第二章遥感物理基础

第二章遥感物理基础第一页，共三十页，2022年，8月28日遥感基本原理地球上任何物体都在不停吸收、发射和反射信息和能量（电磁波），不同物体的电磁波特性是不同的，遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和自身发射的电磁波，来提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。第二页，共三十页，2022年，8月28日基本概念第三页，共三十页，2022年，8月28日按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就得到电磁波谱电磁辐射波谱第四页，共三十页，2022年，8月28日黑体黑体概念：实验室理想的热辐射特征研究对象—物理学概念—（黑体=全吸收体）黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体，自然界并不存在。自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一部分能量反射。灰体辐射的规律接近黑体。第五页，共三十页，2022年，8月28日辐射源第六页，共三十页，2022年，8月28日地球的辐射源地球辐射：地球表面和大气电磁辐射的总称。地球辐射是被动遥感中传递地物信息的载体。装载在航天航空平台上的遥感器，接受来自地球辐射携带的地物信息，经过处理形成遥感影像。

第七页，共三十页，2022年，8月28日被动遥感的辐射源太阳辐射近似6000K的黑体辐射，能量集中在0.3～2.5um波段之间。（可见光和近红外）地球自身热辐射近似300K的黑体辐射，能量集中在6.0um以上的波段。（热红外）

第八页，共三十页，2022年，8月28日00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.42.62.83.0大气上界太阳照度58000K黑体辐射海平面太阳照度太阳辐射第九页，共三十页，2022年，8月28日大地辐射

0~3占有0.2%3~5占有0.6%5~8占有10%8~14占有50%14~30占有30%30~100占有9%>1mm占有0.2%大地也近似可看为黑体，向外辐射能量。大地辐射能量分布为：这就是热红外的波段划分的依据。注意：遥感夜晚成象可以反映地表温度。第十页，共三十页，2022年，8月28日在0.3～2.5um波段（主要在可见光和近红外波段），地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽略。即在该波段范围内，对地观测遥感主要以太阳的短波辐射对地表进行探测和成像。在2.5～6.0um波段（主要在中红外波段），地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射均为被动遥感的辐射源。在6.0um以上的热红外波段，以地球自身的热辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽略。（热红外成像）

地球辐射的分段特性第十一页，共三十页，2022年，8月28日了解地球辐射的分段特性的意义可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特性。

第十二页，共三十页，2022年，8月28日大气能量-物质交换作用第十三页，共三十页，2022年，8月28日大气电磁辐射作用大气的成分大气的垂直分层太阳辐射的衰减与天空辐射（1）衰减系数（2）大气散射（3）大气吸收（4）天空辐射第十四页，共三十页，2022年，8月28日Re-emissionofInfraredRadiation第十五页，共三十页，2022年，8月28日大气的垂直分层

大气厚度约为1000km,从地面到大气上界，可垂直分为4层：对流层：高度在7～12km,温度随高度而降低，空气明显垂直对流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。上界随纬度和季节而变化。平流层：高度在12～50km，没有对流和天气现象。底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。电离层：高度在50～1000km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。大气外层：800～35000km,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。第十六页，共三十页，2022年，8月28日大气散射效应

瑞利散射（Rayleigh-Scattering）

选择性散射要求条件为微粒半径

r<<

为散射光光强（IntensityofScatteringlight）为波长

~由此可见，瑞利散射对紫外、紫、兰光散射量很大，而对红光、红外散射量极小。这是晴朗无污染天气天空呈兰色的原因，也是清洁水发兰的原因。

第十七页，共三十页，2022年，8月28日一般灰尘、水蒸汽可满足此条件，这种物质在化学上有胶体的性质，称气溶胶。非选择散射致使天空呈灰白色。遥感利用这两种散射效应可测试大气污染程度。米氏散射（miler-scattering）非选择性散射，要求条件微粒半径r>第十八页，共三十页，2022年，8月28日大气折射与反射折射现象：电磁波传过大气层时出现传播方向的改变，大气密度越大，折射率越大。反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要出现在云顶（云造成的噪声）。

第十九页，共三十页，2022年，8月28日大气窗口太阳辐射经过大气传输时，反射，吸收和散射共同衰减了辐射强度，剩余部分即为透过的部分。由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。（对地遥感要用的部分）

第二十页，共三十页，2022年，8月28日大气窗口

第二十一页，共三十页，2022年，8月28日地物波谱特征第二十二页，共三十页，2022年，8月28日地物波谱：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。地物波谱特性是电磁辐射与地物相互作用的一种表现。地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应的特性不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基础。

地物波谱的特性第二十三页，共三十页，2022年，8月28日地物反射波谱特征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。一般而言，绝大多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则透射能力较强，特别是0.45~0.56μm的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达10～20m，清澈水体可达100m的深度。地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。

第二十四页，共三十页，2022年，8月28日地物波谱特征第二十五页，共三十页，2022年，8月28日地物波谱曲线的作用物体波谱曲线形态，反映出该地物类型在不同波段的反射率，通过测量该地物类型在不同波段的反射率，并以此与遥感传感器所获得的数据相对照，可以识别遥感影像中的同类地物。第二十六页，共三十页，2022年，8月28日地物波谱特性的测量可见光和近红外波段是研究地表的主要波段。可见光和近红外地物光谱测试的作用：（1）传感器波段的选择、验证、评价；（2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系；（3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。第二十七页，共三十页，2022年，8月28日地物光谱测定第二十八页，共三十页，2022年，8月28日思考题结合电磁波谱以及大气窗口的概念分析遥感应用的电磁波波段主要有哪些第二十九页，共三十页，2022年，8月28日遥感应用的电磁波波谱段

紫外线：波长范围为0.01～0.38μm，太阳光谱中，只