大气和环境对遥感的影响课件

大氣和環境對遙感的影響大氣的成分和結構大氣對太陽輻射的影響大氣窗口環境對地物光譜特性的影響一、大氣的成分大氣的傳輸特性：大氣對電磁波的吸收、散射和透射的特性。這種特性與波長和大氣的成分有關。大氣的成分：多種氣體、固態和液態懸浮的微粒混合組成的。大氣物質與太陽輻射相互作用，是太陽輻射衰減的重要原因。二、大氣的結構大氣的垂直分層：對流層、平流層、中氣層、熱層和大氣外層。對流層：航空遙感活動區。遙感側重研究電磁波在該層內的傳輸特性。平流層：較為微弱。中氣層：溫度隨高度增加而遞減。熱層：增溫層。電離層。衛星的運行空間。大氣外層：1000公里以外的星際空間。三、大氣對太陽輻射的影響太陽輻射的衰減過程：30%被雲層反射回；17%被大氣吸收；22%被大氣散射；31%到達地面。（圖2-3）大氣的透射率公式：透射率與路程、大氣的吸收、散射有關。（一）大氣的吸收作用氧氣：小於0.2

μm；0.155為峰值。高空遙感很少使用紫外波段的原因。臭氧：數量極少，但吸收很強。兩個吸收帶；對航空遙感影響不大。水：吸收太陽輻射能量最強的介質。到處都是吸收帶。主要的吸收帶處在紅外和可見光的紅光部分。因此，水對紅外遙感有極大的影響。二氧化碳：量少；吸收作用主要在紅外區內。可以忽略不計。AbsorptionIncontrasttoscatter,atmosphericabsorptionresultsintheeffectivelossofenergytoatmosphericconstituents.Thisnormallyinvolvesabsorptionofenergyatagivenwavelength.Themostefficientabsorbersofsolarradiationinthisregardare:WaterVapourCarbonDioxideOzoneAbsorptionofEMenergybytheatmosphere（二）大氣的散射作用

散射作用：太陽輻射在長波過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，並向各個方向散開。改變了電磁波的傳播方向；干擾感測器的接收；降低了遙感數據的品質、影像模糊，影響判讀。大氣散射集中在太陽輻射能量最強的可見光區。因此，散射是太陽輻射衰減的主要原因。ScatteringAtmosphericscatteringistheunpredictablediffusionofradiationbyparticlesintheatmosphere.Threetypesofscatteringcanbedistinguished,dependingontherelationshipbetweenthediameterofthescatteringparticle(a)andthewavelengthoftheradiation(

).ScatteringofEMenergybytheatmosphereRayleighScattera<

Rayleighscatteriscommonwhenradiationinteractswithatmosphericmolecules(gasmolecules)andothertinyparticles(aerosols)thataremuchsmallerindiameterthatthewavelengthoftheinteractingradiation.TheeffectofRayleighscatterisinverselyproportionaltothefourthpowerofthewavelength.Asaresult,shortwavelengthsaremorelikelytobescatteredthanlongwavelengths.Rayleighscatterisoneoftheprincipalcausesofhazeinimagery.Visuallyhazediminishesthecrispnessorcontrastofanimage.RelationshipbetweenpathlengthofEMradiationandthelevelofatmosphericscatterMieScattera<=>

Miescatterexistswhentheatmosphericparticlediameterisessentiallyequaltotheenergywavelengthsbeingsensed.WatervapouranddustparticlesaremajorcausesofMiescatter.ThistypeofscattertendstoinfluencelongerwavelengthsthanRayleighscatter.AlthoughRayleighscattertendstodominateundermostatmosphericconditions,Mie

scatterissignificantinslightlyovercastones.Non-selectivescattera>

Non-selectivescatterismoreofaproblem,andoccurswhenthediameteroftheparticlescausingscatteraremuchlargerthanthewavelengthsbeingsensed.Waterdroplets,thatcommonlyhavediametersofbetween5and100mm,cancausesuchscatter,andcanaffectallvisibleandnear-to-mid-IRwavelengthsequally.Consequently,thisscatteringis“non-selective”withrespecttowavelength.Inthevisiblewavelengths,equalquantitiesofbluegreenandredlightarescattered.Non-SelectivescatterofEMradiationbyacloud三種散射作用瑞利散射：當微粒的直徑比輻射波長小得多時，此時的散射稱為瑞利散射。散射率與波長的四次方成反比，因此，瑞利散射的強度隨著波長變短而迅速增大。紫外線是紅光散射的30倍，0.4微米的藍光是4微米紅外線散射的1萬倍。瑞利散射對可見光的影響較大，對紅外輻射的影響很小，對微波的影響可以不計。多波段中不使用藍紫光的原因：顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波長0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0無雲的晴天，天空為什麼呈現藍色？朝霞和夕陽為什麼都偏橘紅色？米氏散射：當微粒的直徑與輻射波長差不多時的大氣散射。雲、霧的粒子大小與紅外線的波長接近，所以雲霧對對紅外線的米氏散射不可忽視。無選擇性散射：當微粒的直徑比輻射波長大得多時所發生的散射。符合無選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強度相同。水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產生非選擇性散射。雲霧為什麼通常呈現白色？結論

太陽輻射衰減的原因是什麼？在可見光和近紅外波段，大氣最主要的散射作用是什麼？無雲的晴天，天空為什麼呈現藍色？朝霞和夕陽為什麼都偏橘紅色？微波為什麼具有極強的穿透雲層的作用？為什麼在選擇遙感工作波段時，要考慮大氣層的散射和吸收作用？四、大氣窗口1、大氣窗口：通過大氣而較少被反射、吸收或散射的投射率較高的電磁輻射波段。大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據。常見的大氣窗口：AtmosphericWindowsSomesensors,especiallythoseonmeteorologicalsatellites,seektodirectlymeasureabsorptionphenomenasuchasthoseassociatedwithCO2andothergaseousmolecules.NotethattheatmosphereisnearlyopaquetoEMradiationinthemidandfarIRInthemicrowaveregion,bycontrast,mostoftheEMradiationmovesthroughunimpeded-sothatradar