遥感物理基础大气对电磁波的影响

1、第二章 遥感物理基础 Physical basis of remote sensing 2.1 电磁波与电磁波谱(Electromagnetic wave and the electromagnetic spectrum) 2.2 物体电磁波发射特性(Electromagnetic emission characteristics of the object) 2.3 地物的电磁波反射特性(Electromagnetic wave reflection characteristics of the ground object) 2.4 大气对电磁波传输的影响(Atmospheric effec

2、ts on electromagnetic wave transmission)2.1电磁波谱的构成复习：复习：2.2物体电磁波发射特性(Electromagnetic emission characteristics of the object) 电磁波谱遥感应用的波段及其特点？2.3 地物的电磁波反射特性(Electromagnetic wave reflection characteristics of the ground object) 1地物的反射类型地物的反射类型 镜面反射、漫反射和镜面反射、漫反射和方向方向反射反射 2反射率反射率与反射光谱？与反射光谱？ 3不透明不透明地物发射

3、率与反射率关系地物发射率与反射率关系？ 4不同地物的反射波谱特征不同地物的反射波谱特征？ 植被植被、土壤土壤、水体水体、岩石岩石、城市地物、城市地物 5影响地物光谱反射率变化的主要因素影响地物光谱反射率变化的主要因素？ 6地物波谱特性的测量？地物波谱特性的测量？1 实际地物的反射？E100%E100%反射波谱？反射波谱？光谱反射率？光谱反射率？植被的反射波谱曲线特征？不同土壤的反射波谱曲线水体的反射波谱曲线岩石的反射波谱曲线城市地物光谱特征城市地物光谱特征 也称人工（造）地物也称人工（造）地物5 影响地物光谱反射率变化的主要因素双向反射率分布函数 BRDF:Bi- directional Re

4、flectance Distribution Function？p28(,)(,)(,)rrrriiiidMdE 6 光谱测量原理？双向反射率因子Bi-directional Reflectance Factor(BRF)？( )( )( )( )SSIRI ( )( )( )( )( )SSSIRI 野外垂直测量( )( )( )( )SSII 遥感过程6.接收接收7. 遥感图像处理遥感图像处理与信息提取与信息提取8.应用应用2.大气传播大气传播5.平台、平台、传感器传感器1.能源能源3.地表发射地表发射与反射与反射4.大气传播大气传播第二章 遥感物理基础 Physical basis of

5、 remote sensing2.4 大气对电磁波传输的影响大气对电磁波传输的影响1 大气成分(Atmospheric composition)大气成分(Atmospheric composition)2 大气结构（structure of the atmosphere）对流层对流层Troposphere：大气的最低层，：大气的最低层，自地面到自地面到 818km，平均平均12km。 特点特点剧烈的垂直对流运动，气温剧烈的垂直对流运动，气温随高度的升高而降低（随高度的升高而降低（-0.6/100m），），为什么？为什么？空气密度大，水汽含量不固定，空气密度大，水汽含量不固定，1.2-3km云分

6、布，尘烟多。云分布，尘烟多。该层大气吸收、散射引起电磁衰减，该层大气吸收、散射引起电磁衰减，是电磁波传输的主要研究内容。是电磁波传输的主要研究内容。平流层平流层Stratosphere ：从：从对流层顶到对流层顶到 55km 高度为高度为平流层。平流层。 特点特点气流以水平运气流以水平运动为主，气温随高度的升动为主，气温随高度的升高不变或微升高不变或微升（？），（？），大大气透明度良好。大气平稳，气透明度良好。大气平稳，天晴气朗。天晴气朗。25-30 km：臭氧层：臭氧层2 大气结构（structure of the atmosphere）中间层中间层Mesosphere ：从平流层：从平流层

7、顶到顶到 80km 高度。高度。特点特点温度随高度升高迅速温度随高度升高迅速降低（因为没有臭氧吸收太阳降低（因为没有臭氧吸收太阳紫外辐射，而氮、氧能吸收的紫外辐射，而氮、氧能吸收的太阳短波辐射又大部分被上层太阳短波辐射又大部分被上层的大气吸收了）；的大气吸收了）；存在强烈的垂直对流，所以该存在强烈的垂直对流，所以该层又称为高空对流层。层又称为高空对流层。2 大气结构（structure of the atmosphere）热层热层Thermosphere ：从：从中间层顶到中间层顶到 800km 高空。高空。特点：空气稀薄，以氧特点：空气稀薄，以氧原子为主；原子为主；温度因大气强烈吸收太温度因

8、大气强烈吸收太阳紫外辐射而随高度上阳紫外辐射而随高度上升迅速升高；升迅速升高；高度电离。它能够反射高度电离。它能够反射无线电波，利于通讯；无线电波，利于通讯；常常出现极光。常常出现极光。 2 大气结构（structure of the atmosphere）外层Exosphere ：电离层顶以上的大气，是地球大气向星际空间过度的层次。特点：空气极其稀薄；气温很高，而且随高度升高；地球引力小，高速运动的分子可逃逸至宇宙空间。2 大气结构（structure of the atmosphere）大气的垂直分布3 大气对电磁辐射的影响散射吸收大气对不同波段的影响3大气对电磁辐射的影响：大气吸收大气吸

9、收Absorption 氧气（氧气（O 2 ）臭氧臭氧(O 3 ) 二氧化碳二氧化碳(CO 2 ) 水汽水汽Water vapor3大气对电磁辐射的影响：大气散射Scattering 大气散射大气散射: 辐射在传播过程中遇到小微粒辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个而使传播方向改变，并向各个方向散开。方向散开。 散射对遥感数据的影响散射对遥感数据的影响 对反射辐射成分的改变对反射辐射成分的改变 改变传感器所接受的电磁波信改变传感器所接受的电磁波信息息 大气散射集中于太阳辐射能大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区。量较强的可见光区。散射类型散射类型散射的方式随电磁波长与大气分

10、子直径、气溶胶微粒大小之间的相对关系而变，主要有： 1)瑞利(Rayleigh)散射 2)米氏(Mie)散射 3)非选择(Non-selective)散射瑞利散射Rayleigh scattering4IR散射：朝霞散射：夕阳红米氏散射Mie scattering2IR无选择性散射Non-selective scatteringR3大气对电磁辐射的影响：大气折射Refraction1 2 3 Optically less dense atmosphere Optically more dense atmosphere Optically less dense atmosphere Path o

11、f energy in homogeneous atmosphere 3 n n 1 = index of refraction for this layer of the atmosphere n 2 Incident radiant energy Normal to the surface Path of radiant energy affected by atmospheric refraction Atmospheric Refraction 折射与两小儿辩日？解释3 大气对电磁辐射的影响：大气反射 Reflection 电磁波传播过程中通过两种介质的交界面上时，还电磁波传播过程中通

12、过两种介质的交界面上时，还会出现反射现象，这种反射同样满足反射定律。会出现反射现象，这种反射同样满足反射定律。 通过大气时，气体、尘埃反射作用很小。反射现象通过大气时，气体、尘埃反射作用很小。反射现象主要发生在云层顶部，取决于云量和雾量，而且各主要发生在云层顶部，取决于云量和雾量，而且各个波段均受到不同程度的影响，严重地削弱了电磁个波段均受到不同程度的影响，严重地削弱了电磁波强度。波强度。 因此，如果不是专门研究云层，尽量选择无云的天因此，如果不是专门研究云层，尽量选择无云的天气接收遥感信号，则不用考虑大气的反射。气接收遥感信号，则不用考虑大气的反射。Date Acquired：1999/09

13、/104 大气窗口Atmospheric window ？ 读P11-12大气窗口波段透射率透射率/%应用举例紫外可见光近红外0.30.4m0.40.7m0.71.15m709580TM1-4、SPOT的HRV近红外1.32.5m6095TM5、TM7中红外3.55.0m6070NOAA的AVHRR热红外814m80TM6微波1.01.8mm25mm101000mm35405070100Radarsat大气窗口Aster与ETM+波段设置Aster为什么不设蓝波段？考虑大气散射损失ETM波段设置LDCM增设1和9波段，Why？5 辐射传输方程(Radiation transfer equati

14、on)Solar irradiance Reflectance from study area,Various Paths of Satellite Received RadianceD iffuse sky irradiance Total radiance at the sensorL L L Reflectance from neighboring area,123Remote sensor detectorA tmosphere541,3,5EL900Tv T 00 vpTSInrrEd1 ） 地物反射太阳辐射Solar irradiance Reflectance from stud

15、y area,Various Paths of Satellite Received RadianceD iffuse sky irradiance Total radiance at the sensorL L L Reflectance from neighboring area,123Remote sensor detectorA tmosphere541,3,5EL900Tv T 00 vpTSInrrEd1 ） 地物反射太阳辐射Solar irradiance Reflectance from study area,Various Paths of Satellite Receive

16、d RadianceD iffuse sky irradiance Total radiance at the sensorL L L Reflectance from neighboring area,123Remote sensor detectorA tmosphere541,3,5EL900Tv T 00 vpTSInrrEd1 ） 地物反射太阳辐射Solar irradiance Reflectance from study area,Various Paths of Satellite Received RadianceD iffuse sky irradiance Total r

17、adiance at the sensorL L L Reflectance from neighboring area,123Remote sensor detectorA tmosphere541,3,5EL900Tv T 00 vpTSInrrEd程辐射程辐射1 ） 地物反射太阳辐射Solar irradiance Reflectance from study area,Various Paths of Satellite Received RadianceD iffuse sky irradiance Total radiance at the sensorL L L Reflecta

18、nce from neighboring area,123Remote sensor detectorA tmosphere541,3,5EL900Tv T 00 vpTSInrrEd1 ） 地物反射太阳辐射Solar irradiance Reflectance from study area,Various Paths of Satellite Received RadianceD iffuse sky irradiance Total radiance at the sensorL L L Reflectance from neighboring area,123Remote sensor detectorA tmosphere541,3,5EL900Tv T 00 vpTSInrrEd地物反射太阳辐射secTe21,1(cos)T