第二章 電磁輻射與地物光譜特征

第二章電磁輻射與地物的光譜特征賀巧寧主要內(nèi)容：§2.1電磁波譜與電磁輻射§2.2太陽(yáng)輻射及大氣對(duì)輻射的影響§2.3地球的輻射與地物波譜本章小結(jié)§2.1電磁波譜與電磁輻射一.電磁波譜二.電磁輻射的度量三.黑體輻射一.電磁波譜1.電磁波的產(chǎn)生2.電磁波的特性3.電磁波譜1.電磁波的產(chǎn)生電磁波:由振源發(fā)出的電磁振蕩在空間的傳播,有熱輻射、微波、無(wú)線(xiàn)電波等,也稱(chēng)為電磁輻射。當(dāng)電磁振蕩進(jìn)入空間時(shí)，變化的磁場(chǎng)激發(fā)了變化的電場(chǎng)，使電磁振蕩在空間傳播，形成電磁波。2.電磁波的特性（1）是橫波（2）在真空中以光速傳播（3）滿(mǎn)足：

f·入=C；E=h·f（4）電磁波具有波粒二象性入射電磁波鏡面反射漫反射物體表面透射/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%3.電磁波譜電磁波譜：按照電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或者遞減排列構(gòu)成的譜帶則稱(chēng)電磁波譜。以頻率從高到低或者波長(zhǎng)從短到長(zhǎng)排列可以劃分為r射線(xiàn)、X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)、微波、無(wú)線(xiàn)電波1x10-6μm1x10-3μm0.1μm1μm10μm100μm0.1cm1cm10cm1m10m100m1km10km100kmr射線(xiàn)X射線(xiàn)紅外線(xiàn)紫外線(xiàn)微波超短波短波中波長(zhǎng)波可見(jiàn)光無(wú)線(xiàn)電波0.38μm0.76μm3μm6μm15μm1000μm可見(jiàn)光近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外超遠(yuǎn)紅外紅橙黃綠青藍(lán)紫二.電磁浙輻射犁的度昌量輻射夕能量(W課)：電磁咬輻射儀的能畜量，J。輻射掠通量：?jiǎn)挝悔s時(shí)間俱內(nèi)通米過(guò)某青一面插積的罩輻射粗能量細(xì)，W，J/滿(mǎn)s。輻照才度(I玩)：被輻孤照的時(shí)物體將表面母單位貓面積撲上的猜輻射本通量章，W/左m2。輻射正出射非度(M至)：溫度侍為T(mén)的輻拘射源小物體呢表面件單位矛面積時(shí)上的孩輻射泊通量,戚W/夢(mèng)m2。111WI三.黑體命輻射1.絕對(duì)虜黑體2.黑體掃輻射巴的規(guī)柏律3.實(shí)際監(jiān)物體斑的輻趟射1.絕對(duì)彎黑體絕對(duì)腳黑體陡：如狠果一遵個(gè)物固體對(duì)出于任險(xiǎn)何波揚(yáng)長(zhǎng)的刮電磁騙輻射順都全鋼部吸紛收，英則這益?zhèn)€物擦體是寫(xiě)絕對(duì)挺黑體截。黑色驅(qū)的煤孫煙、粱恒星胖、太墨陽(yáng)等類(lèi)。2.黑體格輻射充的規(guī)旱律（1）斯郊忒藩-玻爾宗茲曼城定律:M=δT4δ=估5.陪67打x1懷0-8W/墻m2?K4輻射偶出射魔度波長(zhǎng)0510152070刺0K60攔0K50匠0K40綠0K30海0K（2）維脅恩位昏移定雕律:入ma諸x?T=海bb=2劇.8斜98墓x惠10-3m?伶K3.實(shí)際膽物體循的輻偷射基爾際霍夫笛定律:M1/a1=委M2/a2=Mi/ai=集M0=饅IM=εM0絕對(duì)砍黑體驢不僅闊具有惰最大仁的吸潮收率永，也小具有碌最大罪的發(fā)階射率喉，卻獨(dú)絲毫住不存集在反鼠射；催而實(shí)浪際物恐體，擠如果紙吸收脫本領(lǐng)惕越大深，它兩的發(fā)筆射本石領(lǐng)也繞越大漢，越嗓接近瘡黑體殺。習(xí)題假定子恒星壺表面副的輻脹射與舌太陽(yáng)桂表面存的輻綢射一至樣都傭遵循贊黑體篇輻射勒規(guī)律.如果究測(cè)得鏡到太跪陽(yáng)輻鄰射波否譜的入太ma儲(chǔ)x=0.員51彼μ刷m,北極餓星的入北ma倘x=0.膛35泄μ筒m,試計(jì)悅算太初陽(yáng)和塌北極俯星的泥表面黎溫度劃及每網(wǎng)單位書(shū)表面胡積上詳所發(fā)討射出殼的功望率是誤多少?2.祝2太陽(yáng)恭輻射呀及大資氣對(duì)法輻射闊的影訓(xùn)響2.桃2.省1太陽(yáng)閉輻射2.墨2.紗2大氣絞對(duì)輻嫩射的落影響2.暮2.頓1太陽(yáng)會(huì)輻射1.太陽(yáng)象常數(shù):是指手在不啄受大微氣影抹響,在距研離太密陽(yáng)一輸個(gè)天纏文單垮位內(nèi),垂直瓣于太莊陽(yáng)光濟(jì)輻射右方向漏上,單位亂面積銷(xiāo)單位俘時(shí)間乞黑體勉所接紫收的摘太陽(yáng)貢輻射濤能量.I⊙=框1.譯36字0x預(yù)103W/該m22.太陽(yáng)存光譜2.寧2.踐2大氣貸對(duì)輻擇射的葛影響1.大氣甘分層闖和組速成2.大氣乒吸收3.大氣著散射4.大氣鼓折射5.大氣校反射6.大氣妙窗口7.大氣絞透射稠分析對(duì)流層外大氣層電離層平流層1280100026上層中層下層C電離層同溫層暖層冷層中間層熱層散逸層質(zhì)子層氦層O3層D電離層E電離層F電離層35000一般飛機(jī)、氣球氣球航天飛機(jī)200-250km,偵察飛機(jī)150-200km資源衛(wèi)星,氣象衛(wèi)星800-900km通訊衛(wèi)星,氣象衛(wèi)星36000km大氣垂直分層示意圖飛機(jī)氣球,噴氣式飛機(jī)分子:氮?dú)?N2)，氧患?xì)?O2)臭氧(O3)，二紙氧化桂碳(C復(fù)O2)，水(H2O)及(N2O，CH4，NH3)等其他些微粒:煙、裝塵埃垃、霧浮霾、戚小水平滴、嗚氣溶叉膠等賴(lài)。大氣造主要端成分大氣蠅散射0.訪(fǎng)40.青50.亭60.灰70.磚80.牙91.扶010縮慧0藍(lán)綠紅散射寧強(qiáng)度新曲線(xiàn)瑞利芒散射無(wú)選個(gè)擇散沖射包括污：瑞利櫻散射榜、米押氏散庫(kù)射和逆無(wú)選兇擇性烤散射倚。瑞利散射d<<入I∝入-4大氣中原子和分子可見(jiàn)光米氏散射d≈入I∝入-2微粒紅外線(xiàn)無(wú)選擇性散射d>>入I與入無(wú)關(guān)大氣阿散射大氣上界地平面太陽(yáng)洋高度劫角大氣購(gòu)折射悟后太黨陽(yáng)高共度角τ0β折射寺值τ曾=τ0-β大氣勝折射大氣棒窗口通常雙把電林磁波踏通過(guò)夾大氣恐層時(shí)梁較少牢被反幣射,吸收飾或散鞭射的,透過(guò)燙率較筋高的槐波段即稱(chēng)為陽(yáng)大氣靠窗口棍。大氣灶窗口扯的主善要光噴譜段:、和綠、、8-裹14、024681012141618202250100透過(guò)率0.3-1.31.5-1.82.0-3.53.5-5.58-140.8-2.5cm大氣柱窗口電磁性質(zhì)大氣窗口(μm)應(yīng)用條件成像方式透過(guò)率反射光譜0.3-1.3強(qiáng)光條件下攝影掃描90%1.5-1.82.0-2.5強(qiáng)光條件下掃描80%混合光譜3.5-5.5白天晚上都不可掃描75%發(fā)射光譜8-14白天晚上都可掃描60%0.05-300cm有無(wú)光照都能掃描100%大氣革窗口大氣芹透射灰分析反射30酒%，散盤(pán)射22濱%，吸調(diào)收17穿%，透毀過(guò)31諷%。臭氧賠吸收3%，云賤層反奪射散衫射25怎%，塵嚇埃氣著體吸疾收散峰射19蹦%，地杏面反墊射8%，地縣表吸蟲(chóng)收45福%。2.敲3地球鍵的輻嫁射與悼地物嗎波譜1、地球疾的輻旱射:太陽(yáng)牧輻射苗與地善表相江互作皺用,地表灰自身閑的熱寺輻射2、地浙物反汪射波叨譜:地物拒的反遣射率,地物穩(wěn)反射緩波譜墨特征3、地物焦波譜物特征灣的測(cè)叔量所謂地物倍光譜藏特性，是穴指自浙然界嚼中任番何地哪物都岸具有屑其自具身的霜電磁辭輻射撓規(guī)律旺，如兄具有眨反射珠、吸芬收外摩來(lái)的虎紫外因線(xiàn)、盾可見(jiàn)影光、禽紅外議線(xiàn)和墨微波鉗的某淘些波緩段的井特性卵；它倒們又成都具辯有發(fā)貢射某峽些紅探外線(xiàn)纖、微掌波的紗特性細(xì)；少首數(shù)地度物還舅具有端透射攏電磁衡波的勤特性恒，這餃種特綠性稱(chēng)棍為地刑物光劑譜特愿性，費(fèi)其中援最常辛用的冠是反升射信抓息。太陽(yáng)芬輻射喚與地托表相住互作抽用:地球折輻射雀的分繪段特絲式性：0.相3-脾2.添5競(jìng)2.僑5-置6羅>暑6地表浪自身蠶的熱慢輻射:溫度賴(lài)波吵長(zhǎng)地物襯的發(fā)零射特蛋性－自鳳然界住中的吹一切逮物體媽?zhuān)瑹o(wú)猴論是地固體楚的、朵液體哪的，饒當(dāng)其藍(lán)溫度首高于督絕對(duì)0度時(shí)星都會(huì)滾不斷樹(shù)地向擺四周吐空間熄發(fā)射粱電磁及波（杏以紅閑外、潔微波羊?yàn)橹髅裕?，染物體隨的溫凝度越敢高，孫輻射蘿出的緒能量蜘就越勺多，暫這種娛現(xiàn)象紫稱(chēng)為熱輻牽射。地物柿的輻炭射能隊(duì)量與慶溫度頭的四丹次方氣成正敢比，塞比熱品、熱蓮慣性李大的丘地物硬，發(fā)樂(lè)射率室大。廳如水羽體夜徹晚發(fā)軋射率煩大，醫(yī)白天臟就小欄。探測(cè)掩地物殘的熱遇輻射譽(yù)特性她的熱冠紅外殲遙感每在夜廈間和勵(lì)白天腔進(jìn)行瞧的結(jié)嫂果是干不同倦的。熱紅餓外遙羽感探泊測(cè)的餃地物登熱輻膜射量?jī)?chǔ)用亮萄度溫促度表狀示，蟲(chóng)它不魯同于庸地面丈溫度橡，是票接收愛(ài)的熱伯輻射掙能量成的轉(zhuǎn)羅換值具，圖汽像上趣表示柜為亮濁度。地物連反射籠波譜微特征反射宵波譜:地物型反射兄率隨望波長(zhǎng)鏡的變巖化規(guī)長(zhǎng)律。反射筋率P定義泛：地彩物的概反射濱能量螞與入惑射總勤能量則的百僅分比逝，稱(chēng)蓬為反暗射率薯。ρ=橫(Pρ/藝P0)×罪10角0%。特點(diǎn)鞭：同狗一地嗚物在柱不同適的波跨長(zhǎng)具醬有不泡同的且反射朗率；障地物是的不準(zhǔn)同反孕射率醉是可林以測(cè)門(mén)定的屠；反悔射率下與地銅物的猜表面福顏色老、粗堪糙度婚和濕諸度等棄有關(guān)廚；同魯一波倚長(zhǎng)，周不同緞地物若，其謙反射講率不油同。屈但是落也會(huì)花存在作同物亭異譜白和異垃物同遵譜的濱現(xiàn)象頌。鏡面寫(xiě)反射窄：也叫鏡規(guī)則痛反射鴨，入烘射角買(mǎi)與反錄射角榨相等身，發(fā)壯生在從平靜鍬水面教、金辦屬面煩等，勤常出僚現(xiàn)在該航空務(wù)遙感局中漫反之射：也叫慮朗伯卵反射員，向確四周榴均勻數(shù)反射鋸，在峽各個(gè)松方向挺上亮籍度和初強(qiáng)度盒一樣每，航轉(zhuǎn)天遙瞎感中品多為斗這種流現(xiàn)象腔。實(shí)際四反射薦：介于偵兩者枝之間病，在岸某一乎方向枕上較滔強(qiáng)。鏡面反射漫反射實(shí)際反射ρ=Pρ/P0地物臨反射搬波譜——地物杜的反奇射率棗隨著膀入射塘波長(zhǎng)瞧變化渡而變望化的非規(guī)律棍。按照匠地物眉反射洗率與怎波長(zhǎng)媽之間下的關(guān)半系所狂繪制袖的曲男線(xiàn)圖取稱(chēng)為地物勇反射除光譜終曲線(xiàn)，其皆中橫脅坐標(biāo)京表示孟波長(zhǎng)晉，縱姻坐標(biāo)猜表示緞反射城率。幾種漠典型照地物吐反射災(zāi)光譜沒(méi)曲線(xiàn)(1喝)植被(2餐)土壤(3亂)水體(4煮)巖石(5謠)其他植被冬：0.察55μm，綠瞇色，伶葉綠赤素的破影響μm有反營(yíng)射陡餡坡1.晌1μm，植弱被葉倡細(xì)胞萄影響μm，反漢射率駱大大產(chǎn)下降圖，受水分沃影響不同哨植物交光譜劇曲線(xiàn)飲的比孟較不同滴季節(jié)隊(duì)狗牙孤根草殊的光燙譜反世射曲歷線(xiàn)春小附麥在蟻不同即生長(zhǎng)畫(huà)階段齊的波旋譜特煎性曲燈線(xiàn)花期禁的春固小麥炒反射狀率明版顯高牢于灌掙漿期袋和乳么熟期考。至臺(tái)于黃咐葉期夠，由登于不況具備紐奉綠色唉植物向特征炸，其介反射悉光譜向近似超于一凡條斜尿線(xiàn)。慢這是邁因?yàn)槲尹S葉尤的水闊含量搏降低愧，恩導(dǎo)創(chuàng)致在1.策45、l.栽95和2.私7微米打附近3個(gè)水灶吸收竊帶的摩減弱救。當(dāng)誤葉片賠有病港蟲(chóng)害榨時(shí)．它也有鏟與其搭黃葉遍期類(lèi)釘似的愛(ài)反射蝕率。土壤樂(lè)：沒(méi)有斤明顯椒的峰浪值和俊谷值一般許來(lái)講