遥感理论基础

遥感理论基础第1页，课件共60页，创作于2023年2月辐射基本概念辐射传输方程第2页，课件共60页，创作于2023年2月一、基本概念电磁辐射是以电磁波方式传播的能量。波长波数频率波速第3页，课件共60页，创作于2023年2月立体角单位：球面度(sr)第4页，课件共60页，创作于2023年2月第5页，课件共60页，创作于2023年2月辐射能：Q，以辐射形式发射、传播或接收的能量，单位：J辐射通量：=dQ/dt

，单位：W辐射通量密度：单位时间、离开（或照射到）单位面积上的能量通量。包括：辐出度、辐照度

F=d/dA=d2Q/(dAdt)，单位：Wm-2辐射亮度（比强度）：与能量传播垂直的单位面积上、单位时间、单位球面度所通过的能量。

I=d3Q/(cosdAdtd)，单位：(Wsr-1m-2)

第6页，课件共60页，创作于2023年2月辐射通量密度和辐射亮度各向同性辐射F第7页，课件共60页，创作于2023年2月单色（分光、谱）辐射辐射通量密度：其它：分光辐射亮度：积分辐射出射度（总辐射）其它如：积分辐射亮度等第8页，课件共60页，创作于2023年2月辐射光谱曲线F(或其它辐射量)随变化的曲线太阳辐射光谱曲线第9页，课件共60页，创作于2023年2月温度T探测辐射小孔局地热力学平衡物质系统：能级满足玻尔茨曼统计分布，靠频繁碰撞辐射系统：满足普朗克函数第10页，课件共60页，创作于2023年2月黑体辐射基本定律1879年，斯蒂芬—波耳兹曼定律：黑体总辐射与其绝对温度的4次方成正比。1893年，维恩位移定律：黑体最大辐射波长与其绝对温度成反比。1900年，普朗克黑体辐射定律：普朗克公式第11页，课件共60页，创作于2023年2月太阳辐射地球长波辐射第12页，课件共60页，创作于2023年2月亮度温度（等效黑体温度）瑞利-金斯近似，微波波段第13页，课件共60页，创作于2023年2月能量通量通量密度单色通量密度卫星观测的亮度普朗克函数亮度温度从地球大气辐射能到卫星观测的亮度温度第14页，课件共60页，创作于2023年2月F=FA+FR+FT

吸收率：

=FA/F

反射率：=FR/F

透射率：

=FT/F

比辐射率：=FE/FB(FE

为物质向外辐射，FB为黑体辐射，由基尔霍夫定律=A)

++=1或++

=1能量守衡。后者说明发射、反射和透射处于热力平衡。吸收、反射和透射率第15页，课件共60页，创作于2023年2月1Lambert（朗伯）源/余弦发射体在各向同性辐射情况下，辐射亮度I大小与方向无关（向所有方向以同一辐射亮度发射辐射的物体）辐射源第16页，课件共60页，创作于2023年2月2点源

理想的情况，源向四周均匀发射，发射功率为，则在以点源为中心、半径

r的球表面上的辐照度第17页，课件共60页，创作于2023年2月在离点辐射源距离相当大并且在讨论相对比较小范围中的问题时，可以把由点源发出的辐射当作平行辐射或平行光（太阳直接辐射）来处理。太阳直接辐射第18页，课件共60页，创作于2023年2月平行辐射的辐射亮度第19页，课件共60页，创作于2023年2月第20页，课件共60页，创作于2023年2月3面辐射源它可以向2立体角中发射辐射能，涉及空间积分。第21页，课件共60页，创作于2023年2月反射体镜面反射体朗伯反射体第22页，课件共60页，创作于2023年2月双向反射率函数（BDRF）第23页，课件共60页，创作于2023年2月注意：反照率的单色特性或积分特性太阳辐射波段积分的反照率（%）裸土10―25沙地，沙漠25―40草地15―25森林10―20雪地(干燥、干净)75―95雪地(湿和/或脏)25―75海洋表面(太阳离地平线＞25)＜10海洋表面(低太阳角度)10―70第24页，课件共60页，创作于2023年2月ReflectanceofCloudsandSnowintheWavelengthInterval0.4-2.5mm第25页，课件共60页，创作于2023年2月吸收和发射过程第26页，课件共60页，创作于2023年2月吸收削弱吸收截面a分子所吸收的辐射通量，等于入射辐射的辐照度与之乘积

体积吸收系数单位体积中各个粒子的吸收截面之和

质量吸收系数单位质量介质中各个粒子的吸收截面之和

第27页，课件共60页，创作于2023年2月指数削弱规律第28页，课件共60页，创作于2023年2月光学厚度光学质量单色透过率第29页，课件共60页，创作于2023年2月大气吸收光谱第30页，课件共60页，创作于2023年2月第31页，课件共60页，创作于2023年2月第32页，课件共60页，创作于2023年2月6321.671.211.35cm波长/mm第33页，课件共60页，创作于2023年2月Spectralregionsusedforremotesensingoftheearthatmosphereandsurfacefromsatellites.indicatesemissivity,qdenoteswatervapour,andTrepresentstemperature.第34页，课件共60页，创作于2023年2月散射过程

位于电磁波路径上的粒子，通过这种过程从入射波中连续地提取能量，并且将此能量向各方向重新辐射出去。粒子可以当做散射能量的点源。

粒子：气体分子、悬浮尘埃、云滴、雨滴、冰粒和雪花等第35页，课件共60页，创作于2023年2月散射分类和参数尺度数r：粒子半径：辐射波长第36页，课件共60页，创作于2023年2月散射图像：方向性图瑞利散射米散射第37页，课件共60页，创作于2023年2月描述参数散射函数第38页，课件共60页，创作于2023年2月散射截面散射效率消光截面消光效率单散射反照率第39页，课件共60页，创作于2023年2月体积散射系数、质量散射系数、指数削弱规律消光（削弱、衰减）=散射+吸收第40页，课件共60页，创作于2023年2月相函数P(,)某一方向散射辐射与平均散射辐射的比值瑞利散射米散射第41页，课件共60页，创作于2023年2月二、辐射传输方程一般形式：4个过程A.辐射束被介质吸收；B.介质发射辐射；C.辐射从射束内被散射到其他方向；D.辐射从其他方向散射到传输方向损耗项depletion源项source第42页，课件共60页，创作于2023年2月单次散射传输方程传输路径吸收、散射衰减各个方向的散射辐射进入传输路径造成的辐射增加12第43页，课件共60页，创作于2023年2月

辐射从其他方向散射到传输方向传输方向第44页，课件共60页，创作于2023年2月散射到所有方向上的辐射为从散射到传输路经方向单位立体角内的概率第45页，课件共60页，创作于2023年2月传输路经上单位面积/立体角的辐射为空间所有方向射向方向的亮度为第46页，课件共60页，创作于2023年2月单散射反照率削弱+散射微分方程第47页，课件共60页，创作于2023年2月太阳直接辐射的一次散射第48页，课件共60页，创作于2023年2月第49页，课件共60页，创作于2023年2月积分第50页，课件共60页，创作于2023年2月到达上界的辐射亮度I(0)为关心散射辐射，扣除直接辐射一次散射（吸收

+一次散射）的传输方程第51页，课件共60页，创作于2023年2月卫星探测气溶胶的基础第52页，课件共60页，创作于2023年2月直射太阳光的衰减探测高层气温、痕量气体地面遥感臭氧、污染物卫星开始h=350km，随太阳卫星下沉，直到日落太阳掩星法第53页，课件共60页，创作于2023年2月R表示以分子O2和N2为主的瑞利分子散射a表示气溶胶的吸收和散射g表示均匀混合气体（主要是CO2和O2）吸收NO2表示以二氧化氮为主的城市污染物的吸收v水汽吸收O3臭氧吸收第54页，课件共60页，创作于2023年2月红外波段辐射传输方程不考虑散射C、D项，只考虑A、B项A项：ds气层吸收率：B项：气层发射第55页，课