第二章 遥感物理基础 北京大学

复 习1、遥感的概念2、遥感技术系统3、遥感的特点4、遥感的分类与应用5、遥感的发展复 习1、什么是遥感通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术。复 习2、遥感技术系统遥感信息源空间信息获取遥感数据的传输与接收遥感图像处理遥感信息提取与分析信息获取信息接收用户制图实况调查分析判断信息处理反射复 习3、遥感的特点 宏观性、综合性覆盖范围大、信息丰富，可进行大面积同步观测便于发现和研究宏观现象 时效性、动态性短时间内对同一地区重复观测，便于发现和研究事物的动态变化。 经济性节约人力、物力、财力和时间 局限性可利用的电磁波段范围有限、波谱信息未充分挖掘地面验证手段辅助、受云等天气条件的影响复 习4、遥感的应用资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究四大领域。5、遥感的分类按遥感平台分按工作机理分按探测波段分按波段数量分按应用领域分 复 习6、遥感的发展萌芽阶段航空遥感阶段航天遥感阶段第二章 遥感物理基础1、电磁波与电磁辐射2、太阳辐射和大气对辐射的影响3、地球辐射与地物波谱2-1 电磁波与电磁辐射电磁波与电磁辐射电磁辐射理论是遥感的物理基础电磁辐射理论是遥感的物理基础遥感就是要收集物体的电遥感就是要收集物体的电磁辐射信息，磁辐射信息，物体电磁辐射的数量和性物体电磁辐射的数量和性质的变化，是解释物体质的变化，是解释物体主要特征的基本依据主要特征的基本依据 .2.1.1 电磁波与电磁波谱电磁波与电磁波谱1、电磁波、电磁波电场与磁场的统一（电磁场）电场与磁场的统一（电磁场）变化的电磁场在空间的传播形成电磁波变化的电磁场在空间的传播形成电磁波2、电磁波谱、电磁波谱按电磁波波长的长短，依次排列制成的表。按电磁波波长的长短，依次排列制成的表。射线射线 X 射线射线 紫外线紫外线 可见光可见光 红外线红外线 微微波波 无线电波无线电波电磁波谱和相应的传感器电磁波的波粒二象性电磁波的波粒二象性既有既有 波动性波动性 又有又有 粒子性粒子性电电磁磁波波的的基基本本性性质质电磁波的波粒二象性电磁波的波粒二象性F波动性 的特征解释了电磁辐的特征解释了电磁辐 射的传播射的传播F粒子性 的特性解释了电磁辐射与物质的的特性解释了电磁辐射与物质的作用（反射、折射、吸收、投射）作用（反射、折射、吸收、投射）电电磁磁波波的的基基本本性性质质F横波横波F电磁波在真空中以光速传电磁波在真空中以光速传播，播， m满足：满足： f式中 C 波速，在真空中， 8，即光速； 波长，一般以 计；f 频率，以表示。电磁波的基本性质电磁波的基本性质波动性F电磁波是特殊物质组成的微粒电磁波是特殊物质组成的微粒 （ 光子光子）F光子的能量光子的能量 E与其频率与其频率 f成正比，成正比，其关系为：其关系为：E hf式中 h 为普朗克常数。电磁波的基本性质电磁波的基本性质粒子性2.1.2 电磁辐射的度量电磁辐射的度量物体的电磁辐射特征物体的电磁辐射特征l 物体对外来电磁辐射的特征物体对外来电磁辐射的特征反射反射 吸收吸收透射透射 l 物体自身发射电磁波的特征物体自身发射电磁波的特征F电磁辐射特性是波长的函数电磁辐射特性是波长的函数F环境对物体电磁辐射的影响环境对物体电磁辐射的影响两方面 太阳辐射能量入射到地球表面，根据能量守恒定律，则太阳辐射能量入射到地球表面，根据能量守恒定律，则有：有： 、 、 分别为地物反射、吸收和透射的功率。1 /E /E /E 令 、 、 分别表示为反射率、吸收率及透射率则 对不透明的物体， ， 它们只有反射、吸收太阳辐射的能力，此时 或 。物体反射率高，其吸收率就低；若吸收率高，则反射率就低。物体反射率高，其吸收率就低；若吸收率高，则反射率就低。物体的反射率 、吸收率及透射率也可用百分率 (%)表示。物体对外来电磁波的 反射反射 特征反射能量是遥感应用中最重要的。反射能量是遥感应用中最重要的。反射可分为反射可分为 镜面反射、漫反射和方向反射镜面反射、漫反射和方向反射 。物体对外来电磁波的 反射反射 特征反射率随波长的变化而变化的特征称反射率随波长的变化而变化的特征称为物体的波谱特征，根据反射率随波长的为物体的波谱特征，根据反射率随波长的变化所绘出的曲线称为该物体的变化所绘出的曲线称为该物体的 地物反地物反射波谱曲线射波谱曲线 。F 有些物体具有透射一定波长的电磁波的能力，有些物体具有透射一定波长的电磁波的能力，例如水体和冰，物体的透射能力用透射率 表示。F 物体对于外来电磁波的透射能力，随着电磁波物体对于外来电磁波的透射能力，随着电磁波的波长和物体的性质而变化。的波长和物体的性质而变化。例如，纯净水体在蓝、绿波段 (0.45 0.56 ) 具有一定的透射能力；浑浊水体，其透射能力发生变化。微波对地质体则具有较强的透射能力。透射深度随着地物的性质变化，例如干燥又疏松的沉积物具有较大的透射能力；而潮湿、坚硬的岩石透射深度却很小。物体对外来电磁波的 透射透射 特征F任何物体也都具有吸收外来电磁波的能力。任何物体也都具有吸收外来电磁波的能力。物体的吸收能力以吸收率物体的吸收能力以吸收率 表示。表示。F物体对外来电磁波的吸收能力是随物体性质物体对外来电磁波的吸收能力是随物体性质的不同而变化的。的不同而变化的。透射率一定，反射率高，其吸收率低；反射率透射率一定，反射率高，其吸收率低；反射率低，吸收率则高。低，吸收率则高。物体对外来电磁波的 吸收吸收 特征l 辐射通量（ ） (W) dW/dtl 辐射通量密度（ E） d/dsl辐照度（ I） (W/m2 ) d/ds l辐射出射度（ M） d/ds 辐 射 测 量辐射亮度（ L） :辐射源在单位立体角、单位时间内在某一垂直于辐射方向单位面积（法向面积）上辐射出的辐射能量。朗伯源辐射亮度 L与观测角 无关的辐射源-朗伯源可近似视为朗伯源的有：l 表面均匀粗糙的物体l 表面涂有特殊材料（氧化镁）的物体2.1.3 黑体辐射黑体辐射绝对黑体l 吸收率 （ ， T）l 反射率 （ ， T）绝对黑体：1 ， 0与温度和电磁波波长无关若地物在任何温度下，对任何波长的辐射能完全若地物在任何温度下，对任何波长的辐射能完全吸收，即吸收，即 1， 该地物称绝对黑体，简称该地物称绝对黑体，简称 黑体黑体 。地物对各种波长的吸收率是界于的，若吸地物对各种波长的吸收率是界于的，若吸收率近似为一常