第二章--电磁波谱与地物波谱特征PPT课件

. 1、电磁波交替变化的电磁场在空间中传播。 描述电磁波特性的指标波长、频率、振幅、比特相等。 电磁波的特性电磁波为横波，传播速度为3108m/s，无介质也能传播，与物质作用有反射、吸收、透射、散射等，遵循相同规律。 1、遥感的电磁波原理、Tobecontinued、2、电磁波光谱根据电磁波的波长的长度依次排列作成的称为电磁波光谱。 射线x射线紫外线可见光红外线微波电波的顺序。 电磁波光谱图，Tobecontinued，1遥感的电磁波原理，3，紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中只有0.30.38m的波长的光到达地面，对油污染敏感，但检测高度在2000m以下。 可见光：波长范围： 0.380.76m，人眼对可见光敏感，是遥感技术应用的重要波段。 红外线：波长范围为0.761000m，根据性质可分为近红外、中红外、远红外和超红外。 微波：波长范围1mm1m，透射性好，不受云雾影响。 而且，应用于遥感的电磁波谱在本节结束时，下一节，4，太阳辐射：太阳是遥感的主要辐射源，也称为太阳，在大气边界和海面测量的太阳辐射曲线如图所示。 从太阳光谱曲线() :2太阳辐射，太阳光谱相当于6000K黑体辐射的太阳辐射能量主要集中在可见光，其中0.380.76m的可见光能量占太阳辐射总能量的46%， 最大辐射强度为波长0.47m左右，到达地面的太阳辐射主要集中在0.33.0m波段，通过包括近紫外、可见光、近红外和中红外在内的大气的太阳辐射有较大的衰减，各波段的衰减不均衡。 本节结束、返回、下一节、5、3太阳辐射和大气作用、一、大气结构二、大气成分三、大气吸收作用四、大气散射作用五、大气窗口、本节结束、返回、下一节、6、一、大气结构一般认为大气的厚度为1000km，在垂直方向上从下向上分为对流层、平流层、中层、热层(增温层) 二、大气成分大气的主要成分是分子和其他微粒。7，3，大气吸收作用，太阳辐射通过大气时，大气分子在有电磁波的波段有吸收作用。 吸收作用将辐射能量转化为分子内部，从而引起这些波段的太阳辐射强度的减弱，并且一些波段中的电磁波不能完全通过大气。 大气吸收光谱，8，4，大气散射作用，辐射在传播中遇到小粒子，改变传播方向。 它向各个方向扩散，叫做散射。 散射减弱了原传播方向的辐射强度，增加了向其它各方向的辐射。 散射现象的本质是电磁波在输送过程中遇到大气微粒子而产生的衍射现象。 因此，这种现象只有在大气中的分子和其他微粒子的直径比放射波长小或相当于放射波长的情况下才会发生。 大气散射包括瑞利散射：大气粒子直径远小于波长时发生的米氏散射：大气粒子直径相当于波长时发生的无选择散射：大气中粒子直径远大于波长时发生的散射。 9、5、大气窗、折射不改变太阳辐射的方向，不改变太阳辐射的强度。 因此，关于辐射强度，太阳辐射通过大气后，主要是反射、吸收和散射的共同影响使辐射强度衰减，其馀部分是透过的部分。 遥感中，只能选择透射率高的频带，对观测有意义。 通常，电磁波通过大气时反射吸收散射少，透过率高的频带称为大气窗。大气窗的光谱带域主要为0.31.15um，紫外、可见光、近红外带域1.32.5um和3.55.0um，近红外带域、10、3.55.0um，中红外带域，该带域除了透过反射光以外，还透过地面物体自身放射的热辐射能量，即远红色主要透过地物辐射的能量，适合夜间成像的0.82.5cm，即微波段，该区间可24小时365天观测，并且是有源遥感方式，例如侧视雷达。11、太阳辐射与地表的相互作用()地表的反射率()漫反射()、4太阳辐射与地表的作用、太阳辐射到达地表后的一部分反射、一部分透过，即到达地表的太阳辐射能量=反射能量吸收能量透过能量地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。 一般来说，大部分物体对可见光不具有透射能力，但某些物体像水一样，对某一波长的电磁波透射能力强，特别是0.450.56m的蓝绿色波段。 一般水体渗透深度可达1020m，清澈水体可达100m。 地表吸收太阳辐射具有约300K的温度，形成自身的热辐射，其峰值波长为9.66m，主要集中在长波，即6m以上的热红外区域。反射率() :地物反射能量与入射总能量之比，=(P/P0)100%。 反射率因地物的波段而异。 反射率是可以测量的。 反射率还与图形表面的颜色、粗糙度、湿度等有关。 图形的反射光谱曲线：反射率随波长而变化的曲线。 另外，与入射方向无关，其反射能量在所有方向一致。 一般地物的反射接近漫反射，但在各个方向上反射的能量的大小不同。 物体的反射满足反射规律，入射角等于反射角。 只能在出现反射波的方向上检测电磁波，水面几乎镜面反射，是遥感图像中水面明亮、暗的原因。 本节结束后，返回下一节、12、地球辐射的分段特性、地球表面和大气电磁辐射的总和称为地球辐射。 13、温度一定时，物体的热辐射遵循基尔霍夫定律。 图形的发射率随波长变化的曲线叫做发射光谱曲线。 图形的发射率与地表粗糙度、颜色、温度有关。 表面粗糙，颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物辐射率大。 水体夜间发射率大，白天小。 感知地物的热放射特性的热红外线遥感在夜间和白天进行的结果不同。 通过热红外线遥感检测到的地物的热辐射量以亮度温度来表示，与地面温度不同，是所接收到的热辐射能量的变换值，在图像上以亮度来表示。 5地物的热辐射，本节结束后，在下一节、14、电磁波谱中，波长为1mm1m范围的波被称为微波。 (微波频带分割)微波遥感特性：全天候工作() 一些地物具有特殊的光谱特性，对冰、雪、森林、土壤等有一定的渗透能力() 海洋遥感有特殊意义()； 分辨率很低，但特征很明显。 6微波与地物的作用，由于微波波长长，散射相对较小，在大气中衰减减，透过云、雨区的能力强，几乎不受烟、云、雨的限制。 对热带雨林地区更有意义。 微波传感器的波长分辨率低是因为波长长，衍射现象显着。 同时，观察精度和采样速度往往不协调。 这种特性可用于探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标、地下埋藏的工程、矿床、地下水等。 电磁波通过介质时，被部分吸收，强度衰减。 电磁波振幅减少了1/e倍(37% )的透过深度为表皮深度H:H=(5.310-31/2)/式中：为地上物的介电常数； 是地物的电导率。微波对海水特别敏感，其波长适合海面动态(海面风、波浪等)的观测。 本节结束后，返回下一节、15、植被光谱曲线土壤光谱曲线岩石光谱曲线常见地物比较光谱曲线、7各典型地物光谱曲线，返回下一章，地物电磁波响应特性随电磁波长变化规律不同地物及其电磁波响应特性不同16、近红外：0.763.0m，类似于可见光。 中红外：3.06.0m，有地面常温下的辐射波长、热感，也称热红外。 远红外线： 6.015.0m，有地面常温下的辐射波长、热感，也称为热红外线。 超红外线： 15.01000m，多被大气吸收，遥感一般不能探测。 在红外线的区分、BACK、17、太阳辐射(1)、P34、图2.20、Tobecontinued、地面太阳辐射、波长(nm )、大气上界太阳辐射、海面太阳辐射、太阳光谱辐射、18、太阳辐射(2)、BACK、19、可见光和近红外频带中，地表物体本身的辐射大致等于零地物产生的光谱主要以反射太阳辐射为主。 太阳辐射到达地面后，物体除了有反射作用外，还有吸收电磁辐射的作用。 电磁辐射被吸收而未被反射的剩馀部分是透过的部分，到达地面的太阳辐射能量=反射能量吸收能量透过能量一般来说，大部分物体对可见光不具有透过能力，但有些物体像水一样，对一定波长的电磁波透过能力强， 特别是对于0.450.56m的蓝绿色带域，普通水体的渗透深度可达到1020m，清澈的水体可达到100m的深度。 对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5cm的电磁波具有透过能力，超声波的透过能力强的话，就能透过地面的岩石和土壤。 地物频谱特征，BACK，20，大气结构，从地面到大气上界，大气结构层次对流层：高712km，温度随高度降低，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。 平流层：高度为1250km，底部为同温层(航空遥感活动层)，同温层以上，由于臭氧层对紫外线的强烈吸收，温度上升。 电离层：高度501000km，大气中O2、N2用紫外线电离，对遥感带透明，是地面卫星的活动空间。 大气外层： 80035000km，空气极稀薄，对卫星几乎没有影响。 大气主要由气体分子、浮游粒子、水蒸气、水滴等构成。 气体： N2、O2、H2O、CO2、CO、CH4、O3浮游粒子：尘埃、大气成分、BACK、22，大气的吸收作用：大气中的各种成分对太阳辐射选择性地吸收，形成太阳辐射的大气吸收带(下述表)。 大气的吸收作用、BACK、23、大气的散射作用与吸收作用不同，只是改变传播方向，不能向内改变。 大气散射是太阳辐射衰减的主要原因。 对于遥感图像，传感器所接收的数据的质量降低，图像变得模糊。 散射主要发生在可见光区域。 在大气中产生的散射主要是瑞利散射： d，24，大气窗，概念：由于大气的反射，散射和吸收作用，太阳辐射的各波段衰减的作用程度不同，所以各波段的透射率也不同。 大气的衰减作用弱，透过率高的波段称为大气窗。 BACK，25，微波波段分区，BACK，26，植物光谱曲线，返回，植物进行光合作用，各种绿色植物具有相似的反射光谱特性，在可见光波段0.55m (绿色光)附近有反射率为10%20%的峰，两侧为0.45m (蓝)和0 其特点是叶绿素的影响，叶绿素对蓝光和红光的吸收作用强，对绿色的反射作用强。近红外波段0.8m1.0m之间有反射陡坡，1.1m附近有峰值，形成了植被的独特特征。 这是因为植被叶的细胞结构的影响，除了吸收和透过的部分，形成了很高的反射率。 在中红外区域(1.32.5m )受绿色植物含水量的影响，吸收率增大，反射率大大降低，特别是以1.45m、1.95m和2.7m为中心，水的吸收带形成了谷. 在不同光谱段的遥感图像中，土壤的亮度差异不明显，因为、返回到土壤的光谱曲线具有相对光滑的特征。28、水体的光谱曲线，返回、水体的反射主要为蓝绿色波段，其他波段吸收强，特别是近红外波段时，吸收进一步增强(右图)。 因此，在遥感影像中，特别是在近红外影像中，水体通常呈现黑色。 水中含有砂土时，砂土散射会增加可见光区域的反射率，峰值出现在黄红区。 水中含有叶绿素时，近红外区明显上升，这些成为