射类型大气散射类型瑞利散射（瑞利散射（ Rayleigh scattering ） 发生在大气粒子的直径比波长大得多时。散射的特点时发生在大气粒子的直径比波长大得多时。散射的特点时散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同。散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同。人看到的人看到的云和雾是白色的，就是非选择性散射的结果云和雾是白色的，就是非选择性

34、散射的结果 。r地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY7.大气窗口大气窗口定义：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，透射率定义：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。很高的波段。研究意义：为遥感信息获取最佳探测波段。研究意义：为遥感信息获取最佳探测波段。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY大气窗口大气窗口地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF

35、INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY常用的大气窗口常用的大气窗口地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SI

36、CENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY1.地球辐射地球辐射地球辐射地球辐射 太阳辐射接近于温度为太阳辐射接近于温度为6000K的黑体辐射，最大辐射的对的黑体辐射，最大辐射的对应波长为应波长为0.48m mm，地球辐射接近于温度为地球辐射接近于温度为300K的黑体辐射，的黑体辐射，最大辐射的对应波长为最大辐射的对应波长为9.66 m mm，二者相差较远；二者相差较远； 太阳辐射主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见光到太阳辐射主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见

37、光到近红外区域，即近红外区域，即0.3-2.5 m mm，在这一波段地球的辐射主要是反在这一波段地球的辐射主要是反射太阳的辐射。射太阳的辐射。 地球自身发出的辐射主要集中在波长较长的部分，即地球自身发出的辐射主要集中在波长较长的部分，即6 m mm以上的热红外区段。以上的热红外区段。 在在2.5-6 m mm的中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表的中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。物体自身的热辐射均不能忽略。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地表自身热辐射地表

38、自身热辐射 地球辐射于相应的黑体辐射的关系：地球辐射于相应的黑体辐射的关系： 从中看出：地球辐射接近于从中看出：地球辐射接近于300K黑体辐射，但由于大气影黑体辐射，但由于大气影响（主要是吸收），实际的辐射曲线为不平滑的折线。响（主要是吸收），实际的辐射曲线为不平滑的折线。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY2.地物波谱特征地物波谱特征波谱特征波谱特征地物辐射（发射、反射、吸收、透地物辐射（发射、反射、吸收、透射）电磁波的强度随波长的不同而变化的特征。射）电磁波的强度随波长的不同而变化的特征。

39、另外，由于另外，由于成分、结构、构造、表面状态以成分、结构、构造、表面状态以及环境、时间及环境、时间等诸多因素的影响，不同地物具有等诸多因素的影响，不同地物具有不同的电磁波谱特性，而同类地物在相同条件下不同的电磁波谱特性，而同类地物在相同条件下则具有相似的地物波谱特性。则具有相似的地物波谱特性。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情况：反射、电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种情况：反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律。吸收、透射，遵守能量守恒定律。( )

40、( )( )( )EsEEE ( )( )( )1 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地物反射波谱特征地物反射波谱特征n研究地物反射光谱的意义：研究地物反射光谱的意义： n被动遥感在遥感探测中占重要地位，主要为反射太阳辐射被动遥感在遥感探测中占重要地位，主要为反射太阳辐射n可准确识别地面目标可准确识别地面目标地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIV

41、ERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY反射率：反射率： 反射能量与总入射能量的百分比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、入射角等有关等有关地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY反射分类反射分类判断物体光滑或粗糙程度的瑞利准则：判断物体光滑或粗糙程度的瑞利准则：8cosh 根据物体表面的粗糙程度，根据物体表面的粗糙程度，反射分为：反射分为：

42、a）镜面反射镜面反射b）漫反射（朗伯反射）漫反射（朗伯反射）c）有向反射有向反射d）混合反射混合反射地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY镜面反射镜面反射 当目标物的表面粗糙高度大大低于电磁波的波长当目标物的表面粗糙高度大大低于电磁波的波长时，那么目标物对电磁波的反射称为镜面反射。时，那么目标物对电磁波的反射称为镜面反射。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY2) 朗伯反射朗伯反射 当目标物的表面足够

43、粗糙，以致于它对太阳短波辐射当目标物的表面足够粗糙，以致于它对太阳短波辐射的散射辐射亮度在以目标物的中心的的散射辐射亮度在以目标物的中心的2空间中呈常数，即空间中呈常数，即散射辐射亮度不随观测角度而变，称该物体为漫反射体，散射辐射亮度不随观测角度而变，称该物体为漫反射体，亦称朗伯体。严格讲自然界中只存在近似意义下的朗伯体。亦称朗伯体。严格讲自然界中只存在近似意义下的朗伯体。只有黑体才是真正的朗伯体。只有黑体才是真正的朗伯体。3) 有向反射有向反射4) 混合反射混合反射 一部分镜面反射，一部分朗伯反射。一部分镜面反射，一部分朗伯反射。地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSIT

44、Y OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 波谱特征曲线波谱特征曲线表示地物辐射电磁波强度随波长变化规律的曲线。表示地物辐射电磁波强度随波长变化规律的曲线。 波谱特征曲线通常以横坐标表示波长，纵坐标表示波谱反射率、发射波谱特征曲线通常以横坐标表示波长，纵坐标表示波谱反射率、发射率等。纵坐标为反射率时为反射波谱曲线。率等。纵坐标为反射率时为反射波谱曲线。几种地物的反射几种地物的反射波谱特征曲线波谱特征曲线地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学

45、院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 植被反射波谱曲线植被反射波谱曲线地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY植被反射波谱的影响因素植被反射波谱的影响因素地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理

46、与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY 水体反射波谱曲线水体反射波谱曲线地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY12地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地理与遥感学院地理与遥

47、感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY雪与云 地理与遥感学院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY地物波谱特性的测量地物波谱特性的测量 地物光谱测试的作用地物光谱测试的作用：传感器波段选择、验证、评价的依据；传感器波段选择、验证、评价的依据；建立地面、航空和航天遥感数据的关系；建立地面、航空和航天遥感数据的关系；将地物光谱数据直接与地面特征进行相关分析并建立应将地物光谱数据直接与地面特征进行相关分析并建立应 用模型。用模型。地理与遥感学

48、院地理与遥感学院NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY野外光谱测量野外光谱测量( (垂直垂直) )1）测量仪器：美国产）测量仪器：美国产ASD FieldSpec（FR 3502500nm）光）光谱仪，光谱仪耦合谱仪，光谱仪耦合25 光纤探头、参考板（每次出野外测试波光纤探头、参考板（每次出野外测试波谱时，须把野外的参考板和室内的参考板进行标定）、罗盘、谱时，须把野外的参考板和室内的参考板进行标定）、罗盘、水准仪、相机等。水准仪、相机等。 2）测定环境：选择晴朗无云，风力较小，视场范围内太阳直）测定环境：选择晴朗无云，风力较小，视场范围内太阳直接照射，当地时间接照射，当地时间10:3014:00间进行测定。间进行测定。 3）测试过程：）测试过程： 记录各种观测仪器和设备