遥感导论 第二章 张明华

第二章电磁辐射与地物光谱特征

2.1电磁波与电磁波谱

2.2大气层对电磁辐射的影响

2.3地物光谱特征2.1电磁波谱与电磁辐射一、电磁波二、电磁波谱三、遥感应用电磁波段一、电磁波

1概念：电磁波是交变电场和磁场在空中的转化和传播2特点：电磁波是横波，传播速度为光速有反射、吸收、透射、散射等。二、电磁波谱按电磁波波长的长短（或频率的大小），依次排列制成的图表称电磁波谱。三、遥感应用电磁波段紫外线、可见光、红外线、微波遥感应用各电磁波波长紫外线

波长范围为0.01-0.4μm。太阳辐射含有紫外线，通过大气层时，波长短于0.3μm的能量几乎都被吸收，只有0.3-0.4μm波长到达地面。主要用于测定碳酸盐岩分布，碳酸盐岩对紫外线的反射比其它类型的岩石要强。另外，紫外线对水面飘浮的油膜比周围的水面反射强烈，因此可以用于油污染的监测。可见光波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感觉，不仅对可见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有敏锐的分辨能力，所以可见光是作为鉴别物质特征的主要波段。在遥感技术中是以光学摄影方式和扫描方式接收和记录地物对可见光的反射特征。红外线波长范围为0.76—1000μm。分为：近红外（ 0.76-3.0μm）中红外（

3.0-6.0μm）远红外（

6.0-15.0μm）超远红外（

15-1000μm）近红外在性质上与可见光相似，所以又称为光红外。在遥感技术中采用摄影方式和扫描方式，接收和记录地物对太阳辐射的光红外反射。中红外、远红外和超远红外是产生热感的原因，所以又称为热红外。

微波微波荐的波略长范使围1肃mm闭-l测m。井微波墨遥感情是借塌助微厅波散比射现红象来临探测盐地物那的性劈燕质。它的醒优点孝主要揭有：（1向）万微波袍易于缝聚成枯较窄虏的发盯射波吃束（2坡）叶微波照近似挣直线陷传播售，不湖受电海离层服影响控。（3刑）绢地面榆目标妈对微沾波散臣射性条能好购。（4给）堡受自嗓然界响中的短电磁慢波干复扰小叶。（5之）霉具有漂一定厘的穿之透性杂。2.阅2伏大气挣层对瓶电磁贪辐射壶的影脚响一、浊太乱阳辐钞射二、脏大殊气层房诚对电驾磁辐爱射的址影响三、煎大饥气窗扫口一、草太阳亦辐射太阳逼辐射炉是地丽球及定大气恶电磁限辐射毫的能复源，启也是旧被动貌式遥肺感系事统中狱主要历的辐调射源区。太阳市表面霉温度交约有哑60砌00搂K银。与咏58顿00容K的诵理想腹黑体描所产拾生的藏光谱桌曲线咱很相亿似。太阳忙辐射改能主智要集麦中在刘0.蠢3-知-3愚.0更μm眠。最大搂辐射闯强度钟位于如波长念0.东47苏μm德左右犹。太阳振辐射芬总能奖量的壳46曲％集驴中在绒0.咸4一视0.协76差μm掀间的夹可见晨光波贝段。二、沃大气幻玉层对雀电磁敲辐射发的影乌响1库大气顽层结胡构在垂脏直方甚向上花分：对流骗层平流姜层电离林层大气捉外层对流荷层为大挥气的皱底层干，顶晃部平防均位昂于1波2k最m盛。高神度每着增加慈1k拔m透，温攀度下转降6偷.5街K，气做象变订化强原，是贿现代鞋航空广遥感和主要钓活动缠的区舍域。在对殊流层甘内，凭由于澡大气斑层的重吸收绪作用两，使灵电磁咬波传就播受毁到衰牵减。平流新层平流费层顶膀部平唇均高牲度8穴0k喘m，污层内柱气流煤比较拴稳定俭，没丝式有垂梢直对垮流。佛在2鄙5k灭m以兵下气该温一灰般保资持恒科温约南为-柴55缓ºC昨。在庭25思-3族15辽km献以上贝气温城随高冻度递胃增（肺臭氧假吸收残了太净阳紫最外光唱），伙在该郊层内款电磁受波的聚传播啄特性口与对顽流层菜内的朱传播庸特性剃相似死。电离陪层顶部俊高度诉10戚00蚂km竖，大报气十食分稀宗薄，吧处于晒电离逐状态驰。氧柿原子扛和氨撞原子考在分谨解和商游离运时吸趁收了落多余猫的能蝴量，献使气雹温升侮高，敏30母0k婶m的棵高度辉气温忧可达婚60哑0-泛80炭0º小C。对可选见光堪、红弯外直吃至微众波的握影响茄较小巧，基董本上蛋是透望明的怒。它蚂是人超造地闪球卫王星绕及地球退运行朗的主漏要空挽间层冤。大气虹外层该位她于离鉴地面兆10别00筛km锤高度雀以上菜直至哨几万模公里慌，该寸层空隙气极猛为稀柳薄。救并不乓断向击星际听空间掌散逸母。该凡层对敲卫星碧运行脸基本有上没悲有影月响。2狭大气搏成分由气角体、材水蒸优气和外悬浮医的微级粒混这合组全成。气体龟：N2芝、O艺2、霜H2灾O、叛CO翻、C询O2挽、N逼2O猴、C眯H4析、O并3。悬浮橡微粒脑：尘埃孟、冰纱晶、减盐晶肚、水晨滴等球，统削称为气溶父胶，么形成秩霾、捡雾和挑云。在8跟0k假m以该下的肉大气焦中，逼除H普2、桐O2业、O值3等招少数夸可变堤气体储外，蚀各种职气体体均匀仔混合穴，所太占比玻例几叨乎不领变，沙又为隔均匀挺层。共在该陕层中援大气筑物质讽与太俱阳辐桌射相观互作彩用，龙是使舱太阳蓄辐射掌能衰厨减的秧主要则原因双。3戒大气事层对跌太阳欠辐射单的影刷响太阳健辐射饭在通伐过大份气层帜时，捆约有惰30蛾％被农云层形和其缩慧它大劫气成约分反斯射回轻宇宙行空间居，约茎有1导7筋％被吸大气碑吸收厕，约粱有2血2％板被大洽气散吐射，骄仅有勒31咸％的咱太阳竹辐射羞直射葱到地帆面。太阳旺辐射孙通过碰大气能的透凶射率傅（τ拦）为胁：τ=今e-浴(α默+γ讨)χα：懂为大立气中历气体再分子绍对太槐阳辐索射的畏吸收表系数γ：越为大芹气对袭太阳希辐射巷的散脚射系锋数χ：朋为路辅程长峡度（盲即通催过大摊气的污厚度籍）1）大气武的吸珠收作艘用太阳满辐射搬通过心大气环层时奴，大持气层医中H2O、待O2、C体O2、O3对太智阳辐朽射产仓生选德择性筒吸收路，由划于各晓种气垦体对丘太阳火辐射役波长父吸收荷的特磨性不妇同，炊使有恭些波私段范勒围通浸过大为气层办到达锋地面投，而疏另一倡些波咸段则侮全部捕被吸盲收不鸽能到稻达地灶面。挡因此领，造裤成了偷许多奸不同怠波段蝇的大猾气吸滔收带愤。氧（弊O2）：在波赏长0故.1逐55惭μm跃处吸则收最育强。疤在低礼层大杜气内布几乎帅观测播不到茄小于令0.紧2μ喂m的建太阳戴辐射庭，在煌0.骂69电μm筐和.粉76悔μm盼附近痛，各慰有一毙个窄顿吸收要带。臭氧刑（O3）：对太望阳辐份射能茫量吸虫收很交强。叛在究0.凳2-么0.根36佩μm代和走0.袖6μ盖m附事近有随两个恋吸收扛带，私臭氧吴主要趣分布蒜在3循0k易m高蚂度附缴近，醋因而巧对高详度小膊于1爬0k农m的杜航空毅遥感遣影响驴不大吸，而碍对航稳天遥土感则拦有影桑响。水（案H2O）餐：它是躲吸收这太阳椅辐射巨能量金最强差的介沃质。转从可帐见光晃、红链外直夏至微显波波州段，齐都有叔水汽爽的吸非收带况。主练要吸毕收带致是处础于红连外线景和可腥见光消中的箭红光疾波段则内，兔其中航红外校部分酒吸收阵最强极。在药0.缓5-那0.糕9μ袄m有蚊四个鼓窄吸江收带兆，在思0.来95丧-2帮.8菠5μ狭m有参5个咳宽吸烘收此海外，启在6职.2袄5μ材m附缸近有雹一个抱强吸跃收带闪。二氧升化碳吃（C糖O2）：它的摄吸收兔作用未主要晒在红原外区屠内。值在1虽.3骆5-史2.解85滴μm康有3劣个宽陡弱吸施收带恶。另脑外在励2.饺7μ菠m、眼4.灰3μ括m与凉14袭.5蔬μm枝为强费吸收感带。醉由于轧太阳沸辐射棚在红泊外区分能量羞很少狂，这箱一吸冤收带急可忽筛略不血计。尘埃克：它对峰太阳瞧辐射黄也有薯一定您的吸蜓收作找用，沉但吸术收量祖很少氧。当归有沙贝暴、昨烟雾银和火摸山爆躁发等党现象眯发生援时，镰大气轧中尘烂埃急步剧增幕加，套这时掌它的表吸收铅作用检才比错较显摘著。2）阅大气祸的散庙射作通用大气斩散射锣集中材于可壳见光斗区，考是太歌阳辐支射能剃衰减朋的主皆要原绍因。暮散射夸的强悦弱可库用散塌射系趣数表驾示：ϕ为波键长的拐指数邻，它花由微速粒直疑径（贞d）讨的大段小决调定。根据卸波长品与散芒射微稼粒的躁大小朋之间零的关驾系，枪散射匀可分香为三简种：瑞利尾散射当大拐气微懂粒的迁直径搭（d锁）比处辐射锦波长嗽（λ猫）小复得多赖时，篮即：诉当d＜传λ/岂10时，房诚ϕ＝兄4，柿发生晴的散傅射称片瑞利弯散射梳。γ∞唱1/馋λ4可见疫光对暂瑞利弦散射驾的影残响较歌大。常见摔雨过览天睛恨后，督晴朗之天空披呈碧烘蓝色幅，大月气中北的粗伪粒物蜓质被闲雨水帖带走滴，大桨气中观的气翅体分视子粒瓶径较血小，写把波给长较浸短的真蓝光姻散射钥到天舟空中注的缘屋故。米氏怎散射当大致气中童微粒租的直甘径与泽辐射剪波长室相近惭时，缝即d铃≈λ它，ϕ=2中，县发生滚的散碍射称丑为米剩氏散测射。γ=衡1/届λ2它是增由大林气中锻气溶院胶所锣引起钻的散稍射。奇云雾何等悬扒浮粒肆子的小大小娇与0益.7朵6-可15宽μm水的红皆外线缸的波州长差传不多恐，因尤此，谣云、俗雾对舰红外缩慧线的韵米氏惑散射掠是不全可忽栽视的骑。非选雅择性余散射当微纹粒的勤直径时比波钥长大法得多占时，席即d士＞λ肉，ϕ斧＝0刑，诞γ＝化1，所发柏生的贿散射妹称为献非选福择性我散射患。这种竭散射颂与波尊长无逮关，贿即任脏何波缴长散习射强漫度相浸同。态如大宵气中程的水秘滴、浓雾、目烟、闲尘埃筹等气莲溶胶括对太跌阳辐融射，派常常捕会出效现这唱种散抚射。云或平雾之吨所以互看起鼻来是拾白色场，是陆因为与它对棵各种棒波长番的电励磁波描的散违射是仇一样标的。三、惊大气过窗口大气虽层的蚀反射桌、吸仿收和那散射炉作用逝，削卸弱了刑太阳遇辐射亭的能辉量。侄把太她阳辐奏射通终过大罪气层冻时，腔反射跌、吸隔收和炉散射旨比较援低，丘即透才射率偶高的宴波段旬范围肝，称能为大埋气窗抢口。主要己的大畏气窗批口：0.劝3-河1.考3μ牧m：包括导部分卵紫外蠢（0鸭.3协-0完.3困8μ舱m）妹、可购见光照（0既.4征-0祥.7夏6μ撒m）得和部劈燕分近量红外班波段虎（0予.7瓦6-俭1.府3μ凭m）盯，属吐于地闷物的坑反射临光谱墙。对子电磁洪波的只透射圈率达进90立%以鲜上。纠可以睬采用剪摄影秘方式绞、扫唐描方洪式成威像，拿胶卷丛感光杰的波抹谱区尼间在毫0.袋32禁-1夺.3呈2μ皇m范驰围，祸超出风这个汉波谱矿范围形则不韵能采德用摄洗影方粥式成桃像。μm：近红糊外波要段的眨中段穿。仍槐属于抢地物勿反射丛光谱听，但宾不能僻用胶绸片摄迫影，晚仅能潜用光伞谱仪洒和扫澡描仪巡寿来记弄录地豪物的陷电磁启波信让息。概透射全率都匹接近椅80时％。目前粘近红贡外窗眯口应别用不磁多，紫但在扒某些纳波段尽对区成分蚀僚变岩字石有挡较好沿的效芬果，岔因此洞在遥腾感地持质应项用方悠面很皮有潜本力。纽奉TM萌设有价1.移55吧-1亏.7库5μ身m和芒2.材08移-2遮.3园5μ尽m两速个波喷段。3.努5-叔4.劲2μ鸟m：中红哥外波晨段。嚷包括症地物枣反射骡光谱及、发托射光拢谱，滑属于俘混合贴光谱抄范围涉。中欣红外合窗口辞应用卵很少模，目允前多饶用于忆航空嘉多光示谱扫储描方顿式成顺象。8-桃14堡μm霸：远红瓣外波值段，虏热辐比射光隐谱。架透射嫂率约湾为6鬼0—腹70溪％。污是地摸物在侧常温旁下热移辐射恋能量由最集鼓中的念波段匆，在世遥感其地质习、环洞境遥捡感中作应用树较多季。利后用扫掀描仪跳和热挥辐射赏计来演获得戏地物店发射话的电汗磁波腾信息康。0.双8-酷25士cm致：微波订窗口硬，属昂于发翠射光疾谱范笨围。钩不受闻大气崖干扰导，透侄射率趴可达待10攀0％兆，是录全天浇候的伶遥感词波段意。2.脏3链地亭物光据谱特件征地物滋的光丛谱特乳性是证遥感谁技术库的重俱要理狂论依晌据，谜它既却为传丛感器济工作凝波段究的选庭择提汁供依歉据，摧又是晚遥感殊数据妄正确低分析溪和判系读的役理论健基础底，同皇时也隶可作崇为利哥用计酬算机助进行继数字较图像期处理麻和分兄类时摧的参茂考标汇准。一、捧地私物的礼反射茎光谱砖特征二、膛地巷物的醒发射谋光谱貌特征一、且地物膀反射斑光谱们特征辐射晚能量鬼入射亦到任葵何地驶物表挑面上垦，一允部分疯被反尘射；眨一部丛分被呜吸收事，还泡有一泻部分抵透射片穿过装地物羽。根鸣据能叫量守角恒定仇律可雹得：Pλ粉=P换ρ+脆Pα超+P没τPλ舰总能间量；厦Pρ质反射从能量捉；P骑α吸勉收能寇量；赢Pτ哗透射裤能量尸。除以脂Pλ摊，则如有：ρ+艰α+底τ=本1ρ、滩α、辣τ分移别为挪反射湾率、当吸收铲率、与透射打率1地物睬反射尖率不同欺地物老对入导射光蝴的反狭射能册力是郊不一悟样的煮，通控常采跪用反漂射率卵（或祸反射午系数犹）来印表示拒。反峡射率饮等于段地物扩的反划射能闹量与痛入射萝的总昂能量俊的比约值，溜通常甩用百摔分数忌表示。ρ=Pρ疲/P味λ*陷1毙00堡%2息地物发反射钻光谱执特征地物罩反射聋率与陆入射存光波巾波长帅密切读相关没，地阔物反谢射率锅是入季射电萍磁波葛波长遍的函瓦数，李这种旱函数辨关系息称之勤为地夹物反亲射光赠谱特沉征。猴可以膜用曲罪线表通示，异称之唱为地中物反签射光席谱曲剪线。植被效的光延谱特浸征土壤饱光谱渐特征水体霜光谱渗特征岩石合光谱挎特征不同芽地物星，反垦射率询不同爷。同一锡物质罚，不惩同存领在形裕态，妇反射按率不拼同。同一淋类地磨物，股反射矮光谱份曲线构相似吸，但耻又存晕在差苍异。反射义率与窑影像泥色调饭：反档射率饥高，坑色调允浅。3员影响北反射惜率的筹因素表面娃的粗椅糙程银度；表面劝的风泽化程析度；含水焦性；光照认度；房诚阴坡脖、阳党坡；植被居发育榆程度渗。二、楚地转物的动发射否光谱讽特征任何恳地物应当温拥度高期于绝贡对温卵度0怠度时鸭，就盖存在亩着分谈子热袋运动并，都佳向周宰围空弱间辐柄射能完量。服地物刺发射绒电磁穴波的鬼能力衫是以呈发射幅率作迷为测尝量标越准，北而地解物的登发射茧率又偷是以挥黑体踪蝶辐射雹作为斗基准榴。一、爬热辐涉射基置本定闭律物体非根据秋吸收签率的着大小档分为粥：黑才体、衰灰体链、选伏择性液辐射椅体。黑体币：其ε路λ＝神ε=任1，岩不随婚波长陵变化史。灰体戒：其ε魔λ＝晚ε=用常数小＜1全(因衡而吸预收率阀α＜礼1，为ε不剖随波限长变层化。选择慈性辐乘射体蓄：其ε弓λ随洗波长走而变诊化，疼而且麻ελ项＜1异（因袋而吸肠收率洗a也乓随波茎长变晕化，溪并且盒a＜洋1。1黎普朗图克定枯律：黑体童辐射所能量型是温犯度的冻函数脸：Wλ么：为猛单位战面积乳单位锈时间垮单位山波长甩区间晚辐射妻能量呈，h：为潜普朗甜克常背数=忧（6甚．6芽25脖60开.0智00部5）购；K：为炒玻尔蓝兹曼巴常数奥=（证1.劣38潜05踏4土婶0.船00尿01挎8）叛；e：为您自然鲁对数蜻的底川=阅2.数71钓8；C为狸光速棵；λ雷为波尽长；T为绝迟对温斥度；λ为唐波长T为绝随对温寄度不同愁温度亡下的逮黑体克光谱捕曲线坡：不同乱温度伤下，只有不嘱同的果发射报光谱疯；辐射幼能量炼随波滚长连党续变梦化，包曲线滩只有拿一个蒜最大葱值；温度填愈高身，辐逃射通记量密象度也膝愈大细；不同烦温度计的曲丈线是协不相辈交的团；随着爆温度寻的升缎高，兵辐射毛最大截值所严对应归的波敏长移区向短洗波方饼向。2些斯蒂浩芬－献尔兹竹曼定睬律单位建面积弄单位忌时间搜全部摄波长斥范围洒内的摆辐射畜总能垒量：σ：屋斯蒂迹芬-辽玻尔使兹曼伐常数机，5遇.6欠69错7土久0.幻玉00矿29满7T化：黑早体绝握对温带度3杂维恩私定律黑体挺热辐乏射的骗峰值重波长冤与绝锣对温灰度成显反比挑：λm凉ax调：为业某一何温度锄下辐凶射能折量的扔峰值哲波长页；B巾=尤28贯79池.8跃（科um赌.k物)。二、愤地物场的热辛辐射乓特征1糖地物昆发射菠率自然养界中扰黑体子辐射坏是不中存在伏的，香一般昨地物竹的辐玩射要泡比黑甩体辐逐射小有。地帖物的可发射史率是送指地缸物单世位面烟积上肉辐射礼能量W与同穴一温真度下跃同面脆积黑奥体辐黄射能禁量之疲比值额。地物滔发射室率地银物种从类、贪表面玻状态切、温来度等哥有关轨，而枪且与越波长结有关渣。2兆基尔偏霍夫追定律在任珍一给童定的低温度像下，盼地物亭单位纵面积