电磁辐射与地物光谱特征

1、电磁辐射与地物光谱特征第1页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五主要内容： 2.1电磁波谱与电磁辐射 2.2太阳辐射及大气对辐射的影响 2.3地球的辐射与地物波谱本章小结第2页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五2.1 电磁波谱与电磁辐射一. 电磁波谱二. 电磁辐射的度量三. 黑体辐射第3页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五一. 电磁波谱1.电磁波的产生2.电磁波的特性3.电磁波谱第4页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五1.电磁波的产生电磁波:由振源发出的电磁振荡在空间的传播,有热辐射、微波、无线电波等,也称为电磁辐射。当电磁

2、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。第5页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五2.电磁波的特性（1）是横波（2）在真空中以光速传播（3）满足： f 入 = C ； E = hf（4）电磁波具有波粒二象性第6页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五入射电磁波镜面反射漫反射物体表面透射/折射吸收反射率（p)=反射能量/入射能量*100%吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100%透射率（T)=透射能量/入射能量*100%第7页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五3.电磁波谱电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的波长或

3、频率，递增或者递减排列构成的谱带则称电磁波谱。以频率从高到低或者波长从短到长排列可以划分为r射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波第8页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五1x10-6m1x10-3m0.1m1m10m100m0.1cm1cm10cm1m10m100m1km10km100kmr射线X射线红外线紫外线微波超短波短波中波长波可见光无线电波0.38m0.76m3m6m15m1000m可见光近红外中红外远红外超远红外红橙黄绿青蓝紫第9页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五二. 电磁辐射的度量辐射能量(W)：电磁辐射的能量，J。辐射通量：单位

4、时间内通过某一面积的辐射能量，W，J/s。辐照度(I)：被辐照的物体表面单位面积上的辐射通量，W/m2。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, W/m2 。第10页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五111WI第11页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五三. 黑体辐射1.绝对黑体2.黑体辐射的规律3.实际物体的辐射第12页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五1.绝对黑体绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。黑色的煤烟、恒星、太阳等。第13页，共49页，2022年，5月20日，7点2

5、分，星期五2.黑体辐射的规律（1）斯忒藩-玻尔兹曼定律:M=T4 =5.67x10-8 W/m2K4辐射出射度波长05101520700K600K500K400K300K第14页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五（2）维恩位移定律:入max T= b b =2.898 x10-3 mK第15页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五3.实际物体的辐射基尔霍夫定律:M1/a1= M2/a2=Mi/ai= M0= IM=M0 绝对黑体不仅具有最大的吸收率，也具有最大的发射率，却丝毫不存在反射；而实际物体，如果吸收本领越大，它的发射本领也越大，越接近黑体。第16页，共4

6、9页，2022年，5月20日，7点2分，星期五习题假定恒星表面的辐射与太阳表面的辐射一样都遵循黑体辐射规律.如果测得到太阳辐射波谱的入太max =0.51 m,北极星的入北max =0.35 m,试计算太阳和北极星的表面温度及每单位表面积上所发射出的功率是多少?第17页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响2.2.1 太阳辐射2.2.2 大气对辐射的影响第18页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五2.2.1 太阳辐射1.太阳常数:是指在不受大气影响,在距离太阳一个天文单位内,垂直于太阳光辐射方向上,单位面积单位时间黑体所接收的太阳

7、辐射能量.I= 1.360 x103W/m22.太阳光谱第19页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五第20页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五2.2.2 大气对辐射的影响1.大气分层和组成2.大气吸收3.大气散射4.大气折射5.大气反射6.大气窗口7.大气透射分析第21页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五对流层外大气层电离层平流层1280100026上层中层下层C电离层同温层暖层冷层中间层热层散逸层质子层氦层O3层D电离层E电离层F电离层35000一般飞机、气球气球航天飞机200-250km,侦察飞机150-200km资源卫星,气象卫星800

8、-900km通讯卫星,气象卫星36000km大气垂直分层示意图飞机气球,喷气式飞机第22页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五分子:氮气(N2)，氧气(O2) 臭氧(O3)，二氧化碳(CO2)，水(H2O)及(N2O，CH4，NH3)等其他微粒:烟、尘埃、雾霾、小水滴、气溶胶等。大气主要成分第23页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五大气散射0.40.50.60.70.80.91.0100蓝绿红散射强度曲线瑞利散射无选择散射 包括：瑞利散射、米氏散射和无选择性散射。第24页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五瑞利散射d入I与入无关大气散射第25页

9、，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五大气上界地平面太阳高度角大气折射后太阳高度角0 折射值 =0 - 大气折射第26页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五大气窗口通常把电磁波通过大气层时较少被反射,吸收或散射的,透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的主要光谱段:第27页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五024681012141618202250100透过率0.3-1.31.5-1.82.0-3.53.5-5.58-140.8-2.5cm大气窗口第28页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五电磁性质大气窗口(m)应用条件成像方式透

10、过率反射光谱0.3-1.3强光条件下摄影扫描90%1.5-1.82.0-2.5强光条件下扫描80%混合光谱3.5-5.5白天晚上都不可扫描75%发射光谱8-14白天晚上都可扫描60%0.05-300cm有无光照都能扫描100%大气窗口第29页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五大气透射分析反射30%，散射22%，吸收17%，透过31%。臭氧吸收3%，云层反射散射25%，尘埃气体吸收散射19%，地面反射8%，地表吸收45%。第30页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五2.3 地球的辐射与地物波谱1、地球的辐射:太阳辐射与地表相互作用,地表自身的热辐射2、地物反射波

11、谱:地物的反射率,地物反射波谱特征3、地物波谱特征的测量所谓地物光谱特性，是指自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射、吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性；它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物光谱特性，其中最常用的是反射信息。第31页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五太阳辐射与地表相互作用: 地球辐射的分段特性： 0.3-2.5 2.5-6 6地表自身的热辐射: 温度 波长第32页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五地物的发射特性自然界中的一切物体，无论是固体的、液体的，当其

12、温度高于绝对0度时都会不断地向四周空间发射电磁波（以红外、微波为主），物体的温度越高，辐射出的能量就越多，这种现象称为热辐射。地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。第33页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五 探测地物的热辐射特性的热红外遥感在夜间和白天进行的结果是不同的。 热红外遥感探测的地物热辐射量用亮度温度表示，它不同于地面温度，是接收的热辐射能量的转换值，图像上表示为亮度。第34页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五地物反射波谱特征反射波谱:地物反射率随波长的变化规律。第35页，共49页，202

13、2年，5月20日，7点2分，星期五反射率P定义：地物的反射能量与入射总能量的百分比，称为反射率。 =(P/ P0)100%。特点：同一地物在不同的波长具有不同的反射率；地物的不同反射率是可以测定的；反射率与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关；同一波长，不同地物，其反射率不同。但是也会存在同物异谱和异物同谱的现象。第36页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五镜面反射：也叫规则反射，入射角与反射角相等，发生在平静水面、金属面等，常出现在航空遥感中漫反射：也叫朗伯反射，向四周均匀反射，在各个方向上亮度和强度一样，航天遥感中多为这种现象。实际反射：介于两者之间，在某一方向上较强。镜面反

14、射漫反射实际反射=P/P0第37页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五地物反射波谱地物的反射率随着入射波长变化而变化的规律。按照地物反射率与波长之间的关系所绘制的曲线图称为地物反射光谱曲线，其中横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。第38页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五几种典型地物反射光谱曲线(1) 植被(2) 土壤(3) 水体(4) 岩石(5) 其他第39页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五植被：0.55m，绿色，叶绿素的影响m有反射陡坡 1.1m，植被叶细胞影响m，反射率大大下降，受 水分影响第40页，共49页，2022年，5月20日，7

15、点2分，星期五不同植物光谱曲线的比较第41页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五不同季节狗牙根草的光谱反射曲线第42页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五春小麦在不同生长阶段的波谱特性曲线花期的春小麦反射率明显高于灌浆期和乳熟期。至于黄叶期，由于不具备绿色植物特征，其反射光谱近似于一条斜线。这是因为黄叶的水含量降低， 导致在1.45、l.95和2.7 微米附近3个水吸收带的减弱。当叶片有病虫害时也有与其黄叶期类似的反射率。第43页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五土壤：没有明显的峰值和谷值 一般来讲，土质越细，反射率越高，有机质含量越高和含水量越高，反射率越低。第44页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五水体：反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别是在近红外波段，吸收就更强。当水体中含有其他物质时，反射光谱会发生变化。第45页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五岩石：反射波谱曲线无统一的特征。矿物成分，矿物含量，风化程度等都会对曲线形态产生影响。第46页，共49页，2022年，5月20日，7点2分，星期五雪：