2-第二章电磁波谱
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什么是电磁波谱
什么是电磁波谱电磁波谱（Electromagnetic Spectrum）是指电磁波按照频率或波长从低到高的有序排列。
电磁波谱包括了广泛的波长和频率范围，从极长波长的无线电波到极短波长的伽马射线。
电磁波谱的分类根据波长或频率的不同，电磁波谱可以分为不同的部分，包括射电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。
1. 射电波射电波是具有最长波长和最低频率的电磁波。
射电波在通信、天文学和雷达等领域有着重要的应用。
一些射电天文学技术通过接收和分析射电波来研究宇宙中的天体。
2. 微波微波波长较长，频率较低，介于射电波和红外线之间。
微波在通信、雷达、卫星通讯和厨房中的微波炉等领域有广泛应用。
3. 红外线红外线具有较长的波长，介于可见光和微波之间。
红外线的热辐射可以被用于红外线热成像技术，广泛用于军事、安保、医学和科学研究等领域。
4. 可见光可见光是人眼可见的光线，包括了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。
可见光谱被广泛应用于照明、光通信、摄影和光譜分析等领域。
5. 紫外线紫外线波长较短，频率较高，介于可见光和X射线之间。
紫外线被广泛应用于杀菌消毒、紫外线光谱分析和光敏材料等领域。
6. X射线X射线具有较高的能量和频率，可用于医学影像学、材料检测、研究物质结构等领域。
7. 伽马射线伽马射线波长最短，频率最高，具有极高的能量。
它常常被用于放射治疗以及核物理和高能物理的研究。
电磁波谱的应用电磁波谱的不同部分在各个领域都有广泛的应用。
1. 通信和广播射电波和微波被广泛用于无线通信和广播领域。
无线电台、卫星通讯、无线网络等都依赖于电磁波的传播。
2. 医学诊断X射线在医学诊断中得到广泛应用。
它可以穿透人体，用于检查骨骼、牙齿和胸腔等部位。
3. 太阳能光伏可见光是太阳能光伏系统中主要的光源。
光伏技术可以将可见光转化为电能。
4. 遥感和气象预测红外线被用于遥感和气象预测。
红外线遥感技术可以通过探测红外辐射来获取关于地表温度和大气组成的信息。
电磁波谱22张ppt
1）你是怎么知道有荧 光作用的？
（2）在“非典”非常时期，常 常在教室内开“紫外线灯” 为什么？
2018/11/4
11
利用紫外 线的荧光 作用检验 人民币的 真伪
2018/11/4
12
紫外线杀 菌灯
2018/11/4
13
防紫外线雨伞
2018/11/4 14
六、伦琴射线和γ射线
4
二、无线电波
无线电波：波长大于1mm（频率小于 300GHz)的电磁波 用途：通信、广播和天体物理研究等
2018/11/4
5
三、红外线
(1)红外线是一种波长比红 光的波长还长 的不可见光。其波长范围很宽，约750nm～ １×106nm (2)显著作用：热作用。 (3)由英国物理学家赫谢尔于1800年首先 发现红外线，一切物体都在不停地辐射红 外线，物体温度越高，辐射红外线的本领 越强。
问题：
天空为什么是亮的？ 大气对阳光的散射
傍晚的阳光为什么是红的？
2018/11/4
9
五、紫外线 （1）紫外线是一种波长比紫光还短 的不可见光；其波长范围约5nm～ 370nm， 显著作用：A、荧光，B、化学 作用，C、杀菌消毒 （2）由德国物理学家里特于1801 年首先发现的，一切高温物体 发出的光中，都有紫外线。
2018/11/4
21
2018/11/4
22
2018/11/4 19
八、太阳辐射
能 量 的 相 对 大 小
紫外线
可见光
红外线
黄绿光
2018/11/4
400
800
1200
1600
2000
20 波长λ/nm
八、太阳辐射
（2）在“非典”非常时期，常 常在教室内开“紫外线灯” 为什么？
2018/11/4
11
利用紫外 线的荧光 作用检验 人民币的 真伪
2018/11/4
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紫外线杀 菌灯
2018/11/4
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防紫外线雨伞
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六、伦琴射线和γ射线
4
二、无线电波
无线电波：波长大于1mm（频率小于 300GHz)的电磁波 用途：通信、广播和天体物理研究等
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5
三、红外线
(1)红外线是一种波长比红 光的波长还长 的不可见光。其波长范围很宽，约750nm～ １×106nm (2)显著作用：热作用。 (3)由英国物理学家赫谢尔于1800年首先 发现红外线，一切物体都在不停地辐射红 外线，物体温度越高，辐射红外线的本领 越强。
问题：
天空为什么是亮的？ 大气对阳光的散射
傍晚的阳光为什么是红的？
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9
五、紫外线 （1）紫外线是一种波长比紫光还短 的不可见光；其波长范围约5nm～ 370nm， 显著作用：A、荧光，B、化学 作用，C、杀菌消毒 （2）由德国物理学家里特于1801 年首先发现的，一切高温物体 发出的光中，都有紫外线。
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八、太阳辐射
能 量 的 相 对 大 小
紫外线
可见光
红外线
黄绿光
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400
800
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2000
20 波长λ/nm
八、太阳辐射
电磁波谱(高中物理教学课件)
三.太阳辐射
阳光从太阳辐射出来，其中含有可见光，还有无线电波、 红外线，也有紫外线、X射线、γ射线。太阳辐射的能量 集中在可见光、红外线和紫外线三个区域。从图中可以 看到，波长在5.5×10－7m的黄绿光附近，辐射的能量最 强。我们的眼睛正好对这个区域的电磁辐射最敏感。眼 睛把太阳在最强辐 射区的辐射作为自己 的接收对象，这样就 能看到最多的东西， 获得最丰富的信息。 读到这里，你是否又 一次感受到了自然万 物的绝妙与和谐？这是巧合呢，还是生物进化的结果
典型例题
例7.下列有关电磁波的说法中正确的是( B ) A．电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波 B．电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线 C．频率接近可见光的电磁波沿直线传播 D．以上说法都不正确 例8.(多选)下列说法中符合实际的是( BD ) A．在医院里常用X射线对病房和手术室消毒 B．医院里常用紫外线对病房和手术室消毒 C．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用紫 外线有较好的分辨能力 D．在人造地球卫星上对地球进行拍摄是利用红 外线有较好的穿透云雾烟尘的能力
04.电磁波谱 图片区
电磁波包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、 X射线、γ射线等。太阳辐射中就包含了波长不同 的各种各样的电磁波。
一.电磁波谱 电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺 序把它们排列成的谱
波长变短，频率变大，波动性变弱，粒子性变强
一.电磁波谱 1.无线电波：把波长大于1mm（频率低于300GHz） 的电磁波称作无线电波
祝你学业有成
2024年4月28日星期日8时21分5秒
红外线测温
红外线感应门
一.电磁波谱
夜视仪
红外线照片
卫星遥感成像
遥感照片
一.电磁波谱
2.红外线： 应用：③红外线加热
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射、 米氏散射和非选择性散射。
太阳辐射及大气对辐射的影响
大气窗口ห้องสมุดไป่ตู้
不是所有波长的电磁波都可以顺利通过大气。传感器 只能接受利用那些可以比较顺利通过大气的电磁波。 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。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率 较高的波段叫大气窗口 对于传感器而言，只能选择透过率较高的波段，才具有 观测意义。否则，地物反射、发射的电磁波在穿越大气 时就被衰弱了，传感器根本捕捉不到。因此，传感器 选择的探测波段应包含在大气窗口之内。
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
遥感应用的电磁波波谱段
遥感器是通过探测或感测不同波段电磁辐 射的发射、反射的辐射能级而成像的。 紫外线： 可见光： 红外线： 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性 好，不受云雾的影响。
遥感应用的电磁波波谱段
紫外线：波长范围 为0.01～0.38μm， 太阳光谱中，只有 0.3～0.38μm波长 的光到达地面，对 油污染敏感，但探 测高度在2000 m以 下。
2. Wein’s Displacement Law 维恩位移定律
In addition to computing the total amount of energy exiting a theoretical blackbody such as the Sun, we can determine its dominant wavelength (辐射峰值波长 lmax) based on Wein's displacement law:
实际物体反射
太阳辐射及大气对辐射的影响
大气窗口ห้องสมุดไป่ตู้
不是所有波长的电磁波都可以顺利通过大气。传感器 只能接受利用那些可以比较顺利通过大气的电磁波。 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。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率 较高的波段叫大气窗口 对于传感器而言，只能选择透过率较高的波段，才具有 观测意义。否则，地物反射、发射的电磁波在穿越大气 时就被衰弱了，传感器根本捕捉不到。因此，传感器 选择的探测波段应包含在大气窗口之内。
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射
遥感应用的电磁波波谱段
遥感器是通过探测或感测不同波段电磁辐 射的发射、反射的辐射能级而成像的。 紫外线： 可见光： 红外线： 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性 好，不受云雾的影响。
遥感应用的电磁波波谱段
紫外线：波长范围 为0.01～0.38μm， 太阳光谱中，只有 0.3～0.38μm波长 的光到达地面，对 油污染敏感，但探 测高度在2000 m以 下。
2. Wein’s Displacement Law 维恩位移定律
In addition to computing the total amount of energy exiting a theoretical blackbody such as the Sun, we can determine its dominant wavelength (辐射峰值波长 lmax) based on Wein's displacement law:
实际物体反射
电磁波谱.ppt
A、红外线、紫外线、可见光、γ射线 B、γ射线、紫外线、红外线、可见光 C、γ射线、紫外线、可见光、红外线 D、红外线、可见光、紫外线、γ射线
2、对红外线的作用和来源正确的叙述有（ACD ）
A、一切物体都在不停地辐射红外线 B、红外线有很强的荧光效应 C、红外线最显著的作用是热作用 D、物体温度越高，其辐射出的红外线越强
与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查 部件的缺陷；
γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域
有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手 术．
小结
二、电磁波谱
1、电磁波谱 ：按电磁波的波长或频率大小的 顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱
2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红 外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线
能
量
的
相
对 大
紫外线 可见光
小
红外线
黄绿光
0
400
800
1200
1600
2000 波长λ/nm
关于电磁波谱的几点强调
3、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同． 红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来
加热物体和进行红外线遥感； 紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消
毒； 伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领
（2）由德国物理学家里特于1801年首 先发现的，一切高温物体发出的 光中，都有紫外线。
显著作用：A、荧光，B、化学作 用，C、杀菌消毒
பைடு நூலகம்
利用紫外 线的荧光 作用检验 人民币的 真伪
紫外线杀 菌灯
防紫外线雨伞
5、伦琴射线
(1)伦琴射线（X射线）是一种波长比
紫外线更短的不可见光。 X射线波长：10－8m ----10－12m
2、对红外线的作用和来源正确的叙述有（ACD ）
A、一切物体都在不停地辐射红外线 B、红外线有很强的荧光效应 C、红外线最显著的作用是热作用 D、物体温度越高，其辐射出的红外线越强
与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查 部件的缺陷；
γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域
有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手 术．
小结
二、电磁波谱
1、电磁波谱 ：按电磁波的波长或频率大小的 顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱
2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红 外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线
能
量
的
相
对 大
紫外线 可见光
小
红外线
黄绿光
0
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800
1200
1600
2000 波长λ/nm
关于电磁波谱的几点强调
3、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同． 红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来
加热物体和进行红外线遥感； 紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消
毒； 伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领
（2）由德国物理学家里特于1801年首 先发现的，一切高温物体发出的 光中，都有紫外线。
显著作用：A、荧光，B、化学作 用，C、杀菌消毒
பைடு நூலகம்
利用紫外 线的荧光 作用检验 人民币的 真伪
紫外线杀 菌灯
防紫外线雨伞
5、伦琴射线
(1)伦琴射线（X射线）是一种波长比
紫外线更短的不可见光。 X射线波长：10－8m ----10－12m
电磁波谱课件
1.如果有两个(或两个以上)发射与反射脉冲,便可确定一段时间
前后物体的两个位置或一段时间内的位移,从而测出物体的运动速
度。
2.如果从发射一列波到再接收到这列波的反射波所用的时间为
t,那么雷达与障碍物间的距离 x= ,而不是 x=ct。
2
案例探究
一个雷达向远处发射无线电波,每次发射的时
间为 1 μs,两次发射的时间间隔为 100 μs,在指示器
2s=ct,得
s=
2
=
3.0×108 ×50×10-6
2
答案:7.5×103 m
m=7.5×103 m。
思悟升华
雷达侦察问题的解决方法
1.电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速 c,根据雷
达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔,可求得侦察距离。
2.根据发射无线电波的方向和仰角,确定被侦察物体的位置。
答案:隐形飞机主要是降低雷达的可探测性。
根据雷达的工作原
理可知,只要照射到飞机上的电磁波不被反射回雷达,就不会被探测
到,所以飞机要实现对雷达隐身,主要措施有:(1)在机身上涂吸收雷
达波的涂层。(2)使机身呈多面体状,让雷达波反射到其他方向。(3)
经过特殊设计使雷达波能穿过机身而不被反射等。
二、电磁波谱
X 射线
电波
波动
引起 化学作用、 贯穿
特性
热效应
性强
视觉 荧光效应 本领强
检查探
无线电 加热、 照明、 感光技术、
应用
测、医用
技术 遥感 摄影 医用消毒
透视
γ 射线
贯穿本
领最强
工业探
伤、医用
治疗
2.产生机理
前后物体的两个位置或一段时间内的位移,从而测出物体的运动速
度。
2.如果从发射一列波到再接收到这列波的反射波所用的时间为
t,那么雷达与障碍物间的距离 x= ,而不是 x=ct。
2
案例探究
一个雷达向远处发射无线电波,每次发射的时
间为 1 μs,两次发射的时间间隔为 100 μs,在指示器
2s=ct,得
s=
2
=
3.0×108 ×50×10-6
2
答案:7.5×103 m
m=7.5×103 m。
思悟升华
雷达侦察问题的解决方法
1.电磁波在空中的传播速度可认为等于真空中的光速 c,根据雷
达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔,可求得侦察距离。
2.根据发射无线电波的方向和仰角,确定被侦察物体的位置。
答案:隐形飞机主要是降低雷达的可探测性。
根据雷达的工作原
理可知,只要照射到飞机上的电磁波不被反射回雷达,就不会被探测
到,所以飞机要实现对雷达隐身,主要措施有:(1)在机身上涂吸收雷
达波的涂层。(2)使机身呈多面体状,让雷达波反射到其他方向。(3)
经过特殊设计使雷达波能穿过机身而不被反射等。
二、电磁波谱
X 射线
电波
波动
引起 化学作用、 贯穿
特性
热效应
性强
视觉 荧光效应 本领强
检查探
无线电 加热、 照明、 感光技术、
应用
测、医用
技术 遥感 摄影 医用消毒
透视
γ 射线
贯穿本
领最强
工业探
伤、医用
治疗
2.产生机理
遥感概论课件第二章 电磁辐射与地物光谱特征
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3. 电磁波谱：
按照电磁波的波长 （频率的大小）长短， 依次排列构成的图表，
构谱列成 ，以电可频磁 以率波划从谱分高。为到该Y低射波排线、表2 x射线、紫外线、见光、1 红外线、无线电波。 电 在真空状态下频率f与 磁 波电是磁 渐长波变λ之谱 的积区，等段一于的般光界按速线产c。波谱
辐射亮度（L）：假定有一辐射 源呈面状，向外辐射的强度随辐 射方向而不同，则L定义为辐射 源在某一方向，单位投影表面， 单位立体角内的辐射通量。
朗伯源：辐射亮度L与观察角θ无关的辐射源，称为朗伯源。一 些粗糙的表面可近似看作朗伯源。涂有氧化镁的表面也可近似 看成朗伯源．常被用作遥感光谱测量时的标准板。太阳通常近 似地被看成朗伯源，使对太阳辐射的研究简单化。严格地说， 只有绝对黑体才是朗伯源。
2.2 太阳辐射及大气对辐射的
影响
太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
(,T)M (,T)M b(,T)
基尔霍夫定律表现了实际物体的辐射出射度Mi与同一温度、 同一波长的绝对黑体辐射出射度的关系， α 为吸收系数（1> α >0）。
把实际物体看作辐射源，研究其辐射特性，将其与绝对黑体进 行比较。首先，研充实际物体在单位光谱区间内的辐射出射度M 与吸收系数αλ的关系。假定有一封闭的空腔(图2．8)．腔内有四 个物体B0，B1，B2，B3，首先腔内为真空，腔内能量交换不可 能通过传导和对流进行，只能以辐射方式完成。其次, 空腔内保 持恒温不变，因此，每个物体向外辐射和吸收的能量必然相等， 即
3. 电磁波谱：
按照电磁波的波长 （频率的大小）长短， 依次排列构成的图表，
构谱列成 ，以电可频磁 以率波划从谱分高。为到该Y低射波排线、表2 x射线、紫外线、见光、1 红外线、无线电波。 电 在真空状态下频率f与 磁 波电是磁 渐长波变λ之谱 的积区，等段一于的般光界按速线产c。波谱
辐射亮度（L）：假定有一辐射 源呈面状，向外辐射的强度随辐 射方向而不同，则L定义为辐射 源在某一方向，单位投影表面， 单位立体角内的辐射通量。
朗伯源：辐射亮度L与观察角θ无关的辐射源，称为朗伯源。一 些粗糙的表面可近似看作朗伯源。涂有氧化镁的表面也可近似 看成朗伯源．常被用作遥感光谱测量时的标准板。太阳通常近 似地被看成朗伯源，使对太阳辐射的研究简单化。严格地说， 只有绝对黑体才是朗伯源。
2.2 太阳辐射及大气对辐射的
影响
太阳是被动遥感最主要的辐射源，太阳 辐射有时习惯称作太阳光，太阳光通过 地球大气照射到地而，经过地面物体反 射又返回，再经过大气到达传感器，这 时传感器探测到的辐射强度与太阳辐射 到达地球大气上空时的辐射强度相比， 已有了很大的变化，包括入射与反射后 二次经过大气的影响和地物反射的影响。 本节主要讨论大气的影响。
(,T)M (,T)M b(,T)
基尔霍夫定律表现了实际物体的辐射出射度Mi与同一温度、 同一波长的绝对黑体辐射出射度的关系， α 为吸收系数（1> α >0）。
把实际物体看作辐射源，研究其辐射特性，将其与绝对黑体进 行比较。首先，研充实际物体在单位光谱区间内的辐射出射度M 与吸收系数αλ的关系。假定有一封闭的空腔(图2．8)．腔内有四 个物体B0，B1，B2，B3，首先腔内为真空，腔内能量交换不可 能通过传导和对流进行，只能以辐射方式完成。其次, 空腔内保 持恒温不变，因此，每个物体向外辐射和吸收的能量必然相等， 即
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
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§2 太阳辐射
在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。
太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，
从太阳光谱曲线可以看出(…)：
太阳光谱相当于6000
K的黑体辐射； 太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µ m的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最 大辐射强度位于波长0.47 µ m左右； 到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～ 3.0 µm波段， 包括近紫外、可见光、近红外和中红外； 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减； 本节结束 各波段的衰减是不均衡的。 返回 下一节
五、大气窗口
折射改变了太阳辐射的方向，并不改变太阳辐射的强度。 因此，就辐射强度而言，太阳辐射经过大气传输后，主要是 反射、吸收和散射的共同影响衰减了辐射强度，剩余部分即 为透过的部分。对遥感传感器而言，只能选择透过率高的波 段，才对观测有意义。
通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的， 透过率较高的波段称为大气窗口。 大气窗口的光谱波段主要有： 0.3～1.15um，即紫外、可见光、近红外波段 1.3～2.5um和3.5～5.0um，即近、中红外波段
BACK
概念：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。我们 就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。
紫外可见光 0.3～1.3 μm 近红外 近红外 近-中红外 中红外 远红外 微波 1.5～1.8 μm 2.0～3.5 μm 3.5～5.5 μm 8～14 μm 0.8～2.5cm
§1 遥感的电磁波原理
电磁波谱
按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表 叫电磁波谱。 依次为： γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外 线—微波—无线电波。 电磁波谱示图
电磁波谱知识：电磁波谱——光的谱系
电磁波谱知识：电磁波谱——光的谱系电磁波谱是指电磁波的各种频率和波长所组成的连续谱系。
在这个连续谱系里，包含了从无线电波和微波，到红外线和可见光，再到紫外线和X射线，以及伽马射线等高能电磁波。
谱系起源于光学领域，当人们将白色光通过三棱镜分解出彩虹般的色带时，便开始了对光谱的研究。
在人们的努力下，谱系逐渐扩展到更多的电磁波波长上，成为今天广泛应用于天文学、物理学、生物学等领域的重要工具。
电磁波的谱系是以它们的频率和波长为基础进行分类的。
频率是指电磁波每秒钟震动的次数，而波长则是电磁波每一个周期所覆盖的距离。
这意味着，高频率的电磁波也拥有更小的波长，反之亦然。
在谱系的底部，是低频率的无线电波和微波，这些波长长、频率低、能量弱，对我们生活中的通讯和天气预报至关重要。
高频率的红外线波长稍长，能量稍强，用于红外线摄像、热成像等应用。
可见光波长则位于中心位置，人眼能够感知的波长范围为380-740纳米，其中紫外线和蓝光波长短、频率高、能量强，而红光波长长、频率低、能量弱。
在紫外线的另一端，则是具有更强能量的X射线和伽马射线，能够穿透物体，并在医学领域中发挥着重要作用。
电磁波的谱系不仅为我们提供了各种不同形态电磁波的分类和理解，它还为我们了解自然界中的一些重要现象提供了帮助。
例如，天文学家可以利用谱系中各种电磁波的能量、波长和频率来探测天体发出的信号，并能解释天体的结构和演化。
对于物理学家而言，谱系的研究有助于他们探索物质迷雾中的信息，理解原子结构，研究材料的光电性质等方面有所帮助。
而在生物学方面，谱系也有着重要的应用。
通过对不同波长电磁波对细胞、组织的作用的研究，可以提高对人类健康、生长发育、疾病诊断等方面的认识，并加深对光合作用、眼睛视觉等生物现象的理解。
总之，电磁波谱系涵盖了许多不同类型的电磁波，具有广泛而重要的应用。
电磁波的谱系研究已经成为许多学科的重要领域，不断地推动着科学的前沿。
二、电磁波谱 (2)
五、巩固练习
C 4. 关于紫外线，下列说法中正确的是 ( ) A．一切物体都会发出紫外线 B．紫外线可用于无线电通讯 C．紫外线有较高的能量，足以破坏细胞中的物 质 D．在紫外线照射下，所有物质会发出荧光
五、巩固练习
5．有些动物在夜间几乎什么也看不见，而猫 头鹰在夜间却有很好的视力：其原因为 （ C ）． A．不需要光线，也能看到 B．自身眼睛发光，照亮搜索目标 C．可对红外线产生视觉 D．可对紫外线产生视觉
3、频率（f）：1s内波峰（波谷）通过的次数。单 位是赫兹(Hz) 4、波速（v）：波传播的快慢。 5、两个重要的关系式:
v
T
v f
6、对于电磁波:
用c表示波速。
c f
注意：电磁波的频率与波长呈反比。
1MHz 10 Hz
6
1nm 10 m
9
二、电磁波谱
1、电磁波谱的概念： 按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排 列成谱，叫电磁波谱。
问题与练习 电磁波谱 1．答：光和无线电波都是电磁波，区别在于它们的波长 不同。 s 10 3.3 s 2．答：传到眼睛需要的时间是 t
10 n 1.7 个 在这个距离中的波长数有 6.0
2 s 2 3．答：经过的时间 t 2.56s c 3.00 4．答：听收音机需要无线电波；微波炉工作需要微波； 用眼睛看世界需要光波；做身体检查拍摄照片需要X 射线等等。
归纳电磁波的特性与应用
无线 电波 红外线 可见 光 紫外线 伦琴射 线 γ射线
波长 范围 特性
应用
2、无线电波 特点：λ大于1mm（f小于300000Mz）， λ较长。 应用： 长、中短波用于发送广播信号。
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
第二章 电磁辐射与地物的光谱特征
贺巧宁
主要内容：
• § 2.1电磁波谱与电磁辐射 • § 2.2太阳辐射及大气对辐射的影响 • § 2.3地球的辐射与地物波谱
本章小结
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
• 一. 电磁波谱 • 二. 电磁辐射的度量 • 三. 黑体辐射
一. 电磁波谱
• 1.电磁波的产生 • 2.电磁波的特性 • 3.电磁波谱
入射电磁波 镜面反射
物
体
吸收
表
面
漫反射 透射/折射
反射率（p)=反射能量/入射能量*100% 吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100% 透射率（T)=透射能量/入射能量*100%
3.电磁波谱
• 电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的 波长或频率，递增或者递减排列构成的 谱带则称电磁波谱。
• 以频率从高到低或者波长从短到长排列 可以划分为r射线、X射线、紫外线、可 见光、红外线、微波、无线电波
大气透射分析
• 反射30%，散射22%，吸收17%，透过31%。
• 臭氧吸收3%，云层反射散射25%，尘埃气 体吸收散射19%，地面反射8%，地表吸收 45%。
2.3 地球的辐射与地物波谱
• 1、地球的辐射:太阳辐射与地表相互
作用,地表自身的热辐射
• 2、地物反射波谱:地物的反射率,地物
反射波谱特征
土壤、岩石
作业
• 教材P44-45思考题 • 第2、6、8、9题
几种典型地物反射光谱曲线
• (1) 植被 • (2) 土壤 • (3) 水体 • (4) 岩石 • (5) 其他
• 植被：0.55μm，绿色，叶绿素的影响
•
0.70-0.80μm有反射陡坡
•
贺巧宁
主要内容：
• § 2.1电磁波谱与电磁辐射 • § 2.2太阳辐射及大气对辐射的影响 • § 2.3地球的辐射与地物波谱
本章小结
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
• 一. 电磁波谱 • 二. 电磁辐射的度量 • 三. 黑体辐射
一. 电磁波谱
• 1.电磁波的产生 • 2.电磁波的特性 • 3.电磁波谱
入射电磁波 镜面反射
物
体
吸收
表
面
漫反射 透射/折射
反射率（p)=反射能量/入射能量*100% 吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100% 透射率（T)=透射能量/入射能量*100%
3.电磁波谱
• 电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的 波长或频率，递增或者递减排列构成的 谱带则称电磁波谱。
• 以频率从高到低或者波长从短到长排列 可以划分为r射线、X射线、紫外线、可 见光、红外线、微波、无线电波
大气透射分析
• 反射30%，散射22%，吸收17%，透过31%。
• 臭氧吸收3%，云层反射散射25%，尘埃气 体吸收散射19%，地面反射8%，地表吸收 45%。
2.3 地球的辐射与地物波谱
• 1、地球的辐射:太阳辐射与地表相互
作用,地表自身的热辐射
• 2、地物反射波谱:地物的反射率,地物
反射波谱特征
土壤、岩石
作业
• 教材P44-45思考题 • 第2、6、8、9题
几种典型地物反射光谱曲线
• (1) 植被 • (2) 土壤 • (3) 水体 • (4) 岩石 • (5) 其他
• 植被：0.55μm，绿色，叶绿素的影响
•
0.70-0.80μm有反射陡坡
•
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
2、黑体辐射规律 普朗克公式：
M ( , T ) 2hc
2
5
1 e ch / KT 1
此式有两个自变量： λ、 T ，其它都是常数，因而 可写为： W = ƒ (λ, T ) 其函数曲线可表示为：
c为真空中的光速； k为波尔兹曼常数， k=1.38×10－23 J/K； h为普朗克常数， h=6.63×10-34Js； M为辐射出射度。
于遥感研究不需要对太阳分层考虑，因而通常 认为光球发射的几乎是全部的太阳辐射。
图2.11 太阳辐照度分布曲线
二、大气分层
大气厚度约1000km，并且在垂直方向有层次的区别，自下而上大致 分层为：（各层之间逐渐过渡，没有截然的界线）。
对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，包含大气 总量的3/4和几乎全部水汽，天气变化频繁，航空遥感主要 在该层内，对遥感数据产生很大影响。 平流层：高度在12～80 km，几乎没有天气现象，底部为 同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧 层对紫外线的强吸收而逐渐升高（在地面观测不到0.29µ m 波长的太阳辐射）。 电离层：高度在80～1 000 km，大气中的O2、N2受紫外线 照射而电离，主要反射地面发射的无线电波，对遥感波段 是透明的，是陆地卫星活动空间。 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对遥感基本 上没有影响。
3.实际物体的辐射 （1）地物的发射率 • 发射率是指地物的辐射出射度(即地物 单位面积发出的辐射通量)M与同温度的黑 体的辐射出射度(即黑体单位面积发出的辐 射总通量M黑的比值。
M M黑
• 地物的发射率与地物的性质、表面状况(如 粗糙度、颜色等)有关，且是温度和波长的 函数。
第二章之一 电磁波谱与电磁辐射-1
绝对黑体的总辐射出射度随温度与温度的 4次方成 正比:
WM = σ T 4
σ: 斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297） ×10－12 Wcm-2K-4
红外装置测试温度的理论根据。
黑体辐射 光谱中最 强辐射对 应的波长
λmax
λmax 与T有何关系?
黑体辐射光谱中最
强辐射的波长λmax
2. 石英的辐 射比黑体 辐射要弱
三、黑体及黑体辐射规律
（一）黑体与黑体辐射 （二）黑体辐射定律 （三）一般辐射体和基尔霍夫定律
三、黑体及黑体辐射规律
（三）一般辐射体和基尔霍夫定律 1、一般物体的发射率
发射率：实际物体的辐射通量密度(M(λ,T))与同 一温度下黑体辐射通量密度Mb(λ, T) 的比值。
9中红外（3.0—6.0μm）
9远红外（6.0—15.0μm）
9超远红外（15—1000μm）
采用热感应方式探测地物本身的辐射，白天、夜间均 可进行，为全天时遥感。
(4) 微波
波长1mm—1m, 分为：毫米波、厘米波 和分米波; 能进行全天时全天候的遥感探测 ;
对某些物质具有一定的穿透能力。
• 波长为0.01—0.4μm； • 碳酸盐岩分布探测、油污染监测； • 臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常探测高度在
2000米以下。
（2） 可见光
• 遥感中最常用的波段； • 不同地物在此波段的图象易于区分。
（3） 红外线
• 波长0.7—1000μm。
9近红外（0.70—3.0μm）
中红外、远红外和 超远红外是产生热 感的原因，所以称 为热红外
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波与电磁波谱的概念 二、电磁辐射的度量 三、黑体及黑体辐射规律
WM = σ T 4
σ: 斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297） ×10－12 Wcm-2K-4
红外装置测试温度的理论根据。
黑体辐射 光谱中最 强辐射对 应的波长
λmax
λmax 与T有何关系?
黑体辐射光谱中最
强辐射的波长λmax
2. 石英的辐 射比黑体 辐射要弱
三、黑体及黑体辐射规律
（一）黑体与黑体辐射 （二）黑体辐射定律 （三）一般辐射体和基尔霍夫定律
三、黑体及黑体辐射规律
（三）一般辐射体和基尔霍夫定律 1、一般物体的发射率
发射率：实际物体的辐射通量密度(M(λ,T))与同 一温度下黑体辐射通量密度Mb(λ, T) 的比值。
9中红外（3.0—6.0μm）
9远红外（6.0—15.0μm）
9超远红外（15—1000μm）
采用热感应方式探测地物本身的辐射，白天、夜间均 可进行，为全天时遥感。
(4) 微波
波长1mm—1m, 分为：毫米波、厘米波 和分米波; 能进行全天时全天候的遥感探测 ;
对某些物质具有一定的穿透能力。
• 波长为0.01—0.4μm； • 碳酸盐岩分布探测、油污染监测； • 臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常探测高度在
2000米以下。
（2） 可见光
• 遥感中最常用的波段； • 不同地物在此波段的图象易于区分。
（3） 红外线
• 波长0.7—1000μm。
9近红外（0.70—3.0μm）
中红外、远红外和 超远红外是产生热 感的原因，所以称 为热红外
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波与电磁波谱的概念 二、电磁辐射的度量 三、黑体及黑体辐射规律
第二章遥感的物理基础
28
传感器探测波段的设计，是通过分析
比较地物光谱数据而确定的。
多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：
MSS1(0.5-0.6 μm) MSS2(0.6-0.7 μm) MSS3(0.7-0.8 μm) MSS4(0.8-1.1 μm)
TM的波段： TM１ 0.45~0.52μm TM２ 0.52~0.60μm TM３ 0.63~0.69μm TM４ 0.76~0.90μm TM５ 1.55~1.75μm TM６ 10.4~12.5μm TM７ 2.08~2.35μm
2 k 4 4 4 W0 T T 2 2 15c h
40
(3)维恩位移定律：Wien's displacement law
随着温度的升高，辐射最大值对应 的峰值波长向短波方向移动。
max T b
温度 波长 300 9.66 500 5.80 1000 2.90 2000 1.45 3000 0.97 4000 0.72 5000 0.58 6000 0.48 7000 0.41
W
W黑
W W黑
4
在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波 段）；吸收率越大，发射率也越大。
第二章：遥感的物理基础
第一节：电磁波与电磁波谱 第二节：地物的光谱特性 第三节：大气对电磁辐射的影响 第四节：彩色合成原理
1
第一节：电磁波与电磁波谱
一、电磁波：电磁场在空间以一定的 速度由近及远的传播过程。从能量的 角度又称为电磁辐射。
二、电磁波谱
按电磁波波长的长短，依次排列制成 的图表叫电磁波谱。 依次为：
37
1.
2.
3、黑体辐射定律
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• 黑体是一个理想的热辐射体，在自然界并不 • 存在，但是在实验室可以近似地制作它，在 • 自然界的某些物体(如太阳)可以看作黑体。
• 2．灰体 • 如果物体的吸收率与波长无关，且为小于l • 的常数，这种物体称灰体。
3．选择性辐射体
如果物体的吸收率(或发射率)随波长 而变，则这物体称做选择性辐射体。 在自然界中绝大多数物体是选择性辐射体。 不少选择性辐射体在某些波长间隔内的吸 收率随波长变化很小，可以近似看作灰体。 在红外波段，不少物体的吸收率近似于1， 这些物体在这一波段可以近似看成黑体。
• 冬季高纬地区和青藏高原 • 地表温度很低(等于或低于云顶) • 难以区分无云区和中低云区
• 推导 二 • 以下定律都在热力平衡条件下成立 • 维恩位移定律
Tλ
• • • •
m
=
b
b= 2.897 10-3 m*K 当黑体的温度升高时，最大辐射值朝短 波方向移动 太阳6000K，最大辐射波长0.47微米 地球256K，最大辐射波长10微米
太阳常数
• • • • • • • • • 是指在不考虑大气在平均日-地距离处，垂 直于太阳入射的表面上接收到的太阳辐照度。 地球表面测量到的太阳辐射光谱曲线是波长 的函数。 太阳辐射能主要集中于0.3-3微米，辐照度 最大值位于0.47微米。 大约1/4的太阳辐射能在小于0.47波段 太阳辐射能总数的46%在0.4-0.76可见光波 段。
4．发射率
如果将辐射体的辐射通量密度M’与具有同 一温度的黑体的辐射通量密度M作比值，即
由于辐射体发射的辐 射随波长而变，所以 发射率也是波长的函 数，写为
某些地面目标物的发射率(红外谱段)
5．辐射平衡与局地热力平衡
• 自然界的所有物体都在向四周放射辐 • 射，同时也从周围吸收辐射能。 • • • • • 如果一个物体在某一温度从外界得到 辐射能，恰等于物体因辐射而失去的辐射 能，则该物体的热辐射达到平衡，而温度 保持不变，这一热辐射过程称做平衡热辐 射或辐射平衡。
• • • • •
近紫外还分： 对大多数人没大危害的UVA(0.32～0.40μm)、 对生物引起太阳辐射伤害的UVB(0.29～0.32μm) 较强时对多数生命产生严重的损害的UVC(0.25～ 0.29μm) 。
• • • •
(4)可见光谱段(VIS) 狭窄的波长间隔 0.35—0.76微米 对人眼的网膜施以一种特殊的刺激而引 起 • 视觉 • 短紫外（紫蓝绿黄橙红）红外长 • 太阳辐射的主要范围是可见光辐射。
第二章电磁波谱及辐射基本定律
一、电磁波谱 1．电磁波段的划分 电磁辐射包括太阳辐射、地球大气的热辐 射和无线电辐射等，它的波长范围很广, 按电磁波的频率或波长划分： γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、 微波等波段。
电磁波谱
电磁波谱的划分
(1)γ射线 放射性元素蜕变时产生 从10-11—10-4纳米 能量很高，能穿透非常稠密的物质
二、辐射基本定理
• • • • • • • • • • （一）、辐射体和辐射平衡 根据物体的吸收或发射能力，通常将物体 分为三类： 1．黑体 黑体是指某一物体在任何温度下，对任 意方向和任意波长的吸收率或发射率都等 于l，这种物体称为黑体。 或者说，在热力学定律允许的范围 内，最大限度地把热能转变为辐射能的理 想热辐射体叫做黑体。
• （5）吸收率a、反射率r、透过率τ • 当辐射通过介质时，部分将透过，部分 被吸收，部分被反射。三部分辐射的总 和等于入射到介质的辐射能量。
吸 收 率
反 射 率
透 过 率
基尔霍夫定律
在任一给定温度下，辐射通量密度（M）与吸收 率（α ）之比对任何材料都是一个常数，并等于 该温度下黑体的辐射通量密度（M黑）。
吸收带和大气窗
• • • • • •
大气窗区 可见光0.55 －0.75μm 近红外0.8 －1.1μm 1.45 －1.80μm 短波红外3.55 －3.75μm 热红外10 －12μm
• 窗区内仍有少量吸收，如：弱吸收线、强 • 吸收带的翼线，在可见光和近红外区尚有 • 气溶胶的散射作用
• • • • • • • • • •
M M黑
结合发射率的定义，可进一步推导出ε =α ，即 地物的发射率等于吸收率。
绝对黑体的辐射定律
对于频率为ν 的谐振子最小能量为
e hn
式 中h 称为普朗克常数
h 6. 63 10
-34
J. s
振子在辐射或吸收能量 时，从一个状态跃迁 到另一个状态。 在能量子假说基础上，普朗克得到了黑 体辐射公式：
• 对于地球大气系统，它要受到太阳辐射和 • 其他微粒流的作用，同时大气内存有温度 • 梯度，所以大气中没有完全的热力平衡。 • • • • • • • • 但在所有热力不平衡系统中，在一个宏观 小体积内建立平衡的时间要短得很多。从 此出发，可设想大气中存在如下状态：在 这个状态中，气体的每一体积元量犹如处 在热力平衡状态中(对这个体积温度而 言)，这样的平衡称局地热力平衡。实际大 气中，在50km以下可以认为大气处在局地 热力平衡。
M B (T) 0 M Bl (T) dl
由实验及理论都可以得到斯忒藩—玻尔兹曼定律
M B (T ) s T
s=
8
4
2 4
5.67 10 w.m .K
亮度温度Tb
如果物体发射的辐射亮度（辐射强度）与 温度为Tb的黑体辐射亮度温度相等我们称 黑体的温度Tb 为该物体的亮度温度。
即每个向上辐射强度测值均可转换成一个 温度值，这种方式所测得的温度称为“亮 温”
• • • •
2．参数间的关系、使用单位和量子特性 (1)电磁波各参数的关系 电磁波谱通常以波长和频率来表示，真空 中存在关系:
• λ是波长，f是频率，c是光速。在真空中 • c=2.997925±0.000003×108m.s-1。 • 每秒约30万公里
• • • •
(2)电磁波各谱段使用的单位 电磁波波长单位的换算见表。在日常使用 中．可见光波段的波长单位常用nm(纳米)和 μm(微米)；红外波段的波长单位常用μm。
亮度温度比实际温度低,物体的光谱发射率偏离1越远,则 其亮度温度偏离真实温度就越大；反之，光谱发射率 越接近于1,那么亮度温度就越接近于真实温度 在相同的温度与波长下，实际物体的热辐射总比黑体辐 射小；而在具有相同热辐射的条件下，黑体温度必然 低于实际物体的实际温度 亮度温度是用卫星测到的辐射能的值 计算出来的(使用辐射定律)
• 亮度温度 • 10.3-12.5微米 • 等效黑体温度TBB • Black BodyTemperature
• 在无云或少云区 • TBB是地表黑体辐射温度,值较高 • TBB高值区常与高气压系统相对应
• • • •
在云区里 TBB是云顶的辐射温度,值较低 TBB低值区一般为云区 尤其是夏季和热带地区
– 大气对太阳辐射的吸收(臭氧、水汽) – 大气对太阳辐射的反射(云) – 大气对太阳辐射的散射(分子、气溶胶)
（三）大气气体的长波吸收
• 1．大气吸收气体成分和温室气体
• • • • • • • • • 辐射与地球大气的相互作用表现为 大气中各种吸收气体对辐射的吸收、反射、 透射和它自身发射辐射。这种相互作用与 大气中气体成分的含量和分布有密切的关 系。 下表给出了大气中各气体成分的含量。 从中看出，大气中的氧、氮和氩等恒定气 体的含量在99.99％以上，它们的体积比到 80km以上没有变化。
业务上最常使用的卫星图象有如下几种： (a)可见光图象(VIS):可见光和近红外波段 太阳光反射辐射的图象(波长0.4-1.1um)： (b)红外图象(IR):地一气系统在热红外波 段发射辐射的图象(波长l0-12um)： (c)水汽图象(WV):水汽发射辐射的图象(波 长6-7um) (d)通道3图象(3.7um):太阳和地一气系统 重叠区辐射的图象，有时称这一波段为“近 红外”。
M
Bl
( l , t ) 2 p hc2l来自-51e
c ——光速
hc -1 klT
k ——玻尔兹曼恒量 e ——自然对数的底
这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。
推导一 斯忒藩（Stefan)——玻尔兹曼定律
MBλ ( T ) ~ 曲线下的面积等于绝对黑体在一 λ 定温度下的辐射出射度 MB ( T ) 即：
• • • • • • • • • •
(3)电磁波的量子特性 从量子观点看，电磁辐射可以看成是一 粒一粒以光速c运动的粒子流，这些粒子称 为光量子。(能量单位leV=1.6×10-19J) 光量子的能量从光化学角度常用摩尔 能量(单位：kcal)表示，由于光生物学是 以光化学反应为基础的，大多数光化反应 的活化能都在20～100kcal.mol-1之间，所 以由光量子能量的摩尔大小可以看出某波 长的光能否产生光生化反应。
• • • • • • • •
(5)红外线(IR) 0.76-1000微米 分子原子的振动转动产生 短（近中远）长 热辐射、温度辐射 (6)微波(MW) 由物质内部分子的转动引起的 1毫米-30厘米如微波炉、天气雷达10厘 米。 • (7)无线电波大于300mm
• 电磁波谱各谱段的划分常没有严格的界限。 • 在两谱段之间的边界是渐变的，在某些文 • 献中，其划分与上略有不同。 • • • • • • • • 按照使用目的划分:反射波段:0.38～ 3.0μm谱段，这一波段的辐射源是太阳， 卫星接收的是地面云顶对太阳辐射的反射 辐射，反射波段还可以波长分为反射可见 光谱段和反射近红外谱段。 按吸收物质划分:将水汽吸谱段称之为水汽 带，二氧化碳吸收谱段称为二氧化碳吸收 带。
• • • • •
地面覆盖物对太阳辐射的反射 土壤粒子减小反照率增大 叶绿素在0.45和0.67强吸收 绿色植物0.55和0.76-1.1强反射 水在1.4和1.9强吸收