遙感概論22課件

第二節(jié)太陽輻射和地球輻射太陽輻射地球輻射第二節(jié)太陽輻射和地球輻射太陽輻射1一、太陽輻射1、概述2、太陽輻射能量組成3、太陽輻射在大氣中的損耗4、太陽輻射與日地距離及天頂角一、太陽輻射1、概述2太陽是地球環(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表面溫度約5900K的熾熱發(fā)光球體。太陽是地球上除核能外一切有用能量的源泉地球距太陽1.5億KM，太陽輻射能經(jīng)500秒方到達(dá)地球，地球僅接收太陽輻射能約二十二億分之一。太陽輻射是一種十分復(fù)雜的連續(xù)電波光譜，從波長10-4或更短的X射線延伸到大于100m的無線電波，但輻射能主要集中在0.31-5.6um波段內(nèi)。太陽是地球環(huán)境中，最強(qiáng)大天然電磁輻射源，是當(dāng)前航天、航空可3太陽輻射與太陽光譜1.1太陽電磁輻射強(qiáng)度用太陽常數(shù)表示。太陽常數(shù)：在日地距離上（指大氣層頂部平均日—地距離處），垂直于太陽入射光線的單位面積上，單位時(shí)間內(nèi)接收到的太陽輻射的總能量.太陽常數(shù)=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2太陽輻射與太陽光譜1.1太陽電磁輻射強(qiáng)度4太陽輻射太陽發(fā)射的電磁輻射隨波長的分布稱為太陽光譜。太陽輻射太陽發(fā)射的電磁輻射隨波長的分布稱為太陽光譜。51.2太陽輻射能量的組成1.2太陽輻射能量的組成61.3太陽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；太陽輻射能（太陽常數(shù)）是在平均日地距離的情況下測得，故任一時(shí)刻的太陽輻射能需考慮日地距離的變化大氣層外太陽輻照度：為太陽輻亮度，為日地距離1.4太陽輻射與日地距離及天頂角地球公轉(zhuǎn)軌道為橢圓形；1.4太陽輻射與日地距離及天頂角8太陽輻射與天頂角的關(guān)系地面太陽輻照度與天頂角的關(guān)系為：太陽天頂角天頂角越小，地面接收的太陽輻射越強(qiáng)（中午）。太陽輻射與天頂角的關(guān)系地面太陽輻照度與天頂角的關(guān)系為：太陽天9太陽常數(shù)在日地平均距離處通過與太陽光束垂直的單位面積上的太陽輻射通量稱為太陽常數(shù)。F0=1353(±21)W/m2(1976,NASA)θ太陽常數(shù)在日地平均距離處通過與太陽光束垂直的單位面積上的太陽10二、地球輻射反射輻射-短波大氣逆輻射-長波大氣出射輻射-長波地面輻射-長波，大部分被大氣吸收二、地球輻射反射輻射-短波大氣逆輻射-長波大氣出射輻射-長波11第三節(jié)電磁波與大氣層的相互作用地球大氣層簡介大氣與太陽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介12一、地球大氣層簡介在太陽發(fā)射輻射、地物發(fā)射輻射和地物反射輻射的過程中，輻射都與地球大氣發(fā)生相互作用，因而地球大氣對電磁輻射有很大的影響。一、地球大氣層簡介在太陽發(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，大氣層沒有一個確切的界限，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，大氣層沒有一個15對流層:距地面12KM以內(nèi)集中了大氣質(zhì)量的3/4,有垂直運(yùn)動平流層:距地面12—35KM無垂直運(yùn)動，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對電磁輻射傳輸有顯著影響的主要是對流層。對流層:距地面12KM以內(nèi)集中了大氣質(zhì)量的3/4,有垂直16二、大氣與太陽輻射的相互作用大氣對電磁波傳輸過程的影響：

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、大氣與太陽輻射的相互作用大氣對電磁波傳輸過程的影響：17遙感概論22課件182.1大氣的反射

1.大氣對太陽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.

選擇無云的天氣接收遙感信號。2.1大氣的反射1.大氣對太陽輻射的反射作用主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大氣對輻射的吸收大氣中不同成分對太陽輻射的吸收譜大氣對輻射的吸收大氣中不同成分對太陽輻射的吸收譜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水汽的吸收對太陽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。水汽的吸收對太陽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：電磁波在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)生改變，并向各個方向散開。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)

無選擇性散射(nonselectivescattering)大氣的散射概念：電磁波在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向發(fā)生25選擇性散射和無選擇性散射選擇性散射:散射光的強(qiáng)度分布的方向不對稱，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)分布入射光無選擇性散射:散射光的強(qiáng)度分布的方向均勻?qū)ΨQ，每個方向都一樣強(qiáng)。選擇性散射和無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)度與波長的四次方成反比。波長越短，散射越強(qiáng)。瑞利散射對可見光的影響較大，而對紅外的影響很小，對微波基本沒有影響。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瑞利散射與波長的關(guān)系示意圖瑞利散射與波長的關(guān)系示意圖29解釋：–無云的晴天，天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色？–朝霞和夕陽為什么都偏橘紅色？解釋：–無云的晴天，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的紅外線的波長差不多，因此，潮濕天氣云、霧對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相當(dāng)時(shí)(a31米散射米散射32無選擇性散射無選擇性散射的條件：大氣中粒子直徑遠(yuǎn)大于光的波長。特點(diǎn)：散射光強(qiáng)分布與入射光的波長和散射方向無關(guān)。無選擇性散射無選擇性散射的條件：大氣中粒子直徑遠(yuǎn)大于光的波長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)輸過程中損耗比較小，35大氣窗口從紫外到微波組共有11個大氣窗口，目前用于遙感的有下列5個: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