遥感概论2-21

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 遥感物理基础,第二节 太阳辐射和地球辐射,第二节 太阳辐射和地球辐射,太阳辐射,地球辐射,一、太阳辐射,1,、概述,2,、太阳辐射能量组成,3,、太阳辐射在大气中的损耗,4,、太阳辐射与日地距离及天顶角,太阳,是地球环境中，最强大天然电磁辐射源 ，是当前航天、航空可见光及近红外遥感的主要辐射源,是一个表面温度约,5900K,的炽热发光球体。,太阳是地球上除核能外一切有用能量的源泉,地球距太阳,1.5,亿,KM,，太阳辐射能经,500,秒方到达地球，地球仅接收太阳辐射能约二十二亿分之一。,太阳辐射是一种十分复杂的连续电波光谱，从波长,10,-4,或更短的,X,射线延伸到大于,100m,的无线电波，,但辐射能主要集中在,0.31-5.6um,波段内。,太阳辐射与太阳光谱,1.1,太阳电磁辐射强度,用太阳常数表示。,太阳常数,：,在日地距离上（指大气层顶部平均日,地距离处），垂直于太阳入射光线的单位面积上，单位时间内接收到的太阳辐射的总能量,.,太阳常数,=135.3,毫瓦,/,厘米,2,=1352w/m,2,太阳辐射,太阳发射的电磁辐射随波长的分布称为,太阳光谱,。,1.2,太阳辐射能量的组成,1.3,太阳辐射在大气中的损耗,大气层反射：,30%,大气层散射：,22%,大气层吸收：,17%,达到地面：,31%,地球公转轨道为椭圆形；,太阳辐射能（太阳常数）是在平均日地距离的情况下测得，故任一时刻的太阳辐射能需考虑日地距离的变化,大气层外太阳辐照度：,为太阳辐亮度， 为日地距离,1.4,太阳辐射与日地距离及天顶角,太阳辐射与天顶角的关系,地面太阳辐照度与天顶角的关系为：,太阳天顶角,天顶角越小，地面接收的太阳辐射越强（中午）。,太阳常数,在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。,F,0,= 1353(21) W/m,2,(1976, NASA),二、地球辐射,反射辐射,-,短波,大气逆辐射,-,长波,大气出射辐射,-,长波,地面辐射,-,长波，大部分被大气吸收,第三节 电磁波与大气层的相互作用,地球大气层简介,大气与太阳辐射的相互作用,大气窗口,一、地球大气层简介,在太阳发射辐射、地物发射辐射和地物反射辐射的过程中，辐射都与地球大气发生相互作用，因而地球大气对电磁辐射有很大的影响。,地球大气成分,地球大气层结构,地球大气层包围着地球，大气层没有一个,确切的界限，它的厚度一般取,1000,公里。,大气在垂直方向上可分为对流层、平流,层、中间层、电离层（热层）和散逸层。,对流层,:,距地面,12KM,以内 集中了大气质量的,3/4,有垂直运动,平流层,:,距地面,1235KM,无垂直运动，有季节性强风,中间层,:,距地面,3585KM,热 层：,距地面,85800KM,外大气层,:,距地面,800KM,对电磁辐射传输有显著影响的主要是对流层。,二、大气与太阳辐射的相互作用,大气对电磁波传输过程的影响：,吸收、散射及反射作用,可见光波段：引起电磁波衰减的主要原因是分子散射。,紫外、红外与微波区：引起电磁波衰减的主要原因是大气吸收。,2.1,大气的反射,1.,大气对太阳辐射的反射作用主要是,水蒸气,造成的。,2.,影响最大的就是,云。其影响程度与云量和云的厚度有关。,3.,选择无云的天气接收遥感信号。,2.2,大气的吸收,在紫外,微波之间，具明显吸收作用的主要是,O,3,、,O,2,、,CO,2,和,H,2,0,；此外,NO,2,、,CH,4,对电磁辐射也有吸收，多种成份吸收特定波和的电磁波，形成相应的吸收带。,1,氧和臭氧吸收带,2,水汽吸收带,3,二氧化碳吸收带,4,水滴和尘埃,大气对辐射的吸收,大气中不同成分对太阳辐射的吸收谱,氧和臭氧吸收带,氧的吸收带主要在,0.176-0.202um,和,0.242-0.260um,，在,0.69-0.76um,也有一狭小的吸收带。臭氧对,0.3um,以下的短波光能全部吸收。,水汽的吸收,对太阳辐射的吸收作用最为显著，范围很广，但集中在红外波段，其中,0.7-3.0um,波段是强吸收带。,二氧化碳、水滴和尘埃吸收带,二氧化碳吸收带：主要发生在大于,2um,的红外区内,吸收的范围较宽，但主要吸收,0.7-3um,的红外线,大气的散射,概念：,电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开。,实际工作中，通常把散射分为以下两种类型：,选择性散射：,瑞利散射,(,Rayleigh,scattering),。,米,氏散射,(,Mie,scattering ),无选择性散射,( nonselective scattering ),选择性散射和无选择性散射,选择性散射,:,散射光的强度分布的方向不对称，某些方向强，某些方向弱。,瑞利散射的散射光强分布,米散射的散射光强分布,入射光,无选择性散射,:,散射光的强度分布的方向均匀对称，每个方向都一样强。,选择性散射,-,瑞利散射,概念：,当大气中粒子的直径比波长小得多时,(a1/10),发生的散射。,由大气中的原子和分子引起（氮、二氧化碳等）。,散射强度与波长的四次方成反比。波长越短，散射越强。,瑞利散射对可见光的影响较大，而对红外的影响很小，对微波基本没有影响。,瑞利散射示意图,瑞利散射与波长的关系示意图,解释：,无云,的晴天，天空为什么呈现蓝色,？,朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？,选择性散射,-,米散射,当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时,(a,),发生的散射。,由大气中的微粒引起（烟、尘埃、气溶胶等）。,散射强度与波长的二次方成反比。,大气中云、雾等悬浮粒子的大小与,0.76-15 m,的红外线的波长差不多，因此，潮湿天气云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。,米散射,无选择性散射,无选择性散射的条件：大气中粒子直径远大于光的波长。,特点：散射光强分布与入射光的波长和散射方向无关。,遥感器接受的波谱成分,I,o,I,s,I,D,I=,I,s,+I,O,+I,D,Is,：地面直接反射光；,Io,：大气层直接反射光；,I,D,：大气散射后经地面反射光；,四、大气窗口,大气窗口：指电磁辐射在大气转输过程中损耗比较小，透射率较高的波段。,大气屏障：有些波段的电磁波在大气转输过程中被严重吸收和散射，几乎不能到达地面，这些波段称大气屏障。,大气窗口,从紫外到微波组共有,11,个大气窗口，目前用于遥感的有下列,5,个,:,1,）,0.3-1.3um,：包括全部可见光、部分紫外和摄影红外波段。应用范围广，可采用摄影、扫描等方式成像。,2,）,1.5-2.5um,：属近红外波段，扫描方式成像。,3,）,3.5-5.5um,：属中红外波段，白天或黑夜都可用，扫描方式成像。,4,）,8-14um,：属远红外（热红外）波段，属热辐射波段范围内，采用扫描或红外辐射计检测，白天、黑夜都能成像,.,),大于,1,.,4,mm,：属微波段，不受大气平扰，采用雷达成像或微波辐射计检测，可全天候工作,.,五个大气窗口,课堂小结：,了解太阳辐射的波谱及能量构成；,了解太阳辐射在大气中传播的过程；,掌握大气对太阳辐射的几种作用形式；,