高等地球化学讲课

按遥感应用领域分
外层空间遥感 大气层遥感
陆地遥感
海洋遥感
遥感的基本概念
•遥感特性
1）空间特性：视域范围大，具有宏观特性； 2）光谱特性：探测波段从可见光向两侧延伸，扩大了地物特性的研究范 围； 3）时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测； •遥感技术特点 1）大面积同步观测，覆盖面广； 2）获取信息的速度快、周期短、成本低； 3）时效性强，可以在短时间内对同一地区进行重复观测； 4）信息客观、真实，数据的综合性和可比性好。 5）获取信息受条件限制少，不受地面条件限制。 6）获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不 同波段和遥感仪器来获取信息。
四、遥感技术系统
遥感技术系统--传感器
1、传感器定义 遥感器(传感器):是远距离感测地物环境辐射或反射电磁波的电磁仪器， 通常安装在不同类型和不同高度的遥感平台上。 传感器的性能:即传感器对电磁波段的响应能力，传感器的空间分辨及 图像的几何特征，传感器获取地物信息量的大小和可靠程度等，它决定 遥感的能力。 2、传感器的分类 1) 按传感器工作方式： 主动式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计 被动式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、TM、 ETM、 ETM+、HPV、红外扫描仪等。 2) 按传感器记录方式： 成像方式的传感器和非成像方式的传感器 3)按成像原理和所获取图像性质： 摄影方式传感器、扫描方式传感器和雷达
遥感物理基础
2、大气窗口与可遥感波段 •从理论上讲，对整个电磁波波段都可以进行遥感。但大气中的大气分子和气 溶胶粒子会使电磁波被吸收和散射。 •由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作 用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同，通常把受到大气衰减作用较轻、 透射率较高的波段称为大气窗口。 •由于这种透过率的限制，并不是每个电磁辐射波段都可以用于遥感目的。 •受大气窗口和目前技术水平限制，目前只能在有限的几个波段上进行遥感， 其中最重要的波段为可见光、近红外波段、中红外、热红外波段、微波波段等。
http://www.gosat.nies.go.jp/
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2012年8月CO2全球通量
IASI
• MetOp
• “Metop”系列卫星上总共将装载 11 台仪器设备，它们分别由欧洲气象卫星应用组 织（EUMETSAT） 、欧空局（ESA） 、法国宇航局（CNES）和美国国家海洋与大 气局（NOAA）提供，共同构成了EUMETSAT 极地系统（EPS）空间段。在欧洲与 NOAA 合作实施的“初步联合极地系统” （IJPS）项目中，EPS 属于欧洲部分
AIRS
• EOS（Earth Observation System）是美国地球观测系统计划 中一系列卫星的简称。它是一个用一系列低轨道卫星对地球进 行连续综合观测的计划。 • 它的主要目的是： • 实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地 进行综合观测，获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统 等信息； • 进行土地利用和土地覆盖研究、气候的季节和年际变化研究、 自然灾害监测和分析研究、长期气候变率和变化以及大气臭氧 变化研究等； • 进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究的总体目标 。
三、遥感物理基础
遥感物理基础
1、电磁波与电磁波谱:
电磁波主要有4个量：
•频率、波长：对应着遥感的电磁波波段。 •传播方向：在遥感系统中也起着重要作用，主要是涉及到辐射源、地物和遥感平台间 三者的位置关系。 •振幅的平方就是强度，对应着遥感影像中的强度、亮度。 •偏振：在微波遥感中，偏振被称为极化，对于雷达，考虑到发射和接收各有水平和垂 直极化两种选择，共有4种组合，极化是微波遥感中的一个重要参数。
3、地物波谱特性 •地物波谱特性：地面各种物体所具有的辐射、吸收、反射和透射能力随波长 而变化的电磁波特性 •反射光谱曲线：地物反射率随波长是变化的，以波长为横坐标，反射率为纵 坐标，将地物反射率随波长的变化绘制成曲线，叫地物的反射光谱曲线。 •在紫外、可见光、近红外波段，主要反射太阳的辐射，遥感信息所反映的主 要是地物的反射率。 •地物反射率除了反映地物固有的性质之外，更主要的是有方向性，与辐射源 所处的方位以及遥感器的方位都有关。
时间分辨率：是指在同一区域进行的相邻两次遥感观测的最小时间间隔。 对轨道卫星，亦称覆盖周期。 4、传感器的重要发展趋势主要有： 1）更高分辨率传感器 2）更精细的光谱分辨率传感器 3）多波段、多极化、多模式合成孔径卫星雷达传感器 4）可进行立体观测和测量的传感器
遥感技术系统--地球资源卫星
主要的陆地资源卫星有： 1）美国的Landsat、ikonos 、QuickBird、WorldView、GeoEye 2）法国的SPOT、Pleiades 3）欧空局的ERS、EnviSat 4）日本的JERS、ALOS 5）印度的IRS 6）加拿大的RadarSat 7）俄罗斯钻石卫星ALMAZ、Resurs DK 8）中巴地球资源卫星CBERS
4. 信息处理：地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，记录在高密度的磁介质上， 并进行一系列处理，如信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等，再转换为用 户使用的通用数据格式，或转换为模拟信号记录在胶片上，才能被用户使用。
5. 信息应用：遥感获取信息的目的是应用，不同专业、不同应用目的都需要进行大量 的信息分析和处理。
3、信息传输与记录（信息接收）
4、信息处理 5、信息应用
遥感系统五大部分示意图
1. 目标物电磁波特性：任何目标物体都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥 感探测的依据。 2. 信息获取：接受、记录目标物体电磁波特征的仪器，称为传感器或遥感器。如：雷 达、扫描仪、摄影机、辐射计等。
3.信息传输与记录：传感器接受目标地物的电磁波信息，记录在数字磁介质或者胶片上。 胶片由人或回收舱送至地面回收，而数字介质上记录的信息则通过卫星上微波天线输送 到地面卫星接收站。
根据传感器类型及空间分辨率大致可以分为四类： 1）低分辩率的光学遥感： Landsat 2）中分辩率的光学遥感： SPOT、IRS 3）高分辩率的光学遥感： ikonos 、QuickBird、Pleiades 4）合成孔径雷达： EnviSat、RadarSat
CO2
• • • • • 主要观测卫星 AIRS( EOS aqua卫星) IASI( METOP卫星) TANSO( GOSAT卫星) OCO
遥感的主要分类
按遥感平台分（装载传感器的运载工具） 地面遥感：传感器装载在地面上，如：车载、手提、固定或活动高架平台； 航空遥感：传感器装载在航空器上（ 80Km以下），如：飞机、飞艇、 气球等； 航天遥感：传感器装载在航天器上（ 80Km以上），如：以人造地球卫 星为主体、包括载人飞船、航天飞机、太空站等。
AIRS全球对流层平均CO2分布
AIRS中国地区对流层平均CO2分布
TANSO
• 搭载于由日本的环境署(MOE)、日本宇宙航空研究开发机构( JAXA)和日本环 境研究所( N I ES ) 联合研制的一颗名为温室气体观测卫星(Green house Gases Observing Satellite,GOSat )。高度666km，覆盖从0.75~14.3 μm波段 的大气光谱 温室气体观测卫星(GOSAT)是世界上第一颗用于测量二氧化碳和甲烷两种主 要的温室气体的浓度的航天卫星 与OCO一样，是专用的温室气体探测器。精度为1~4ppm，空间分辨率达到 500m
大气污染物的监测
一 、大气及其组成
（一）、大气圈的结构
大气的组成
• 自然状态的大气由空气、水蒸气和尘埃组成。
• 按其可变性可分为：
• 恒定组分：包括氮N2（78.09%）、氧O2（20.95%）、稀 有气体等。
• 可变组分：CO2、O3、H2O（0.02～6%），从总量上来 讲，夏天比冬天多，陆地比海洋多，城市比乡村多。
遥感Fra Baidu bibliotek基本概念
紫外、可见光和近红外波段0.3~1.3μm：这一波段是摄影成像的最佳波段，也 是许多卫星遥感器扫描成像的常用波段； 近红外和中红外波段（1.5~1.8μm，2.0~3.5μm）：该波段在白天日照条件好 的时候扫描成像常用这些波段。 中红外波段（3.5~5.5μm）：该波段物体的热辐射较强。这一区间除了地面物 体反射太阳辐射外，地面物体自身也有长波辐射。 热红外波段（8~14μm）：主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量 探测目标的地物温度。 微波波段（0.8~100cm）：由于微波具有穿云透雾的特性，因此具有全天候、 全天时的工作特点。而且由前面的被动遥感波段过渡到微波的主动遥感波段。
按传感器的探测波段分 紫外遥感：探测波段在0.05~0.38μ m之间； 可见光遥感：探测波段在0.38~0.76μ m之间； 红外遥感：探测波段在0.76~1000μ m之间； 微波遥感：探测波段在1mm~10m之间。
遥感的基本概念
按传感器的工作方式分 主动遥感：有探测器主动发射一定电磁波能量并接受目标的后向散射信号； 被动遥感：传感器仅接收目标物体的自身发射和对自然辐射源的反射能量。
遥感技术系统--传感器
遥感技术系统--传感器
3、遥感数据分辨率 空间分辨率：指像素所代表的地物范围大小，即传感器瞬时视场内所观 察到的地面物体的大小。
波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小波谱分辨率越高。
辐射分辨率：传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变 化量。在可见、近红外波段用噪声等效反射率表示，在热红外波段用噪 声等效温差、最小可探测温差和最小可分辨温差表示。
• 不定组分：即由自然因素和人为因素形成的气态物质和悬 浮颗粒。 成分的关系为： • 恒定组分 + 可变组分 = 纯净大气 • 纯净大气 － H2O = 干洁大气
二、遥感基本概念
遥感(Remote Sensing)基本概念
•广义：泛指各种非直接接触的、远距离探测目标的技术。 •实际工作中，重力、磁力、声波、机械波等的探测被划为物理探测的范畴，只有电磁波 探测属于遥感的范畴。 •定义：不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物电磁波信息，经过对信 息的处理，判别出目标地物的属性。 •根据遥感的定义，遥感系统包括五大部分： 1、被测目标信息（电磁波）特征 2、信息获取
EOS卫星
TERRA AQUA AURA 发射时间 1999年12月18日 2002年5月4日 2004年7月15日 运载火箭 ATLAS IIAS DELTA CLASS DELTA CLASS 轨道高度 太阳同步，705公里 太阳同步，705公里 太阳同步，705公里 轨道周期 98.8分钟 98.8分钟 98.8分钟 过境时间 上午10：30 下午1:30 下午1:30 地面重复周期 16天 16天 16天 重量 5190公斤 2934公斤 3000公斤 展开前体积 3.5米*3.5米*6.8米 2.68米*2.49米*6.49米 2.7米*2.28米*6.91米 MODIS、MISR、 AIRS、AMSU－ A、 HIRDLS、MLS、OMI、 CERES、MOPITT、 CERES、MODIS、HSB、 星载传感器名称 TES ASTER AMSR-E 遥测 数据下行 总供电功率 卫星设计寿命 S波段 X波段 3000瓦 5年 S波段 X波段 4860瓦 6年 S波段 X波段 4600瓦 6年
大气红外探测器（AIRS）数据的主要技术指标表
• AIRS(大气红外探测仪)提供对陆地、海洋和大气的红外光谱数据，主 要应用于探测大气温湿度，以推动全球气候研究和天气预报的进展。 其拥有2378个连续红外光谱通道（3.7-15.4μm），所提供的高光谱 高精度大气温湿度资料及云、地表、臭氧等参数资料。 • 它极大地提高了对流层温度廓线测量准确度及大气湿度测量准确度， 使1公里对流层温度准确度达到1K，在晴空或部分云覆盖条件下大气 湿度廓线准确度达到10％，同时使地表温度反演的平均准确度达到 0.5K。 • 随Aqua卫星一日过境两次，AIRS可提供地球上每一点白天/夜间的大 气三维结构数据。