遥感导论22.ppt

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1、自习提纲,绝对黑体的概念黑体辐射规律：普朗克定律、斯特藩-波尔兹曼定律、维恩位移定律的意义实际物体的辐射：基尔霍夫定律的意义比辐射率的概念,四、黑体辐射,绝对黑体对于任何波长的电磁波都全部吸收恒星和太阳的辐射接近黑体辐射电磁波入射到一个不透明的物体上，在物体上只出现对电磁波的反射现象和吸收现象时，这个物体的光谱吸收系数与光谱反射系数之和恒等于1。,四、黑体辐射,黑体辐射规律普朗克公式斯忒藩-玻尔兹曼定律维恩位移定律实际物体的辐射地物的发射率基尔霍夫定律,普郎克公式,c：真空中的光速k：玻尔兹曼常数，K=1.3810-23J/Kh:普朗克常数,h=6.6310-34JsM(,T):辐射出射度,斯

2、忒藩-玻尔兹曼定律,：斯忒藩-玻尔兹曼常数，=5.6710-8Wm-2K-4,斯忒藩-玻尔兹曼定律（揭示能量与温度的关系）1、绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比2、温度越高辐射出射度越高,维恩位移定律,b为常数,b=2.89810-3mK,维恩位移定律（揭示温度和波长的关系）1、当物体温度一定时，物体在某波长上的辐射量最大2、随着物体温度升高，物体辐射量最大的电磁波波长向短波方向移动3、如果辐射最大值落在可见光波段，物体的颜色会随着温度的升高而变化：波长逐渐变短，颜色由红色逐渐变蓝,绝对黑体温度与最大辐射所对应波长的关系,根据维恩位移定律计算不同温度绝对黑体的最大辐射所对应的波长自

3、然界一般物体不是黑体,但在某一确定温度T时,物体最强辐射所对应的波长也可用维恩位移公式进行近似计算,实际物体的辐射,自然界中黑体辐射是不存在的，一般地物辐射能量总要比黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要增加一个因子，那就是发射率（比辐射率）发射率：指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出的辐射总通量）M与同温度的黑体辐射出射度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）M黑的比值,基尔霍夫定律,给定温度下，任何地物的辐射出射度M与同温度下黑体的辐射出射度M黑之比是常数，即等于吸收率和比辐射率:,一个好的吸收体也是一个好的发射体。温度相同的两物体，对于某波长的的辐射，如果甲比乙吸收得多，则甲比乙

4、发射得也多物体不吸收某波长的辐射，也就不发射该波长的辐射一般物体的热辐射出射度小于同温度的绝对黑体的辐射出射度,定义物体的辐射能力与黑体辐射能力之比为物体的比辐射率或发射率，即：,故有：,即物体的吸收率就是它的比发射率比辐射率反映了物体的固有属性，可以根据比辐射率反推物体的种类。,练习,已知人体的皮肤温度是33摄氏度，且将人体近似看做黑体，求人体的辐射出射度和人体辐射光谱中辐射最强的波长。假设人体皮肤的表面积为0.62平方米，求人体的总辐射出射量？,答案,辐射出射度为497W/m2；辐射最强波长为9.47微米；总辐射出射量为298W；,第二节 太阳辐射及大气对辐射的影响,太阳辐射大气的成分和结

5、构大气对太阳辐射的影响大气窗口,1 太阳辐射,太阳辐射是地球上生物、地球大气运动的能源，也是被动式遥感系统中遥感器接收信息的主要来源。太阳辐射是可见光和近红外遥感的主要辐射源。地球距太阳1.5亿KM，太阳辐射能经500秒方到达地球，地球仅接收太阳辐射能约二十二亿分之一。太阳辐射是一种十分复杂的连续电磁波光谱，从波长10-4或更短的X射线延伸到大于100m的无线电波，但辐射能主要集中在0.31-5.6um波段内。,太阳辐射,太阳电磁辐射强度用太阳常数表示。太阳常数：在日地距离上（指大气层顶部平均日地距离处），垂直于太阳入射光线的单位面积上，单位时间内接收到的太阳辐射的总能量.太阳常数=135.3

6、毫瓦/厘米2=1352w/m2,1 太阳辐射,（2）太阳辐射的光谱,太阳辐射各波段的百分比,从太阳辐照度分布曲线可以看出：太阳辐射的光谱是连续的它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致 从近紫外到中红外（0.3-6m）这一波段区间能量最集中而且相对来说较稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射,2 大气的成分和结构,大气成分大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因,地球大气成分,大气结构地球大气层包围着地球，大气层没有一个确切的界限，它的厚度一般取1000公里大气在垂直方向上可分为：对流层平流层

7、电离层大气外层,对流层:距地面12KM以内 集中了大气质量的3/4,有垂直运动平流层:距地面1235KM 无垂直运动，有季节性强风中间层:距地面3585KM热 层：距地面85800KM外大气层:距地面800KM对电磁辐射传输有显著影响的主要是对流层。,3 大气对太阳辐射的影响,太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回；17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到达地面,3 大气对太阳辐射的影响,大气对电磁波传输过程的影响：吸收、散射及反射作用可见光波段：引起电磁波衰减的主要原因是分子散射。紫外、红外与微波区：引起电磁波衰减的主要原因是大气吸收。,大气的反射,1.大气对太阳辐射的反射作用主要是水蒸

8、气造成的。2.影响最大的就是云。其影响程度与云量和云的厚度有关。3.选择无云的天气接收遥感信号。,2.2 大气的吸收,在紫外微波之间，具明显吸收作用的主要是O3、O2、CO2和H20；此外NO2、CH4对电磁辐射也有吸收，多种成份吸收特定波和的电磁波，形成相应的吸收带。1 氧和臭氧吸收带2 水汽吸收带3 二氧化碳吸收带4 水滴和尘埃,大气对辐射的吸收,大气中不同成分对太阳辐射的吸收谱,氧和臭氧吸收带,氧的吸收带主要在0.176-0.202um和0.242-0.260um，在0.69-0.76um也有一狭小的吸收带。臭氧对0.3um以下的短波光能全部吸收。,水汽的吸收,对太阳辐射的吸收作用最为显

9、著，范围很广，但集中在红外波段，其中0.7-3.0um波段是强吸收带。,二氧化碳、水滴和尘埃吸收带,二氧化碳吸收带：主要发生在大于2um的红外区内吸收的范围较宽，但主要吸收0.7-3um的红外线,大气的散射,概念：电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开。实际工作中，通常把散射分为以下两种类型：选择性散射：瑞利散射(Rayleigh scattering)。米氏散射(Mie scattering)无选择性散射(nonselective scattering),选择性散射和无选择性散射,选择性散射:散射光的强度分布的方向不对称，某些方向强，某些方向弱。,瑞利散射的散射光

10、强分布,米散射的散射光强分布,入射光,无选择性散射:散射光的强度分布的方向均匀对称，每个方向都一样强。,选择性散射-瑞利散射,概念：当大气中粒子的直径比波长小得多时(a1/10)发生的散射。由大气中的原子和分子引起（氮、二氧化碳等）。散射强度与波长的四次方成反比。波长越短，散射越强。瑞利散射对可见光的影响较大，而对红外的影响很小，对微波基本没有影响。,瑞利散射示意图,瑞利散射与波长的关系示意图,瑞利散射的特点？,哪种波长的光穿透能力最强？,解释：,无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？,选择性散射-米散射,当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时(a)发生的散射。由大气中的微

11、粒引起（烟、尘埃、气溶胶等）。散射强度与波长的二次方成反比。大气中云、雾等悬浮粒子的大小与0.76-15 m的红外线的波长差不多，因此，潮湿天气云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。,米散射,散射的种类,选择性散射：各个方向上的散射光强度不同。非选择性散射：各个方向上散射光强度基本相同。,无选择性散射,无选择性散射的条件：大气中粒子直径远大于光的波长。特点：散射光强分布与入射光的波长和散射方向无关。,三、大气窗口,大气窗口大气的衰减作用相对较轻、透射率较高、能量较易通过的电磁波段。只有位于大气窗口的波段才能被用于生成遥感图像在VISIR区段，常用的大气窗口有：0.31.3m、1.51.8 m、2.02.6 m、3.0-4.2 m、4.35.0 m、814 m。在微波区段，主要采用的大气窗口为8mm附近和频率低于20GHz的波段。,大气窗口,课堂小结,什么是绝对黑体？什么是发射率（比辐射率）？大气对太阳辐射的影响？大气中主要的吸收带？大气散射的种类？大气窗口的概念？,