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1、第二章感的物理(wl)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共27頁(yè)。電磁波的性質(zhì)電磁波的性質(zhì)(xngzh)：（1）實(shí)驗(yàn)證明，光是一種電磁波，具有電磁波的性質(zhì)）實(shí)驗(yàn)證明，光是一種電磁波，具有電磁波的性質(zhì)(xngzh)，是一種橫波；（，是一種橫波；（2）在真空中以光速傳播；）在真空中以光速傳播；（3）電磁波具有波粒二象性。電磁波在傳播過(guò)程中遇到氣）電磁波具有波粒二象性。電磁波在傳播過(guò)程中遇到氣體、液體或固體介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生一系列現(xiàn)象。體、液體或固體介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生一系列現(xiàn)象。電磁波與地面電磁波與地面(dmin)物體之間的物體之間的相互作用相互作用第二頁(yè)，共27頁(yè)。地物反射波譜曲線除隨不同地物（反射率）不同而外，同種地物在不同內(nèi)部

2、結(jié)構(gòu)和外部條件(tiojin)下形態(tài)表現(xiàn)（反射率）也不同。雙向反射比因子R（BRF）：在給定的立體角方向上，在一定的輻射照度和觀測(cè)條件下，目標(biāo)的反射輻射通量與處于同一輻射照度和觀測(cè)條件的標(biāo)準(zhǔn)參考面的反射輻射通量之比。大氣的散射現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的物理現(xiàn)象規(guī)律與大氣中的分子或其他微粒的直徑及輻射波長(zhǎng)的長(zhǎng)短密切相關(guān)。地球是太陽(yáng)體積的130萬(wàn)分之一，距離太陽(yáng)約1.進(jìn)入大氣層后有一部分被反射回宇宙空間。67um（紅）則有兩個(gè)吸收帶。5um，即中紅外波段。這一特征是由于葉綠素的影響，葉綠素對(duì)藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對(duì)綠光反射作用強(qiáng)。可見光波段影響最明顯，藍(lán)光波長(zhǎng)短，散射越強(qiáng)。CO2：只存在于低層大氣層中，而且含

3、量很少，主要吸收4.進(jìn)入大氣層后有一部分被反射回宇宙空間。該波譜以頻率從高到低排列，可以劃分為射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、無(wú)線電波。為了區(qū)分植被種類，需要對(duì)植被波譜進(jìn)行研究。76um）有一個(gè)小的反射峰，位置在0.植物波譜在上述基本特征下仍有細(xì)部差別，這種差別與植物種類、季節(jié)、病蟲害影響、含水量多少等有關(guān)系。O2：占1/5，主要吸收0.2.電磁波譜電磁波譜定義：按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排定義：按電磁波在真空中傳播的波長(zhǎng)或頻率，遞增或遞減排列，則構(gòu)成列，則構(gòu)成(guchng)了電磁波譜。該波譜以頻率從高到低了電磁波譜。該波譜以頻率從高到低排列，可以劃分為排列，可以劃分

4、為射線、射線、X射線、紫外線、可見光、紅外射線、紫外線、可見光、紅外線、無(wú)線電波。線、無(wú)線電波。第三頁(yè)，共27頁(yè)。名稱名稱波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍頻率范圍頻率范圍紫外線紫外線10nm-0.4um750-3000THz可見光可見光0.4-0.7430-750THz紅外線紅外線近紅外近紅外短波紅外短波紅外中紅外中紅外熱紅外熱紅外遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外0.7-1.3um1.3-3um3-8um8-14um14um1mm230-430THz100-230THz38-100THz22-38THz0.3-22THz亞毫米波亞毫米波0.1-1mm0.3-3THz無(wú)線電波無(wú)線電波微波微波毫米波（毫米波（EHF）1-10mm30

5、-300GHz厘米波（厘米波（SHF）1-10cm3-30GHz分米波（分米波（UHF）0.1-1m0.3-3GHz超短波（超短波（VHF）短波（短波（HF）中波（中波（MF）長(zhǎng)波（長(zhǎng)波（LF超長(zhǎng)波（超長(zhǎng)波（VLF）1-10m30-300MHz10-100m3-30MHz0.1-1km0.3-3MHz1-10km30-300MHz10-100km3-30KHz第四頁(yè)，共27頁(yè)。2.2太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射(tiynfsh)與大氣影響與大氣影響一、太陽(yáng)輻射一、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)的表面溫度為太陽(yáng)的表面溫度為6000K。中心溫度約達(dá)中心溫度約達(dá)15萬(wàn)度。萬(wàn)度。太陽(yáng)表面每分鐘釋放出來(lái)的熱量在太陽(yáng)表面每分鐘釋放出來(lái)

6、的熱量在5 1024千卡以上。千卡以上。地球是太陽(yáng)體積的地球是太陽(yáng)體積的130萬(wàn)分之一，距離太陽(yáng)約萬(wàn)分之一，距離太陽(yáng)約1.5億公里。億公里。太陽(yáng)輻射的電磁波到達(dá)地球表面大概需要太陽(yáng)輻射的電磁波到達(dá)地球表面大概需要8分鐘的時(shí)間。分鐘的時(shí)間。地球表面每分鐘獲得的太陽(yáng)輻射能量只有地球表面每分鐘獲得的太陽(yáng)輻射能量只有1.7卡米卡米2。除去植物的光合作用耗去的能量以外，被地球表面反射除去植物的光合作用耗去的能量以外，被地球表面反射到空中的太陽(yáng)輻射能量就更少了。到空中的太陽(yáng)輻射能量就更少了。在遙感中，一些在遙感中，一些(yxi)屬于可見光至近紅外波段的傳感屬于可見光至近紅外波段的傳感器，就是靠接收和記錄這

7、部分能量的反射特征獲取各種地物器，就是靠接收和記錄這部分能量的反射特征獲取各種地物信息的。信息的。第五頁(yè)，共27頁(yè)。二、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響二、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響(yngxing)被反射：約被反射：約30%；被吸收：約；被吸收：約17%；被散射：；被散射：22%;到達(dá)地到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射：約面的太陽(yáng)輻射：約31%。（一）大氣層的反射作用（一）大氣層的反射作用m;占太陽(yáng)輻射總能量的占太陽(yáng)輻射總能量的99%，其中可見光區(qū)，其中可見光區(qū)占占50%，紅外區(qū)占，紅外區(qū)占43%，紫外區(qū)占，紫外區(qū)占7%；最大輻射波長(zhǎng)在；最大輻射波長(zhǎng)在0.475m。進(jìn)入大氣層后有一部分被反射回宇宙空間。反射作用中，云進(jìn)入大

8、氣層后有一部分被反射回宇宙空間。反射作用中，云反射能力變化很大，按地球平均云量反射能力變化很大，按地球平均云量54%計(jì)算，計(jì)算，1/4的太陽(yáng)輻射的太陽(yáng)輻射能量被反射回宇宙空間去。能量被反射回宇宙空間去。第六頁(yè)，共27頁(yè)。（二）大氣層的吸收作用（二）大氣層的吸收作用主要成分：氣體分子、水滴和塵埃等；主要成分：氣體分子、水滴和塵埃等；O2：占：占1/5，主要吸收，主要吸收0.2m的太陽(yáng)輻射能量；的太陽(yáng)輻射能量；O3：主要在：主要在10-40KM高層大氣層；兩個(gè)吸收帶為高層大氣層；兩個(gè)吸收帶為0.2-0.32m（藍(lán)光區(qū)）、（藍(lán)光區(qū)）、0.6m（橙光區(qū)）；（橙光區(qū)）；H2O：主要吸收物質(zhì)：主要吸收物質(zhì)

9、(wzh)，吸收帶紅外線和可見光的紅，吸收帶紅外線和可見光的紅光波段內(nèi)。光波段內(nèi)。CO2：只存在于低層大氣層中，而且含量很少，主要吸收：只存在于低層大氣層中，而且含量很少，主要吸收4.3m的太陽(yáng)輻射能量的太陽(yáng)輻射能量塵埃：塵埃：第七頁(yè)，共27頁(yè)。（二）大氣的散射（二）大氣的散射(snsh)作用作用說(shuō)明：說(shuō)明：IS：地物直接反射的太陽(yáng)輻射：地物直接反射的太陽(yáng)輻射(tiynfsh)；ID：漫入輻射地面，而又反射到大氣中再進(jìn)入感器的部分：漫入輻射地面，而又反射到大氣中再進(jìn)入感器的部分：IO：直接進(jìn)入：直接進(jìn)入Sensor的部分；的部分；第八頁(yè)，共27頁(yè)。大氣的散射現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的物理現(xiàn)象規(guī)律與大氣中的分

10、子或其他微粒的直徑及輻射波長(zhǎng)的長(zhǎng)短密切相關(guān)。通常有以下三種情況：1、瑞利散射 大氣中的粒子（N、CO2、O3、O2等）直徑比波長(zhǎng)小的多時(shí)所發(fā)生的散射稱為(chn wi)瑞利散射。其散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系為：I-4 即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，散射越弱?？梢姽獠ǘ斡绊懽蠲黠@，藍(lán)光波長(zhǎng)短，散射越強(qiáng)。所以，晴朗的天空會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色。第九頁(yè)，共27頁(yè)。第十頁(yè)，共27頁(yè)。2、米氏散射、米氏散射在粒子（煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等）直徑較大在粒子（煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等）直徑較大(jiod)，與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)所發(fā)生的散射稱為米氏，與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)所發(fā)生的散射稱為米氏散射。其與波長(zhǎng)的關(guān)系式：散射。其與波長(zhǎng)的關(guān)系式：I-2即

11、散射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比，并且散射光的即散射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的二次方成反比，并且散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，方向比較明顯。向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，方向比較明顯。第十一頁(yè)，共27頁(yè)。3、無(wú)選擇性散射、無(wú)選擇性散射無(wú)選擇性散射發(fā)生在大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)無(wú)選擇性散射發(fā)生在大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)大得多時(shí)。并且大得多時(shí)。并且(bngqi)散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，即無(wú)選擇性散射的波段，任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度都相即無(wú)選擇性散射的波段，任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度都相同。同。第十二頁(yè)，共27頁(yè)。（三）大氣窗口（三）大氣窗口通通常常把把電電磁磁波波通通過(guò)過(guò)大大氣氣層層時(shí)時(shí)較較少少被

12、被反反射射、吸吸收收或或散散射射而透過(guò)率較高的波段稱為大氣窗口。而透過(guò)率較高的波段稱為大氣窗口。大氣窗口的光譜主要有：大氣窗口的光譜主要有：0.3-1.3um，即即紫紫外外線線、可可見見光光、近近紅紅外外波波段段。這這一一波波段段是是攝攝影影成成像像的的最最佳佳波波段段，也也是是許許多多衛(wèi)衛(wèi)星星傳傳感感器器掃掃描描成成像像的的常常用用波波段段，如如Landsat衛(wèi)衛(wèi)星星的的TM1-4波波段段，SPOT衛(wèi)衛(wèi)星星的的HRV波段。波段。1.51.8um和和2.0-3.5um，即即近近、中中紅紅外外波波段段。這這是是白白天天日日照照條條件件好好時(shí)時(shí)，掃掃描描成成像像的的常常用用波波段段，如如TM的的5

13、,7波波段段等等，用用以以探探測(cè)測(cè)植植物物含含水水量量以以及及(yj)云云、雪雪等等，用用于于地地質(zhì)質(zhì)制制圖圖等。等。第十三頁(yè)，共27頁(yè)。第十四頁(yè)，共27頁(yè)。3.5-5.5um，即即中中紅紅外外波波段段。該該波波段段除除通通透透反反射射光光外外，也也通通透透地地面面物物體體自自身身發(fā)發(fā)射射的的熱熱輻輻射射能能量量。如如NOAA衛(wèi)衛(wèi)星星的的AVHRR傳感器用傳感器用3.55-3.93探測(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖。探測(cè)海面溫度，獲得晝夜云圖。814um,即即遠(yuǎn)遠(yuǎn)紅紅外外波波段段。主主要要通通透透來(lái)來(lái)自自地地物物熱熱輻輻射射的的能量，適于夜間成像。能量，適于夜間成像。0.8-2.5cm，即即微微波波波

14、波段段。由由于于微微波波穿穿云云透透霧霧能能力力強(qiáng)強(qiáng)，這這一一區(qū)區(qū)間間可可以以全全天天候候觀觀測(cè)測(cè)(gunc)，而而且且是是主主動(dòng)動(dòng)遙遙感感方方式式，如如側(cè)側(cè)視視雷雷達(dá)達(dá)。Radarsat的的衛(wèi)衛(wèi)星星雷雷達(dá)達(dá)影影像像也也在在這這一一區(qū)區(qū)間間，常常用用的的波波段段為為0.8cm，3cm，5cm，10cm，甚甚至至可可將將該該窗窗口口擴(kuò)擴(kuò)展展至至0.05-300cm。第十五頁(yè)，共27頁(yè)。2.3地物反射波譜地物反射波譜(bp)特征特征在在可可見見光光與與近近紅紅外外波波段段（0.3-2.5um），地地表表物物體體自自身身的的熱熱輻輻射射幾幾乎乎等等于于零零。地地物物發(fā)發(fā)出出的的波波譜譜(bp)主主要

15、要以以反反射射太太陽(yáng)陽(yáng)輻輻射射為為主主。當(dāng)當(dāng)然然，太太陽(yáng)陽(yáng)輻輻射射到到達(dá)達(dá)地地面面后后，物物體體除除了了反反射射作作用用外外，還還有有對(duì)對(duì)電電磁磁輻輻射射的的吸吸收收作作用用，如如黑黑色色物物體體的的吸吸收收能能力力較較強(qiáng)強(qiáng)。最最后后，電電磁磁輻輻射射未未被被吸吸收和反射的其作部分則是透過(guò)的部分，即：收和反射的其作部分則是透過(guò)的部分，即：到到達(dá)達(dá)地地面面的的太太陽(yáng)陽(yáng)輻輻射射能能量量反反射射能能量量吸吸收收能能量透射能量量透射能量第十六頁(yè)，共27頁(yè)。一一般般說(shuō)說(shuō)，絕絕大大多多數(shù)數(shù)物物體體對(duì)對(duì)可可見見光光都都不不具具備備透透射射能能力力，而而有有些些物物體體，例例如如，水水對(duì)對(duì)一一定定波波長(zhǎng)長(zhǎng)的的

16、電電磁磁波波則則透透射射能能力力較較強(qiáng)強(qiáng)，特特別別是是0.45-0.56um的的藍(lán)藍(lán)、綠綠光光波波段段，一一般般水水體體的的透透射射深深度度可可達(dá)達(dá)1020m，混混濁濁水水體體則則為為1-2m，清清澈澈水水體體甚甚至至可可透透到到100m的深度。的深度。地地物物反反射射波波譜譜曲曲線線除除隨隨不不同同地地物物（反反射射率率）不不同同而而外外，同同種種地地物物在在不不同同內(nèi)內(nèi)部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和外外部部條條件件(tiojin)下下形形態(tài)態(tài)表表現(xiàn)現(xiàn)（反反射射率率）也也不不同同。一一般般說(shuō)說(shuō)，地地物物反反射射率率隨隨波波長(zhǎng)長(zhǎng)變變化化有有規(guī)規(guī)律律可可循循，從從而而為為遙遙感感數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)與與對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)地地物物的的識(shí)識(shí)別別規(guī)規(guī)律律。例例如如植植被的遙感反射光譜有以下特點(diǎn)：被的遙感反射光譜有以下特點(diǎn)：第十七頁(yè)，共27頁(yè)。可可見見光光波波段段（0.4-0.76um）有有一一個(gè)個(gè)小小的的反反射射峰峰，位位置置在在0.55um（綠綠）處處，兩兩側(cè)側(cè)0.45um（藍(lán)藍(lán)）和和0.67um（紅紅）則則有有兩兩個(gè)個(gè)吸吸收收帶帶。這這一一特特征征是是由由于于葉葉綠綠素素的的影影響響，葉葉綠綠素素對(duì)對(duì)藍(lán)藍(lán)光光和和紅紅光光吸吸