第二部分土壤侵蚀遥感基础知识

1、水土流失的遥感监测水土流失的遥感监测报告人：杨胜天报告人：杨胜天北京师范大学地理学与遥感科学学院杨胜天：杨胜天：北京北京师范大学地理学与遥感科学学北京北京师范大学地理学与遥感科学学院院100875电话：电话办）办）E-mail: Yhttp:/EcoHAT第一部分：遥感概述第一部分：遥感概述遥感的定义遥感的定义 遥感一词来自英语遥感一词来自英语 Remote Sensing，即即“遥远遥远的感知的感知”。 广义理解，泛指一切无接触的远距离探测，包广义理解，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等

2、的探测。等的探测。 狭义的理解，遥感是应用探测仪器，不与探测狭义的理解，遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的目标相接触，从远处把目标的电磁波特性电磁波特性记录记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。变化的综合性探测技术。 遥感的构成遥感的构成遥感系统遥感系统 根据遥感的定义，遥感系统包括：根据遥感的定义，遥感系统包括：被测被测目标的信息特征目标的信息特征、信息的获取信息的获取、信息的信息的传输与记录传输与记录、信息的处理信息的处理和和信息的应用信息的应用五大部分五大部分 遥感的类型遥感的类型 (1)按遥感平台按

3、遥感平台地面遥感：地面遥感：传感器设置在地面平台上，如车载、传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；船载、手提、固定或活动高架平台等；航空遥感：航空遥感：传感器设置于航空器上，主要是飞机、传感器设置于航空器上，主要是飞机、汽球等；汽球等；航天遥感：航天遥感：传感器设置于环地球的航天器上，如传感器设置于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空人造地球卫星、航天飞机、空 间站、火箭等；间站、火箭等；航宇遥感：航宇遥感：传感器设置于星际飞船上，指对地月传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测。系统外的目标的探测。 (2) 按传感器的探测波动按传感器的探测波动

4、紫外遥感：紫外遥感：探测波段在探测波段在0.050.38 之间；之间；可见光遥感：可见光遥感：探测波段在探测波段在0.380.76 之间；之间；红外遥感：红外遥感：探测波段在探测波段在0.761000 之间；之间；微波遥感：微波遥感：探测波段在探测波段在 lmm10 m之间；之间；多波段遥感：多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。标。高光谱遥感：高光谱遥感：指探测波段在可见光波段和红指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干连续窄波段来探外波段范围内，再分成若干连续窄波段来探测目标

5、。测目标。(3) 按工作方式按工作方式主动遥感和被动遥感：主动遥感和被动遥感：主动遥感由探测器主动遥感由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号；被动遥感的传感器不向目标发射散射信号；被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。自然辐射源的反射能量。成像遥感与非成像遥感：成像遥感与非成像遥感：前者传感器接前者传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成数字或模拟收的目标电磁辐射信号可转换成数字或模拟图像；后者传感器接收的目标电磁辐射信号图像；后者传感器接收的目标电磁辐射信

6、号不能形成图像。不能形成图像。 （4）按遥感的应用领域）按遥感的应用领域从大的研究领域可分为外层空间遥感、大从大的研究领域可分为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等；从具气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等；从具体应用领域可分为资源遥感、环境遥感、体应用领域可分为资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感人象遥感、水文遥感、城市遥感、工程感人象遥感、水文遥感、城市遥感、工程遥感及灾害遥感、军事遥感等，还可以划遥感及灾害遥感、军事遥感等，还可以划分为更细的研究对象进行各种专题应用。分为更细的研究对象进行各种专题应用。作为对地观测系统，遥感与

7、常作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有特点规手段相比有特点:同步性同步性时效性时效性综合性综合性经济型经济型 遥感的发展简史：遥感的发展简史：空间时代始于空间时代始于 1957 1957年；年；6060年代早期，第一颗气象卫星发射成功，预报年代早期，第一颗气象卫星发射成功，预报3-53-5的天气状况；的天气状况； 阿波罗飞船上天后更激起人们对环境的重视；阿波罗飞船上天后更激起人们对环境的重视；7070年代早期，年代早期， 遥感广泛用于土地覆盖状况的制图。遥感广泛用于土地覆盖状况的制图。LandsatLandsat陆地卫星陆地卫星是研究土地利用是研究土地利用/ /土地覆盖变化的基本工具；土地覆

8、盖变化的基本工具；8080年代，基于卫星遥感的辐射平衡实验是地球能量平衡的第一个模型；年代，基于卫星遥感的辐射平衡实验是地球能量平衡的第一个模型；7070年代和年代和8080年代，臭氧光谱仪开始对臭氧聚集和分布的年变化进行全年代，臭氧光谱仪开始对臭氧聚集和分布的年变化进行全球监测；球监测；9090年代证实臭氧层破坏是由与工业有关的化合物引起；年代证实臭氧层破坏是由与工业有关的化合物引起；9090年代早期，第一张全球海洋环流图开始模拟厄尔尼诺年代早期，第一张全球海洋环流图开始模拟厄尔尼诺/ /拉尼娜的形成拉尼娜的形成和消失，天气预报延长到和消失，天气预报延长到12-1812-18个月；个月；90

9、90年代末，年代末，SeaWiFSSeaWiFS 观测到观测到“彩色海洋彩色海洋”（由于浮游植物聚集而形成）（由于浮游植物聚集而形成）人们逐渐认识到海洋吸收人们逐渐认识到海洋吸收COCO2 2的功能；的功能；热带雨林测量计划第一次得到全球热带地区观测数据；热带雨林测量计划第一次得到全球热带地区观测数据；理解气候变化的关键在于地表、大气、海洋、冰川及地球内部的相互理解气候变化的关键在于地表、大气、海洋、冰川及地球内部的相互作用；作用；2121世纪，进入地球观测的新时代。世纪，进入地球观测的新时代。反应反应外力作用外力作用反馈反馈Impacts 地球系统地球系统地球将会如何变化？地球将会如何变化？

10、这种变化将会对人类带来什么影响？这种变化将会对人类带来什么影响？This slide is adopted from NASA ESE File我们想知道我们想知道. .问题：问题：地球系统是如何变化的？地球系统是如何变化的？地球系统变化的主要驱动力是什么？地球系统变化的主要驱动力是什么？地球系统将如何响应自然和人类活动引起的地球系统将如何响应自然和人类活动引起的变化？变化？人类工业化对地球系统将造成何种影响？人类工业化对地球系统将造成何种影响？人类能预测地球系统的变化吗？人类能预测地球系统的变化吗？ 更好地理解地球系统及其对自然更好地理解地球系统及其对自然和人类活动的反应，从而提高人类和人类

11、活动的反应，从而提高人类对气候、天气、自然灾害的预测。对气候、天气、自然灾害的预测。 地球系统是如何地球系统是如何变化变化的？的？全球降雨、蒸散、水循环是如何变化的？全球降雨、蒸散、水循环是如何变化的？全球海洋循环的年内、年际变化情况如全球海洋循环的年内、年际变化情况如何？何？平流层的臭氧是如何变化的？平流层的臭氧是如何变化的？地球冰盖是如何变化的？地球冰盖是如何变化的？ 地球系统变化的主要地球系统变化的主要驱动力驱动力是什么？是什么？大气成分和太阳辐射中是什么趋势在影响大气成分和太阳辐射中是什么趋势在影响全球气候变化？全球气候变化？土地利用土地利用/ /土地覆盖在发生什么变化，引土地覆盖在发

12、生什么变化，引起这些变化的原因是什么？起这些变化的原因是什么？地表是如何变化的？如何预测其未来变化？地表是如何变化的？如何预测其未来变化？ 地球系统将如何地球系统将如何响应响应自然和人类活自然和人类活动引起的变化？动引起的变化？云和地表水文过程对气候变化有哪些影云和地表水文过程对气候变化有哪些影响？响？生态系统如何响应并反过来影响全球环生态系统如何响应并反过来影响全球环境变化和碳循环？境变化和碳循环？气候变化将如何影响全球海洋循环？气候变化将如何影响全球海洋循环？区域污染对全球大气有何影响？化学物区域污染对全球大气有何影响？化学物质和气候变化对区域空气质量又有何影响？质和气候变化对区域空气质量

13、又有何影响？ 人类工业化对地球系统将造成何种人类工业化对地球系统将造成何种影响影响？在全球气候变化条件下，区域天气、降雨、在全球气候变化条件下，区域天气、降雨、水资源将如何变化？水资源将如何变化？土地利用土地利用/ /土地覆盖的变化将对生态系统土地覆盖的变化将对生态系统的可持续发展和生产力有何影响？的可持续发展和生产力有何影响？气候、海洋变化和日益增多的人类活动将气候、海洋变化和日益增多的人类活动将对海岸带产生什么影响？对海岸带产生什么影响？ 人类能人类能预测预测地球系统未来的变化吗？地球系统未来的变化吗？在空间观测时代，海量数据和建模技术能在空间观测时代，海量数据和建模技术能否提高天气预报的

14、预测时间和可靠性？否提高天气预报的预测时间和可靠性？如何预测突然性的气候变化？如何预测突然性的气候变化？如何预测气候的长期变化趋势？如何预测气候的长期变化趋势？如何预测大气化学成分对臭氧和气候的影如何预测大气化学成分对臭氧和气候的影响？响？如何通过地球系统建立碳循环模型？能否如何通过地球系统建立碳循环模型？能否准确预测大气中二氧化碳和甲烷的聚集量？准确预测大气中二氧化碳和甲烷的聚集量？遥感遥感: : 是工具还是科学？是工具还是科学？三个热点问题：三个热点问题： 大气中二氧化碳含量的增加大气中二氧化碳含量的增加 大气中氮化物含量的增加大气中氮化物含量的增加 土地利用土地利用/ /土地覆盖的变化土

15、地覆盖的变化第二部分遥感基础知识第二部分遥感基础知识 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。不同物体具有各自的电磁辐射特性，才有可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。光波、热辐射、微波、无线电波等光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发出的电磁振荡在空间的传都是由振源发出的电磁振荡在空间的传播，这些波叫做播，这些波叫做电磁波电磁波。 光波、热辐射、微波、无线电波等光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发出的电磁振荡在空间都是由振源发出的电磁振荡在空间的传播，这些波叫做的传播，这些波叫做电磁波电磁波。 电磁能量的传递过程（包括辐射、电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射等）称

16、为吸收、反射和透射等）称为电磁辐电磁辐射射 遥感常用的各光谱段 紫外线：波长范围为0.010.4。太阳辐射含有紫外线通过大气层时，波长小于0.3的紫外线几乎都被吸收，只有0.3一0.4波长的紫外线部分能穿过大气层到达地面，且能量很少。紫外波段在遥感中应用比其它波段晚，目前，主要用于探测碳酸盐岩分布。 可见光：可见光在电磁波谱中，只占一个狭窄的区间，波长范围0.4一0.76，它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色光组成。可见光是遥感中最常用的波段。 红外线：红外线波长范围为0.761000，为了实际应用方便，又将其划分为：近红外（0.763.0），中红外（3.06.0），远红外（6.015.0）和超远

17、红外（15一1000）。 微波：微波的波长范围lmmlm。微波又可分为：毫米波、厘米波和分米波。微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。因此，微波在遥感技术中是一个很有发展潜力的遥感波段。 太阳辐射太阳辐射 地球的电磁辐射地球的电磁辐射 地物的光谱特性 电磁波辐射到任何一个物体上均会产生电磁波辐射到任何一个物体上均会产生三个分量，即反射、吸收和透射三个分量，即反射、吸收和透射。三分。三分量之和等于人射电磁波的总能量，但三量之和等于人射电磁波的总能量，但三分量各占多少则取决于物体的性质。衡分量各占多少则取决于物体的性质。衡量物体的反射、吸收和透射能力通常采量物体

18、的反射、吸收和透射能力通常采用用反射率、吸收率及透射率反射率、吸收率及透射率。反射率：即指物体反射电磁波的能量与入射电磁波的总能量之比： =反射能量入射总能量 透射率：它反映物体对外来电磁波的透射能力，定义为物体透射电磁波的能量与入射总能量之比： 透射能量入射总能量 吸收率：它反映物体对外来电磁波的透射能力，定义为物体透射电磁波的能量与入射总能量之比：吸收能量入射总能量， （1）反射率和亮度系数）反射率和亮度系数地物反射率的大小，与人射光的波长、人射角的大小以及地物表面颜色和粗糙度等有关。一般来说，反射人射光能力强的地物，反射率大，传感器记录的亮度值就大，在相片上呈现的色调就浅；反之则深。这些色调的差异是目视解译的重要标志。亮度系数是指在相同光照条件下，物体的亮度值与标准反射面（常为硫酸钡板）的亮度值的比值，常用百分数表示。 （2）镜面反射与漫反射）镜面反射与漫反射物体表面是光滑的还是粗糙，这取决于人射电磁波的波长与物体表面粗糙度之比，即为物体表面的粗糙度（h）是人射电磁波波长的函数。 地物的反射光谱曲线地物的反射光谱曲线 地物的反射率随人射波长变化的地物的反射率随人射波长变化的规律，叫做规律，叫做反射光谱反射光谱。按地物反射率。按地物反射率与波长之间关系绘制曲线图（横坐标与波长之间关系绘制曲线图（横坐标为波长值，纵坐标为反射率）称为为波长值，纵坐标为反射率）称为地地物反射光