遥感物理基础课件

上节回顾(1)1遥感与遥感技术的概念2遥感技术的发展情况3遥感技术分类4遥感技术的历史5遥感技术的特点6当前遥感技术发展趋势上节回顾(1)1遥感与遥感技术的概念2遥感技术的发展情况1遥感物理基础1电磁波和电磁波谱2电磁波辐射源3太阳辐射和大气对太阳辐射的作用4地物波谱特征遥感物理基础1电磁波和电磁波谱2电磁波辐射源3太2ElectromagneticEnergyInteractionsEnergyrecordedbyremotesensingsystemsundergoesfundamentalinteractionsthatshouldbeunderstoodtoproperlyinterprettheremotelysenseddata.Forexample,iftheenergybeingremotelysensedcomesfromtheSun,theenergy:•isradiatedbyatomicparticlesatthesource(theSun),•propagatesthroughthevacuumofspaceatthespeedoflight,•interactswiththeEarth'satmosphere,•interactswiththeEarth'ssurface,•interactswiththeEarth'satmosphereonceagain,and•finallyreachestheremotesensorwhereitinteractswithvariousopticalsystems,filters,emulsions,ordetectors.ElectromagneticEnergyInterac3FundamentalPropertiesofElectromagneticRadiationEnergyistheabilitytodowork.Intheprocessofdoingwork,energyisoftentransferredfromonebodytoanotherorfromoneplacetoanother.Thethreebasicwaysinwhichenergycanbetransferredinclude,conduction,convection,andradiation.

•Mostpeoplearefamiliarwithconductionwhichoccurswhenonebody(moleculeoratom)transfersitskineticenergytoanotherbycollidingwithit.Thisishowapangetsheatedonastove.•Inconvection,thekineticenergyofbodiesistransferredfromoneplacetoanotherbyphysicallymovingthebodies.Agoodexampleistheconvectionalheatingofairintheatmosphereintheearlyafternoon.•ThetransferofenergybyelectromagneticradiationisofprimaryinteresttoremotesensingbecauseitistheonlyformofenergytransferthatcantakeplaceinavacuumsuchastheregionbetweentheSunandtheEarth.FundamentalPropertiesofElec41电磁波和电磁波谱电磁波波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。

电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。1电磁波和电磁波谱电磁波波：是振动在空间的传播。如声波、5ElectromagneticRadiationElectromagneticRadiation61）不需要传播介质2）横波3）波动性4）粒子性1.1.2电磁波的特点和遥感意义1）不需要传播介质2）横波3）波动性4）粒子7电磁波的叠加原理(干涉)当两列波在同一空间传播时，空间尚各点的振动为各列波单独振动的合成。任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波；比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，混合像元的分解）电磁波的叠加原理(干涉)当两列波在同一空间传播时，空间尚各点8电磁波的衍射和偏振电磁波遇到有限大小的障碍物时，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播方向地现象，称为电磁波的衍射。(设计遥感器空间分辨率具有重要意义。)电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。偏振光，非偏振光，部分偏振最小分辨角:d

物镜的有效孔径

电磁波的衍射和偏振电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍9电磁波的波长电磁波的波长10动量：P能量：Eh:普朗克常数，6.6260755×10－34Jsc:光速；v:频率能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。可见光，红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。电磁波的粒子性动量：P能量：Eh:普朗克常数，6.6260755×1011电磁波波长、频率电磁波波长、频率12波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅信息，丢失位相信息。全息摄影中，同时记录了振幅信息和位相信息。

1.1.3遥感记录的电磁波信息波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅131.2电磁波谱按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列支撑的图表，成为电磁波谱。

1.2电磁波谱按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列14遥感物理基础课件15遥感物理基础课件16遥感物理基础课件171.2电磁波谱（2）传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同。无线电波：电磁振荡红外线、可见光、紫外线、X射线等由分子、原子、核子的运动状态的改变或能级跃迁。紫外线（0.01－0.4微米），碳酸盐，油污可见光（0.4－0.76微米），人眼、单色、全色红外线（0.76－1000微米）共性：传播速度相同遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律1.2电磁波谱（2）传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同18电磁辐射的度量辐射能量Q

定义：以电磁波形式向外传送的能量单位：焦（J）辐射通量(辐射功率)RadiantfluxΦ定义：单位时间内，通过某一表面的辐射能量

Φ=dQ/dt单位：瓦（W）即焦/秒（J•s-1）

电磁辐射的度量辐射能量Q19电磁辐射的度量辐射出射度(辐射通量密度)

RadiantexitanceM定义：面辐射源在单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量，即物体单位面积上发出的辐射通量M=dΦ/dA

单位：瓦/米2（W•m-2）

电磁辐射的度量辐射出射度(辐射通量密度)20电磁辐射的度量辐射照度（幅照度）IrradianceE定义：面辐射源在单位时间内，从单位面积上接收到的辐射能量，即照射到物体单位面积上辐射通量E=dΦ/dA

单位：瓦/米2（W•m-2）电磁辐射的度量辐射照度（幅照度）Irradiance21电磁辐射的度量辐射强度RadiantintensityI定义：点辐射源在单位立体角、单位时间内，向某一方向发出的辐射能量；即点辐射源在单位立体角发出的辐射通量I=dΦ/dω单位：瓦/球面度（W•sr-1）电磁辐射的度量辐射强度Radiantintensity22电磁辐射的度量辐射亮度（幅亮度）RadianceL定义：面辐射源在单位立体角、单位时间内，在某一垂直于辐射方向单位面积（法向面积）上辐射出的辐射能量；即辐射源在单位投影面积上、单位立体角内的辐射通量。

电磁辐射的度量辐射亮度（幅亮度）RadianceL23设dA在内的辐射通量为,则在单位立体角内的辐射通量为把面辐射源A分成无数无限小面元，dA为其中之一，将dA投影到垂直于n的方向，得ds,显然,dS包含在立体角内辐射亮度(L)：辐射源在单位投影面积上，单位立体角内的辐射通量

从而，dA在单位投影面积上，单位立体角内的辐射通量为由上述定义知,设dA在内的辐射通量为,则在单24电磁辐射的度量以上各辐射量都是波长的函数。右图表示单位波长间隔内的辐射通量，称为光谱辐射通量。Φ(λ)=dΦ/dλ单位：瓦/微米（W•

μm-1）

电磁辐射的度量以上各辐射量都是波长的函数。252电磁波辐射源2.1黑体辐射2.2黑体辐射定律2.3一般辐射体和发射率2.4基尔霍夫定律2电磁波辐射源2.1黑体辐射2.2黑体辐射定律2.326黑体：对任何波长的辐射，反射率和投射率都等于0。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。

人工制造的接近黑体的吸收体2.1黑体辐射黑体：对任何波长的辐射，反射率和投射率都等于0。人工制造的接272.2黑体辐射的定律2.2.1普朗克公式2.2.2斯蒂芬－玻尔兹曼定律2.2.3维恩位移定律2.2黑体辐射的定律2.2.1普朗克公式2.2.2斯蒂28描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。2.2.1普朗克公式h:普朗克常数6.6260755*10-34W·s2k:玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23W·s·K-1

c:光速;λ:波长（μm）;T:绝对温度（K）

描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。2.2.1普29变化特点：(1)辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2)温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；(3)随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。图示普朗克公式变化特点：图示普朗克公式302.2.2斯蒂芬－玻尔兹曼定律对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬－玻尔兹曼定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。σ:斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297）×10－12Wcm-2K-4

红外装置测试温度的理论根据。2.2.2斯蒂芬－玻尔兹曼定律对普朗克定律在全波段内积分312.2.3维恩位移定律b:常数，2897.8＋－0.4μm·K高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66μm）针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。2.2.3维恩位移定律b:常数，2897.8＋－0.4322.3一般辐射体和发射率对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1）黑体2）灰体3）选择性辐射体(如线谱，带谱)2.3一般辐射体和发射率对于一般物体而言，需要引入发射率332.3一般辐射体和发射率2.3一般辐射体和发射率342.4基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的率与吸收率α之比是常数，由波长与温度的函数所决定。发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。2.4基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的率与吸收率α之比353大气对太阳辐射的衰减3.1太阳辐射源3.2大气成分组成3.3大气分层3.4大气对太阳辐射的衰减3.5大气窗口3大气对太阳辐射的衰减3.1太阳辐射源3.2大气成分组363.1太阳辐射源太阳大气

位置

温度

厚度

辐射特点

辐射的光谱

光球层

内4300-7500300km连续辐射

可见光和红外

色球层

中7000-8000km线状辐射无线厘米波

日冕层

外形状多变，厚度不定，一般太阳直径的4-5倍

连续辐射米波

3.1太阳辐射源太阳位置温度厚度辐射特点辐射的光谱37太阳辐射及其能量分布1）5900K的黑体辐射。

2）短波辐射（太阳辐射总能量的46％集中于0.4－0.76um的可见光范围内）

太阳辐射及其能量分布1）5900K的黑体辐射。38太阳常数太阳常数：当太阳至地球的距离处于平均距离时，垂直于太阳射线单位面积上所接受的全部太阳辐射能E0＝1.36×103W/m-2·地面所接受全部太阳辐射能，忽略大气损失时为为太阳天顶角，日地距离（以日地平均距离为单位）太阳常数太阳常数：当太阳至地球的距离处于平均距离时，垂直于太393.2大气成分组成3.2大气成分组成403.3大气分层结构均匀层，对太阳辐射的相互作用是太阳能衰减的主要原因。3.3大气分层结构均匀层，对太阳辐射的相互作用是太阳能衰减41其中，：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关 ：衰减因子，

：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长（频率）的函数。

3.4大气对太阳辐射的衰减反射吸收散射太阳辐射衰减的原因：其中，：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关3.4大42太阳辐射通过大气的路程θ：

太阳高度角

太阳辐射通过大气的路程θ：太阳高度角433.4.1散射作用太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子的散射和大气中固体、微粒、液体的散射。3.4.1散射作用太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子441瑞利（Rayleigh）

散射质点的直径d<<λ(电磁波波长)时，一般认为（d<λ/10）

大气中的气体分子;晴朗的天空为蓝色；

出现蓝色蒙雾，紫外区不适于进行遥感

1瑞利（Rayleigh）散射质点的直径d<<λ(45质点直径和电磁波波长差不多时（dλ）

2米散射

主要是大其中的气溶胶引起的散射。

云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76－15um之间的红外线波长差不多，需要注意。

质点直径和电磁波波长差不多时（dλ）2米散射主463非选择性散射当质点直径大于电磁波波长时（d>λ）,散射率与波长没有关系

人看到的云和雾是白色的，就是非选择性散射的结果

3非选择性散射当质点直径大于电磁波波长时（d>λ）,473.4.2吸收作用大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。水：分为气态水和液态水水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波，都有水汽的吸收带。液态水的吸收更强，主要在长波方向。二氧化碳主要在红外区。1.35－2.85um之间有3个弱吸收带，2.7，4.3，14.5um为强吸收带。臭氧紫外线其它吸收电磁波的物质

氧气主要吸收波长小于0.2um的，

尘埃吸收作用很少。

3.4.2吸收作用大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化483.4.3反射作用主要是大气中的云层，大的尘埃。

云量越多、云层越厚，

反射越强。

大气对太阳辐射的衰减总体规律：大气吸收15％，

散射和反射42％，其余43％

太阳辐射到达地面。又一说：大气吸收17％，

散射22％，反射30％，其余31％

太阳辐射到达地面。

3.4.3反射作用主要是大气中的云层，大的尘埃。云量越多49太阳辐射经大气衰减图太阳辐射经大气衰减图503.5大气窗口大气窗口：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。

要获得地面的信息，必须在大气窗口中选择遥感波段。

3.5大气窗口大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射51大气窗口解释1）1）0.3－1.4um：包括全部可见光（95％），部分紫外光（70％），部分近红外光（80％）。摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐射信息。2）1.4－2.5um：近红外窗口，60％－95％，扫描成像，白天记录3）3.5－5.5um：中红外窗口，60％－70％，白天夜间，扫描成像记录4）8－14um：远红外窗口，超过80％，白天夜间，扫描记录5）1.4－300mm：

微波窗口，

白天夜间，扫描记录。

大气窗口解释1）1）0.3－1.4um：包括全部可见光（9524地物波谱特征4.1地物的发射波谱4.2地物的透射波谱4.3地物的反射波谱4地物波谱特征4.1地物的发射波谱4.2地物的透射534.1地物发射光谱地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的发射光谱。地物发射率的不同是红外遥感技术的重要依据。4.1地物发射光谱地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的544.2地物的透射光谱透明物体：具有透射一定波长电磁波能力的物体。透射率（τλ）：入射光透国物体的能量与入射总能量之比。举例：1）水体在蓝绿波段，混水1-2米，一般水体10-20米。2）微波对地物具有明显的透射能力，由入射波的波长决定。4.2地物的透射光谱透明物体：具有透射一定波长电磁波能力的554.3地物的反射光谱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。4.3地物的反射光谱电磁波与物体相互作用过程中，会出现三种564.3.1物体反射分类判断物体光滑或粗糙程度的瑞利准则：根据物体表面的粗糙程度，反射分为：1）镜面反射2）漫反射（朗伯反射）3）有向反射4）混合反射4.3.1物体反射分类判断物体光滑或粗糙程度的瑞利准则：根57反射分类图示(a)镜面反射(b)漫反射（朗伯反射）(c)有向反射(d)混合反射反射分类图示(a)镜面反射(b)漫反射（朗伯反射）(581)镜面反射1)镜面反射592)朗伯反射朗伯定律：漫反射的反射辐射亮度（单位面积单位立体角内的辐射通量）和观察方向与表面法线夹角的余弦成正比。航天遥感中，地球表面相对于遥感器的高度，近似视为朗伯面。2)朗伯反射朗伯定律：漫反射的反射辐射亮度（单位面积单位立603)有向反射4)混合反射一部分镜面反射，一部分朗伯反射。有向反射比较复杂，反射率是入射角、反射角、入射方位角、反射方位角的函数。有向反射和混合反射与电磁波的入射方向和观察方向有关，在航空遥感中具有重要意义。3)有向反射4)混合反射一部分镜面反射，一部分朗伯反射。614.3.2常见地物的反射波谱曲线4.3.2常见地物的反射波谱曲线621)白橡树不同生长期的反射光谱曲线1)白橡树不同生长期的反射光谱曲线632)不同健康状态松树的反射光谱曲线2)不同健康状态松树的反射光谱曲线643)不同植被的反射光谱曲线3)不同植被的反射光谱曲线65遥感器接受的电磁辐射遥感器接受的电磁辐射66遥感器接受的电磁辐射到达地面的太阳辐射直接辐射：太阳辐射经大气衰减后到达地面的部分。天空辐射：太阳辐射经过大气散射后辐射到地面的部分。忽略…遥感器接受到的太阳辐射Bs：太阳辐射经地面目标反射后到达遥感器的辐射能。BA：太阳辐射经大气散射到遥感器的辐射能。遥感器接受的电磁辐射到达地面的太阳辐射忽略…遥感器接受到的太67上节回顾(1)1遥感与遥感技术的概念2遥感技术的发展情况3遥感技术分类4遥感技术的历史5遥感技术的特点6当前遥感技术发展趋势上节回顾(1)1遥感与遥感技术的概念2遥感技术的发展情况68遥感物理基础1电磁波和电磁波谱2电磁波辐射源3太阳辐射和大气对太阳辐射的作用4地物波谱特征遥感物理基础1电磁波和电磁波谱2电磁波辐射源3太69ElectromagneticEnergyInteractionsEnergyrecordedbyremotesensingsystemsundergoesfundamentalinteractionsthatshouldbeunderstoodtoproperlyinterprettheremotelysenseddata.Forexample,iftheenergybeingremotelysensedcomesfromtheSun,theenergy:•isradiatedbyatomicparticlesatthesource(theSun),•propagatesthroughthevacuumofspaceatthespeedoflight,•interactswiththeEarth'satmosphere,•interactswiththeEarth'ssurface,•interactswiththeEarth'satmosphereonceagain,and•finallyreachestheremotesensorwhereitinteractswithvariousopticalsystems,filters,emulsions,ordetectors.ElectromagneticEnergyInterac70FundamentalPropertiesofElectromagneticRadiationEnergyistheabilitytodowork.Intheprocessofdoingwork,energyisoftentransferredfromonebodytoanotherorfromoneplacetoanother.Thethreebasicwaysinwhichenergycanbetransferredinclude,conduction,convection,andradiation.

•Mostpeoplearefamiliarwithconductionwhichoccurswhenonebody(moleculeoratom)transfersitskineticenergytoanotherbycollidingwithit.Thisishowapangetsheatedonastove.•Inconvection,thekineticenergyofbodiesistransferredfromoneplacetoanotherbyphysicallymovingthebodies.Agoodexampleistheconvectionalheatingofairintheatmosphereintheearlyafternoon.•ThetransferofenergybyelectromagneticradiationisofprimaryinteresttoremotesensingbecauseitistheonlyformofenergytransferthatcantakeplaceinavacuumsuchastheregionbetweentheSunandtheEarth.FundamentalPropertiesofElec711电磁波和电磁波谱电磁波波：是振动在空间的传播。如声波、水波、地震波等。

电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。1电磁波和电磁波谱电磁波波：是振动在空间的传播。如声波、72ElectromagneticRadiationElectromagneticRadiation731）不需要传播介质2）横波3）波动性4）粒子性1.1.2电磁波的特点和遥感意义1）不需要传播介质2）横波3）波动性4）粒子74电磁波的叠加原理(干涉)当两列波在同一空间传播时，空间尚各点的振动为各列波单独振动的合成。任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波；比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，混合像元的分解）电磁波的叠加原理(干涉)当两列波在同一空间传播时，空间尚各点75电磁波的衍射和偏振电磁波遇到有限大小的障碍物时，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播方向地现象，称为电磁波的衍射。(设计遥感器空间分辨率具有重要意义。)电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。偏振光，非偏振光，部分偏振最小分辨角:d

物镜的有效孔径

电磁波的衍射和偏振电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍76电磁波的波长电磁波的波长77动量：P能量：Eh:普朗克常数，6.6260755×10－34Jsc:光速；v:频率能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。可见光，红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。电磁波的粒子性动量：P能量：Eh:普朗克常数，6.6260755×1078电磁波波长、频率电磁波波长、频率79波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅信息，丢失位相信息。全息摄影中，同时记录了振幅信息和位相信息。

1.1.3遥感记录的电磁波信息波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅801.2电磁波谱按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列支撑的图表，成为电磁波谱。

1.2电磁波谱按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列81遥感物理基础课件82遥感物理基础课件83遥感物理基础课件841.2电磁波谱（2）传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同。无线电波：电磁振荡红外线、可见光、紫外线、X射线等由分子、原子、核子的运动状态的改变或能级跃迁。紫外线（0.01－0.4微米），碳酸盐，油污可见光（0.4－0.76微米），人眼、单色、全色红外线（0.76－1000微米）共性：传播速度相同遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律1.2电磁波谱（2）传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同85电磁辐射的度量辐射能量Q

定义：以电磁波形式向外传送的能量单位：焦（J）辐射通量(辐射功率)RadiantfluxΦ定义：单位时间内，通过某一表面的辐射能量

Φ=dQ/dt单位：瓦（W）即焦/秒（J•s-1）

电磁辐射的度量辐射能量Q86电磁辐射的度量辐射出射度(辐射通量密度)

RadiantexitanceM定义：面辐射源在单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量，即物体单位面积上发出的辐射通量M=dΦ/dA

单位：瓦/米2（W•m-2）

电磁辐射的度量辐射出射度(辐射通量密度)87电磁辐射的度量辐射照度（幅照度）IrradianceE定义：面辐射源在单位时间内，从单位面积上接收到的辐射能量，即照射到物体单位面积上辐射通量E=dΦ/dA

单位：瓦/米2（W•m-2）电磁辐射的度量辐射照度（幅照度）Irradiance88电磁辐射的度量辐射强度RadiantintensityI定义：点辐射源在单位立体角、单位时间内，向某一方向发出的辐射能量；即点辐射源在单位立体角发出的辐射通量I=dΦ/dω单位：瓦/球面度（W•sr-1）电磁辐射的度量辐射强度Radiantintensity89电磁辐射的度量辐射亮度（幅亮度）RadianceL定义：面辐射源在单位立体角、单位时间内，在某一垂直于辐射方向单位面积（法向面积）上辐射出的辐射能量；即辐射源在单位投影面积上、单位立体角内的辐射通量。

电磁辐射的度量辐射亮度（幅亮度）RadianceL90设dA在内的辐射通量为,则在单位立体角内的辐射通量为把面辐射源A分成无数无限小面元，dA为其中之一，将dA投影到垂直于n的方向，得ds,显然,dS包含在立体角内辐射亮度(L)：辐射源在单位投影面积上，单位立体角内的辐射通量

从而，dA在单位投影面积上，单位立体角内的辐射通量为由上述定义知,设dA在内的辐射通量为,则在单91电磁辐射的度量以上各辐射量都是波长的函数。右图表示单位波长间隔内的辐射通量，称为光谱辐射通量。Φ(λ)=dΦ/dλ单位：瓦/微米（W•

μm-1）

电磁辐射的度量以上各辐射量都是波长的函数。922电磁波辐射源2.1黑体辐射2.2黑体辐射定律2.3一般辐射体和发射率2.4基尔霍夫定律2电磁波辐射源2.1黑体辐射2.2黑体辐射定律2.393黑体：对任何波长的辐射，反射率和投射率都等于0。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。

人工制造的接近黑体的吸收体2.1黑体辐射黑体：对任何波长的辐射，反射率和投射率都等于0。人工制造的接942.2黑体辐射的定律2.2.1普朗克公式2.2.2斯蒂芬－玻尔兹曼定律2.2.3维恩位移定律2.2黑体辐射的定律2.2.1普朗克公式2.2.2斯蒂95描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。2.2.1普朗克公式h:普朗克常数6.6260755*10-34W·s2k:玻尔兹曼常数，k=1.380658*10-23W·s·K-1

c:光速;λ:波长（μm）;T:绝对温度（K）

描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。2.2.1普96变化特点：(1)辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2)温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；(3)随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。图示普朗克公式变化特点：图示普朗克公式972.2.2斯蒂芬－玻尔兹曼定律对普朗克定律在全波段内积分，得到斯蒂芬－玻尔兹曼定律。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。σ:斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297）×10－12Wcm-2K-4

红外装置测试温度的理论根据。2.2.2斯蒂芬－玻尔兹曼定律对普朗克定律在全波段内积分982.2.3维恩位移定律b:常数，2897.8＋－0.4μm·K高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。常温（如人体300K左右，发射电磁波的峰值波长9.66μm）针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。2.2.3维恩位移定律b:常数，2897.8＋－0.4992.3一般辐射体和发射率对于一般物体而言，需要引入发射率（热辐射率、比辐射率），表明物体的发射本领。非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1）黑体2）灰体3）选择性辐射体(如线谱，带谱)2.3一般辐射体和发射率对于一般物体而言，需要引入发射率1002.3一般辐射体和发射率2.3一般辐射体和发射率1012.4基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的率与吸收率α之比是常数，由波长与温度的函数所决定。发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。2.4基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的率与吸收率α之比1023大气对太阳辐射的衰减3.1太阳辐射源3.2大气成分组成3.3大气分层3.4大气对太阳辐射的衰减3.5大气窗口3大气对太阳辐射的衰减3.1太阳辐射源3.2大气成分组1033.1太阳辐射源太阳大气

位置

温度

厚度

辐射特点

辐射的光谱

光球层

内4300-7500300km连续辐射

可见光和红外

色球层

中7000-8000km线状辐射无线厘米波

日冕层

外形状多变，厚度不定，一般太阳直径的4-5倍

连续辐射米波

3.1太阳辐射源太阳位置温度厚度辐射特点辐射的光谱104太阳辐射及其能量分布1）5900K的黑体辐射。

2）短波辐射（太阳辐射总能量的46％集中于0.4－0.76um的可见光范围内）

太阳辐射及其能量分布1）5900K的黑体辐射。105太阳常数太阳常数：当太阳至地球的距离处于平均距离时，垂直于太阳射线单位面积上所接受的全部太阳辐射能E0＝1.36×103W/m-2·地面所接受全部太阳辐射能，忽略大气损失时为为太阳天顶角，日地距离（以日地平均距离为单位）太阳常数太阳常数：当太阳至地球的距离处于平均距离时，垂直于太1063.2大气成分组成3.2大气成分组成1073.3大气分层结构均匀层，对太阳辐射的相互作用是太阳能衰减的主要原因。3.3大气分层结构均匀层，对太阳辐射的相互作用是太阳能衰减108其中，：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关 ：衰减因子，

：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长（频率）的函数。

3.4大气对太阳辐射的衰减反射吸收散射太阳辐射衰减的原因：其中，：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关3.4大109太阳辐射通过大气的路程θ：

太阳高度角

太阳辐射通过大气的路程θ：太阳高度角1103.4.1散射作用太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子的散射和大气中固体、微粒、液体的散射。3.4.1散射作用太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子1111瑞利（Rayleigh）

散射质点的直径d<<λ(电磁波波长)时，一般认为（d<λ/10）

大气中的气体分子;晴朗的天空为蓝色；

出现蓝色蒙雾，紫外区不适于进行遥感

1瑞利（Rayleigh）散射质点的直径d<<λ(112质点直径和电磁波波长差不多时（dλ）

2米散射

主要是大其中的气溶胶引起的散射。

云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76－15um之间的红外线波长差不多，需要注意。

质点直径和电磁波波长差不多时（dλ）2米散射主1133非选择性散射当质点直径大于电磁波波长时（d>λ）,散射率与波长没有关系

人看到的云和雾是白色的，就是非选择性散射的结果

3非选择性散射当质点直径大于电磁波波长时（d>λ）,1143.4.2吸收作用大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。水：分为气态水和液态水水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波，都有水汽的吸收带。液态水的吸收更强，主要在长波方向。二氧化碳主要在红外区。1.35－2.85um之间有3个弱吸收带，2.7，4.3，14.5um为强吸收带。臭氧紫外线其它吸收电磁波的物质

氧气主要吸收波长小于0.2um的，

尘埃吸收作用很少。

3.4.2吸收作用大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化1153.4.3反射作用主要是大气中的云层，大的尘埃。

云量越多、云层越厚，

反射越强。

大气对太阳辐射的衰减总体规律：大气吸收15