遙感概論22課件

第二節(jié)太陽(yáng)輻射和地球輻射太陽(yáng)輻射地球輻射第二節(jié)太陽(yáng)輻射和地球輻射太陽(yáng)輻射1一、太陽(yáng)輻射1、概述2、太陽(yáng)輻射能量組成3、太陽(yáng)輻射在大氣中的損耗4、太陽(yáng)輻射與日地距離及天頂角一、太陽(yáng)輻射1、概述2太陽(yáng)是地球環(huán)境中，最強(qiáng)大天然電磁輻射源，是當(dāng)前航天、航空可見光及近紅外遙感的主要輻射源是一個(gè)表面溫度約5900K的熾熱發(fā)光球體。太陽(yáng)是地球上除核能外一切有用能量的源泉地球距太陽(yáng)1.5億KM，太陽(yáng)輻射能經(jīng)500秒方到達(dá)地球，地球僅接收太陽(yáng)輻射能約二十二億分之一。太陽(yáng)輻射是一種十分復(fù)雜的連續(xù)電波光譜，從波長(zhǎng)10-4或更短的X射線延伸到大于100m的無(wú)線電波，但輻射能主要集中在0.31-5.6um波段內(nèi)。太陽(yáng)是地球環(huán)境中，最強(qiáng)大天然電磁輻射源，是當(dāng)前航天、航空可3太陽(yáng)輻射與太陽(yáng)光譜1.1太陽(yáng)電磁輻射強(qiáng)度用太陽(yáng)常數(shù)表示。太陽(yáng)常數(shù)：在日地距離上（指大氣層頂部平均日—地距離處），垂直于太陽(yáng)入射光線的單位面積上，單位時(shí)間內(nèi)接收到的太陽(yáng)輻射的總能量.太陽(yáng)常數(shù)=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2太陽(yáng)輻射與太陽(yáng)光譜1.1太陽(yáng)電磁輻射強(qiáng)度4太陽(yáng)輻射太陽(yáng)發(fā)射的電磁輻射隨波長(zhǎng)的分布稱為太陽(yáng)光譜。太陽(yáng)輻射太陽(yáng)發(fā)射的電磁輻射隨波長(zhǎng)的分布稱為太陽(yáng)光譜。51.2太陽(yáng)輻射能量的組成1.2太陽(yáng)輻射能量的組成61.3太陽(yáng)輻射在大氣中的損耗大氣層反射：30%大氣層散射：22%大氣層吸收：17%達(dá)到地面：31%1.3太陽(yáng)輻射在大氣中的損耗大氣層反射：30%大氣層散射：27地球公轉(zhuǎn)軌道為橢圓形；太陽(yáng)輻射能（太陽(yáng)常數(shù)）是在平均日地距離的情況下測(cè)得，故任一時(shí)刻的太陽(yáng)輻射能需考慮日地距離的變化大氣層外太陽(yáng)輻照度：為太陽(yáng)輻亮度，為日地距離1.4太陽(yáng)輻射與日地距離及天頂角地球公轉(zhuǎn)軌道為橢圓形；1.4太陽(yáng)輻射與日地距離及天頂角8太陽(yáng)輻射與天頂角的關(guān)系地面太陽(yáng)輻照度與天頂角的關(guān)系為：太陽(yáng)天頂角天頂角越小，地面接收的太陽(yáng)輻射越強(qiáng)（中午）。太陽(yáng)輻射與天頂角的關(guān)系地面太陽(yáng)輻照度與天頂角的關(guān)系為：太陽(yáng)天9太陽(yáng)常數(shù)在日地平均距離處通過(guò)與太陽(yáng)光束垂直的單位面積上的太陽(yáng)輻射通量稱為太陽(yáng)常數(shù)。F0=1353(±21)W/m2(1976,NASA)θ太陽(yáng)常數(shù)在日地平均距離處通過(guò)與太陽(yáng)光束垂直的單位面積上的太陽(yáng)10二、地球輻射反射輻射-短波大氣逆輻射-長(zhǎng)波大氣出射輻射-長(zhǎng)波地面輻射-長(zhǎng)波，大部分被大氣吸收二、地球輻射反射輻射-短波大氣逆輻射-長(zhǎng)波大氣出射輻射-長(zhǎng)波11第三節(jié)電磁波與大氣層的相互作用地球大氣層簡(jiǎn)介大氣與太陽(yáng)輻射的相互作用大氣窗口第三節(jié)電磁波與大氣層的相互作用地球大氣層簡(jiǎn)介12一、地球大氣層簡(jiǎn)介在太陽(yáng)發(fā)射輻射、地物發(fā)射輻射和地物反射輻射的過(guò)程中，輻射都與地球大氣發(fā)生相互作用，因而地球大氣對(duì)電磁輻射有很大的影響。一、地球大氣層簡(jiǎn)介在太陽(yáng)發(fā)射輻射、地物發(fā)射輻射和地物反射輻射13地球大氣成分地球大氣成分14地球大氣層結(jié)構(gòu)地球大氣層包圍著地球，大氣層沒(méi)有一個(gè)確切的界限，它的厚度一般取1000公里。大氣在垂直方向上可分為對(duì)流層、平流層、中間層、電離層（熱層）和散逸層。地球大氣層結(jié)構(gòu)地球大氣層包圍著地球，大氣層沒(méi)有一個(gè)15對(duì)流層:距地面12KM以內(nèi)集中了大氣質(zhì)量的3/4,有垂直運(yùn)動(dòng)平流層:距地面12—35KM無(wú)垂直運(yùn)動(dòng)，有季節(jié)性強(qiáng)風(fēng)中間層:距地面35—85KM熱層：距地面85—800KM外大氣層:距地面>800KM對(duì)電磁輻射傳輸有顯著影響的主要是對(duì)流層。對(duì)流層:距地面12KM以內(nèi)集中了大氣質(zhì)量的3/4,有垂直16二、大氣與太陽(yáng)輻射的相互作用大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響：

吸收、散射及反射作用可見光波段：引起電磁波衰減的主要原因是分子散射。紫外、紅外與微波區(qū)：引起電磁波衰減的主要原因是大氣吸收。二、大氣與太陽(yáng)輻射的相互作用大氣對(duì)電磁波傳輸過(guò)程的影響：17遙感概論22課件182.1大氣的反射

1.大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的反射作用主要是水蒸氣造成的。

2.影響最大的就是——云。其影響程度與云量和云的厚度有關(guān)。

3.

選擇無(wú)云的天氣接收遙感信號(hào)。2.1大氣的反射1.大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的反射作用主192.2大氣的吸收在紫外——微波之間，具明顯吸收作用的主要是O3、O2、CO2和H20；此外NO2、CH4對(duì)電磁輻射也有吸收，多種成份吸收特定波和的電磁波，形成相應(yīng)的吸收帶。1氧和臭氧吸收帶2水汽吸收帶3二氧化碳吸收帶4水滴和塵埃2.2大氣的吸收在紫外——微波之間，具明顯吸收作用的主要是20大氣對(duì)輻射的吸收大氣中不同成分對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收譜大氣對(duì)輻射的吸收大氣中不同成分對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收譜21氧和臭氧吸收帶氧的吸收帶主要在0.176-0.202um和0.242-0.260um，在0.69-0.76um也有一狹小的吸收帶。臭氧對(duì)0.3um以下的短波光能全部吸收。氧和臭氧吸收帶氧的吸收帶主要在0.176-0.202um和022水汽的吸收對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收作用最為顯著，范圍很廣，但集中在紅外波段，其中0.7-3.0um波段是強(qiáng)吸收帶。水汽的吸收對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收作用最為顯著，范圍很廣，但集中在紅23二氧化碳、水滴和塵埃吸收帶二氧化碳吸收帶：主要發(fā)生在大于2um的紅外區(qū)內(nèi)吸收的范圍較寬，但主要吸收0.7-3um的紅外線二氧化碳、水滴和塵埃吸收帶二氧化碳吸收帶：主要發(fā)生在大于2u24大氣的散射概念：電磁波在傳播過(guò)程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)生改變，并向各個(gè)方向散開。實(shí)際工作中，通常把散射分為以下兩種類型：選擇性散射：瑞利散射(Rayleighscattering)。米氏散射(Miescattering)

無(wú)選擇性散射(nonselectivescattering)大氣的散射概念：電磁波在傳播過(guò)程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)生25選擇性散射和無(wú)選擇性散射選擇性散射:散射光的強(qiáng)度分布的方向不對(duì)稱，某些方向強(qiáng)，某些方向弱。瑞利散射的散射光強(qiáng)分布米散射的散射光強(qiáng)分布入射光無(wú)選擇性散射:散射光的強(qiáng)度分布的方向均勻?qū)ΨQ，每個(gè)方向都一樣強(qiáng)。選擇性散射和無(wú)選擇性散射選擇性散射:散射光的強(qiáng)度分布的方向不26選擇性散射-瑞利散射概念：當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)小得多時(shí)(a<1/10λ)發(fā)生的散射。由大氣中的原子和分子引起（氮、二氧化碳等）。散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比。波長(zhǎng)越短，散射越強(qiáng)。瑞利散射對(duì)可見光的影響較大，而對(duì)紅外的影響很小，對(duì)微波基本沒(méi)有影響。選擇性散射-瑞利散射概念：當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)小得多時(shí)(27瑞利散射示意圖瑞利散射示意圖28瑞利散射與波長(zhǎng)的關(guān)系示意圖瑞利散射與波長(zhǎng)的關(guān)系示意圖29解釋：–無(wú)云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色？–朝霞和夕陽(yáng)為什么都偏橘紅色？解釋：–無(wú)云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色？30選擇性散射-米散射當(dāng)大氣中粒子的直徑與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)(a≈λ)發(fā)生的散射。由大氣中的微粒引起（煙、塵埃、氣溶膠等）。散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比。大氣中云、霧等懸浮粒子的大小與0.76-15μm的紅外線的波長(zhǎng)差不多，因此，潮濕天氣云、霧對(duì)紅外線的米氏散射是不可忽視的。選擇性散射-米散射當(dāng)大氣中粒子的直徑與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)(a31米散射米散射32無(wú)選擇性散射無(wú)選擇性散射的條件：大氣中粒子直徑遠(yuǎn)大于光的波長(zhǎng)。特點(diǎn)：散射光強(qiáng)分布與入射光的波長(zhǎng)和散射方向無(wú)關(guān)。無(wú)選擇性散射無(wú)選擇性散射的條件：大氣中粒子直徑遠(yuǎn)大于光的波長(zhǎng)33遙感器接受的波譜成分IoIsIDI=Is+IO+IDIs：地面直接反射光；Io：大氣層直接反射光；ID：大氣散射后經(jīng)地面反射光；遙感器接受的波譜成分IoIsIDI=Is+IO+IDIs：34四、大氣窗口大氣窗口：指電磁輻射在大氣轉(zhuǎn)輸過(guò)程中損耗比較小，透射率較高的波段。大氣屏障：有些波段的電磁波在大氣轉(zhuǎn)輸過(guò)程中被嚴(yán)重吸收和散射，幾乎不能到達(dá)地面，這些波段稱大氣屏障。四、大氣窗口大氣窗口：指電磁輻射在大氣轉(zhuǎn)輸過(guò)程中損耗比較小，35大氣窗口從紫外到微波組共有11個(gè)大氣窗口，目前用于遙感的有下列5個(gè):1）0.3-1.3um：包括全部可見光、部分紫外和攝影紅外波段。應(yīng)用范圍廣，可采用攝影、掃描等方式成像。2）1.5-2.5um：屬近紅外波段，掃描方式成像。3）3.5-5.5um：屬中紅外波段，白天或黑夜都可用，掃描方式成像。4）8-14um：屬遠(yuǎn)紅外（熱紅外）波段，屬熱輻射波段范圍內(nèi)，采用掃描或紅外輻射計(jì)檢測(cè)