(中山大学GIS课件)遥感物理资料.doc

一、 名词解释1 太阳常数与太阳光谱太阳常数：是指在日地平均距离的条件下，在地球大气层顶部，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。它是用来表达太阳辐射能量的一个物理量。太阳常数=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2太阳光谱：太阳发射的电磁辐射在地球大气顶层随波长的分布称为太阳光谱。2 散射截面散射截面：单位辐照度入射时，一个粒子散射的总能量即为散射截面：其中为散射效率（质粒散射的辐射功率与质粒几何截面上的入射辐射功率之比）。3 核模态和聚模态气溶胶(aerosol)：是在气体和重力场中具有一定稳定性，沉降速度小的固态或液态质粒的混合系统。大气气溶胶尺度分布由三个分离的模型态组成：n 核模态尺度：r0.05um，凝结、聚合过程产生n 聚模态尺度：0.05um r0.1um，主要通过机械分离过程产生，与前两模态之间不存在转化关系。4 热点效应自然界大多数地表既不完全是粗糙的朗伯表面，也不完全是光滑的“镜面”，而是介于两者之间的非朗伯表面。其反射并非各向同性，而具有明显的方向性，即方向反射，传感器接收到最强的方向反射的现象就称为热点效应。5 光学厚度辐射在介质中传播时，因与介质相互作用（散射、吸收）削弱。设强度为的光辐射通过厚度为dz的介质后，其强度变化为则：两边积分得：其中，指数中的积分为称介质的光学厚度。二、 简答题1 何为反射率，半球反射率和反照率，三者有什么关系？反射率：当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质，其中反射能量占入射能量的比例被定义为反射率：反照率：又称半球反射率，可定义为目标物的出射度与入射度之比（即单位时间、单位面积上各个方向出射的总辐射能量M与入射的总辐射能量E之比），通常用符号表示：反射率与反照率（半球反射率）的关系：反射率只是目标物在某个方向上的反射能量占入射能量的比例，而反照率（半球反射率）是目标物向各个方向出射的总能量占入射的总能量的比例。2 何为二向反射分布函数和二向反射率因子，二者的关系如何？二向反射分布函数（BRDF）是来自入射方向地表辐照度的微增量与其所引起的观测（反射）方向上反射辐亮度增量之间的比值：为入射光辐照度；为反射光辐亮度； 分别为入射光的天顶角和方位角； 分别为反射光的天顶角和方位角。BRDF单位为1/sr（球面度-1）二向反射率因子(BRF)：在相同的辐照度条件下，地物向(，)方向的反射辐射亮度与一个处于同一辐射和观测条件下的理想的漫反射体的反射辐射亮度之比值，称为二向反射率因子R：二向反射分布函数（BRDF）与双向反射率因子（BRF）的联系：如果入射光源对目标物所张的立体角0，以及传感器对目标物所张的立体角都趋于无穷小，则：当0与趋近无穷小时，在数值上R为f的倍，这为测定目标物的f值提供了一条现实可行的通道。 3 请说明散射相函数的物理意义。不同方向上质粒散射的辐亮度是不同的，与散射角有关，即入射光前进方向与散射方向的夹角有关，为表示散射光亮度随散射角 的相对变化，定义 方向的角散射截面（即该方向的散射辐亮度）a()与所有方向角散射截面平均值 之比为相函数P()：相函数P()是个无量纲量，满足归一化条件：某方向的散射强度为：三、 计算题1 设平均日地距离为r，某波段太阳辐照度为E，已知卫星成像时的日地距离为r，平均日地距离为r0，太阳天顶角为，卫星接收到的地球表面的辐亮度为L。请给出计算行星反射率R的计算公式。解：根据已知条件，可求得行星的入射辐照度为：，由于不考虑消光作用，故透过率T=1，所以行星反射率R为：2 已知大气层顶部某波段太阳辐照度为E0，入射角为，气溶胶波长指数为a,混浊度系数为，请给出海平面上太阳直射光辐照度的计算公式。解：根据ngstromr公式，气溶胶的垂直光学厚度可以表示为：则当入射角为时，气溶胶的光学厚度为：根据比尔定律： 两边积分得： 其中指数中的积分为介质的光学厚度：因为太阳光的入射角为，所以地面上太阳直射光辐照度为： 3 海拔高度为2000米的高山台地之上气溶胶粒度极细，主要发生瑞利散射，卫星从地物阴影区测得TM1波段的上行程辐射辐亮度为18.4；成像时太气层外该波段的太阳辐照度为1554 ，入射角为60，求气溶胶的光学厚度。（注：0.485(-4.05)=18.739）解：根据鲁滨孙公式，整层大气的垂直光学厚度为：气压为P的高度上，其大气瑞利散射垂直光学厚度为：假定把大气层看成密度等于海平面密度的均质，则大气厚度H8.440千米，于是整个空气柱中的空气质量为：其中，在同温情况下，由某一海拔高度Z至无穷高的大气质量为：因为，所以又根据散射相函数公式：（其中代表单次散射反照率）可得：透过率：所以：散射角四、 简答题1 试述表明构造对地物反射辐亮度的影响？电磁波从较稀疏的空气介质进入到较紧密的物体介质的界面上时，将产生反射。依照界面的平滑程度不同，镜而反射，漫反射和混合反射，而界面的平滑程度是相对的，由入射电磁波的波长与界面起伏高度之比来确定。（1）镜面反射：界面起伏高度相对入射电磁波波长而很小时产生，反射的电磁波具有方向性，即反射角=入射角。其相位相干并有偏振现象。（2）漫反射：界面起伏高度相对入射波波长而言较大（即界面很粗糙）时发生，电磁波被向各方面均匀反射出去，各方向上反射的亮度值是一样的，相位不相干，也无偏振现象，这样的界面叫朗伯面。（3）混合反射：界面起伏界于上述两种情况之间，即界面起伏高度相对波长具有中等粗糙度；把入射电磁波的各方向反射出去，但不同方向亮度值不同，一般镜面反射方向辐射亮度较强，其它方向较弱。不同界面可产生不同反射，同一界面对不同波长的入射电磁波也可能产生不同的反射。例如平坦的沙地表面，对可见光将产生漫反射，而对微波则可能产生镜面反射。在实际遥感当中，以混合反射最为常见。2 试述植物的光谱特征及其形成机理和影响因素？1）不同种类的植物均具有相似的反射波谱曲线2）可见光区域(0.4-0.76mm)，由于叶绿素的强烈吸收，植物的反射、透射率均低，仅在0.55mm附近有一10-20%的反射峰而呈绿色，两边（蓝、红）为吸收带（凹谷）。3）近红外区域(0.76-1.3mm)，在0.7mm处反射率迅速增大，形成50-60%的强反射峰，至1.1mm处有峰