第七章大气环讲义境遥感
大气和环境对遥感的影响
结论
1. 太阳辐射衰减的原因是什么？ 2. 在可见光和近红外波段，大气最主要的散
射作用是什么？
3. 无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？
4. 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？
5. 微波为什么具有极强的穿透云层的作用？ 6. 为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大
气层的散射和吸收作用？
五、环境对地物光谱特性的影响
1. 地物的物理性状 2. 光源的辐射强度：纬度与海拔高度 3. 季节：太阳高度不同 4. 探测时间：时间不同，反射率不同。
5. 气象条件
▪ Rayleigh scatter is one of the principal causes of haze in imagery. Visually haze diminishes the crispness or contrast of an image.
Relationship between path length of EM radiation and the level of atmospheric scatter
▪ This normally involves absorption of energy at a given wavelength.
▪ The most efficient absorbers of solar radiation in this regard are:
– Water Vapour – Carbon Dioxide – Ozone
大气和环境对遥感的影响
• 大气的成分和结构 • 大气对太阳辐射的影响 • 大气窗口 • 环境对地物光谱特性的影响
一、大气的成分
• 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射 和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分 有关。
大气环境与生态系统的遥感监测与评估
大气环境与生态系统的遥感监测与评估大气环境和生态系统是人类生存和发展所必须的基本要素。
随着经济的发展和人类活动的增多，大气环境和生态系统也受到了越来越严重的破坏。
为了更好地保护和管理大气环境和生态系统，遥感监测和评估技术逐渐成为环保领域的热门话题。
一、大气环境的遥感监测与评估大气环境是指地球大气层的物理、化学和生物学状况。
大气环境对生态系统和人类的活动都有着重要影响。
大气污染已成为全球性的环境问题，严重影响了人类的生命健康和社会经济的发展。
遥感技术为大气环境监测提供了一种新的手段。
它可以通过卫星、飞机、无人机等载体获取大气环境数据，不受时间和空间限制，能够提供全球范围内的大气环境状况，大大提高了监测效率和质量。
遥感技术可以获取大气环境的多种信息，如大气温度、湿度、风速、风向、空气质量、大气成分等。
这些信息能够帮助科学家分析大气环境状况，研究空气污染的来源和规律，并制定出相应的应对措施，以减少大气污染对人类的危害。
二、生态系统的遥感监测与评估生态系统是指生物与环境相互作用形成的综合体系，包括陆地生态系统、水生生态系统、海洋生态系统等。
生态环境的破坏已成为全球性的问题，对生物多样性的保护和人类的生存都带来了很大的挑战。
生态系统的遥感监测与评估是保护生态环境的一种有效手段。
通过遥感技术，可以获取生态系统各个组成部分的数据，如植被覆盖度、生物量、土地利用方式等。
这些数据能够帮助科学家了解生态系统的状态和变化规律，并采取有效的措施来保护生态环境。
例如，遥感技术可以对森林砍伐的情况进行监测和评估，了解森林覆盖度的变化和森林生态系统的健康状况，并通过分析原因找到露天矿山、有害生物等破坏森林的罪魁祸首，进而采取相应的措施，如采取植树造林、森林保护等来恢复和保护森林。
三、结语遥感技术的应用不仅提高了大气环境和生态环境监测和评估的质量和效率，还为科学家提供了更多的信息和数据，有助于科学家更准确地分析和预测环境变化趋势。
大气环境遥感
大气环境遥感的重要性
气象预报
遥感观测能够提供大范围、高分辨率的大气温度、湿度、 风速、风向等气象信息，有助于提高气象预报的准确性和 时效性。
气候变化研究
遥感观测能够获取长时间序列的大气成分和气溶胶等信息， 有助于揭示气候变化的原因和机制，为应对气候变化提供 科学依据。
空气质量监测
遥感观测能够实时监测大气中的污染物浓度和分布，为空 气质量预警和污染治理提供数据支持，保障公众健康。
案例二：空气质量监测中的遥感技术应用
总结词
详细描述
遥感技术在空气质量监测中具有广泛的应用， 能够快速获取大范围空气质量数据，提高监 测效率和准确性。
遥感技术利用卫星或无人机搭载的传感器， 检测大气中的污染物浓度，如二氧化氮、二 氧化硫、一氧化碳、臭氧等。通过分析这些 数据，可以评估空气质量状况，预测污染物 扩散趋势，为污染防治和公众健康防护提供 科学依据。
空气质量监测与评估
总结词
遥感技术能够快速获取大范围的空气质量信息，为空气质量评估和污染治理提供 科学依据。
详细描述
通过卫星遥感和地面监测站相结合的方式，可以获取PM2.5、PM10、NO2等主 要污染物的空间分布和浓度信息，从而评估空气质量状况和污染程度。这些数据 可以帮助环保部门制定针对性的污染治理措施。
常见的雷达遥感器包括气象雷 达、降水雷达、地震雷达等。
03
大气环境遥感应用
气象预报与气候变化研究
总结词
利用遥感技术获取的大气参数和气象数据，能够提高气象预 报的准确性和时效性，同时为气候变化研究提供重要数据支 持。
详细描述
遥感技术可以获取大范围、连续的大气参数，如温度、湿度 、风速、风向等，这些数据可以用于建立和验证气象预报模 型。此外，通过长期监测大气中温室气体的浓度，遥感技术 为研究气候变化提供了宝贵的数据。
大气环境对遥感图像质量影响
大气环境对遥感图像质量影响一、大气环境概述大气环境是地球表面包围的气体层，它对遥感图像的质量有着直接和间接的影响。
大气环境由多种气体组成，包括氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳以及其他微量气体。
这些气体在不同程度上吸收和散射太阳辐射，从而影响遥感传感器接收到的信号。
此外，大气中的气溶胶、云层和雾等也会影响遥感图像的质量和解析度。
大气环境对遥感图像质量的影响主要体现在以下几个方面：1.1 大气吸收大气中的气体分子和气溶胶颗粒会吸收特定波长的电磁波，导致遥感图像在某些波段上信号减弱。
这种吸收效应在红外和紫外波段尤为显著，因为这些波段的辐射更容易被大气中的水汽和臭氧吸收。
1.2 大气散射大气散射是指大气中的分子和颗粒物对电磁波的散射作用。
散射会导致遥感图像上出现模糊和对比度降低的现象，尤其是在可见光和近红外波段。
散射效应与大气中的气溶胶浓度、云层厚度以及相对湿度等因素密切相关。
1.3 大气折射大气折射是由于大气密度随高度变化引起的电磁波路径弯曲现象。
大气折射会影响遥感传感器的几何精度，导致图像上的地物位置发生偏移。
这种偏移在低空遥感和长距离传输中尤为明显。
1.4 云层和雾云层和雾会阻挡或散射太阳辐射，从而降低遥感图像的可见性和质量。
云层的存在使得地表特征难以被遥感传感器捕捉，而雾则会导致图像对比度降低，细节丢失。
二、大气环境对遥感图像质量影响的分析2.1 大气吸收对遥感图像质量的影响大气吸收对遥感图像质量的影响主要表现在特定波段的信号衰减上。
例如，在红外波段，水汽的吸收会导致遥感图像在这一波段的信号显著减弱，影响地表温度的准确测量。
为了减少大气吸收的影响，遥感数据处理中通常会采用大气校正模型来估计和校正吸收效应。
2.2 大气散射对遥感图像质量的影响大气散射会导致遥感图像的对比度降低和细节模糊。
散射效应在图像上表现为背景亮度的增加和目标特征的减弱。
为了改善散射引起的图像退化，可以采用图像增强技术和大气校正算法来提高图像质量。
遥感技术在大气环境研究中的应用
遥感技术在大气环境研究中的应用大气环境的研究对于我们的生活和发展具有重要意义。
随着科技的进步和遥感技术的不断发展，我们可以通过遥感技术来获取关于大气环境的大量数据和信息。
本文将探讨遥感技术在大气环境研究中的应用，并分析其优势和潜力。
首先，遥感技术可以提供大气环境的实时观测和监测。
传统的气象观测需要安装大量的气象站，而且只能提供有限的时间和空间范围内的信息。
然而，遥感技术通过卫星、飞机或无人机等平台，可以实时获取遥远地区的气象数据，不受地理条件的限制。
这使得研究人员能够更好地了解大气环境的变化和演变趋势。
其次，遥感技术可以提供全球范围内的大气环境监测。
气象观测站的分布通常局限在特定的地理区域，无法提供全球范围内的数据。
然而，遥感技术可以在全球范围内获取大气环境的数据，可以更好地理解全球气候变化和大气环境的地理分布规律。
这对于制定全球环境政策和气候变化调控具有重要意义。
此外，遥感技术可以提供大气污染物的监测和预测。
大气污染对于人类的健康和环境造成了严重的影响，因此对大气污染的监测和预测是十分重要的。
通过遥感技术，可以获取大气污染物的浓度、分布和排放源等信息，可以帮助我们了解污染源的位置和风险地区。
这对于进行大气污染的防治和减少具有重要的指导意义。
另外，遥感技术还可以提供大气温度、湿度和风速等参数的监测。
这些参数对于气象学研究和气候模型的建立具有重要作用。
通过遥感技术，可以获取大气垂直剖面的温湿度变化以及风速的分布情况，可以更好地理解大气的热力结构和风场特征。
这对于气象预报和灾害预测等方面有着重要的应用价值。
尽管遥感技术在大气环境研究中具有广阔应用前景，但也面临一些挑战和限制。
一方面，遥感技术本身的分辨率和精度对于大气环境的监测和研究有一定的限制。
另一方面，遥感技术的数据获取和处理也需要大量的人力和技术支持。
因此，我们需要进一步提升遥感技术的分辨率和精度，并且加强遥感技术与其他观测手段的融合，以更好地利用遥感技术来研究和保护大气环境。
《大气环境遥感》课件
遥感与GIS在大气环境研究 中的应用案例
介绍一些利用遥感与GIS技术开 展的大气环境研究案例。
大气环境遥感的未来发展
1
大气环境遥感技术的发展趋势
探讨大气环境遥感技术可能的发展方向，
大气环境遥感技术的创新研究
2
如高分辨率、多波段遥感等。
大气溶胶的遥感监测
利用遥感技术定量分析大气中 的固体与液体颗粒物，如灰尘、 烟雾等。
光学厚度的遥感监测
通过遥感技术测量大气光学厚 度，了解大气透明度、能见度 等信息。
遥感技术与GIS在大气环境研究中的应用
遥感技术与GIS的结合
将遥感数据与地理信息系统相结 合，实现大气环境监测与分析。
大气环境空间分析与决策
遥感原理
1
大气环境遥感的基础知识
了解遥感的基本原理，包括传感器、辐射传输模型和大气参数的反演方法。
2
遥感数据的类型和特点
介绍不同类型的遥感数据（如光学、雷达、红外）及其在大气环境研究中的应用。
遥感技术在大气环境监测中的应用
大气组成和污染物的 遥感监测
利用遥感技术监测大气中的气 体成分和污染物，如臭氧、二 氧化碳、氮氧化物等。
《大气环境遥感》PPT课 件
这是一份关于大气环境遥感的PPT课件，通过遥感技术来监测和研究大气环 境，旨在探索其在环境保护和决策中的应用。
概述
什么是大气环境遥感大气环境遥 Nhomakorabea是利用遥感技术获取大气环境信 息的科学与技术。
大气环境遥感的应用领域
大气环境遥感应用于大气组成与污染物监测、 光学厚度分析、温度和湿度测量等领域。
介绍一些创新的大气环境遥感研究，如 人工智能、机器学习在遥感数据处理中
《大气遥感》课件
03
大气遥感技术与方法
卫星遥感技术
01
02
03
气象卫星遥感
利用气象卫星观测地球大 气层，获取温度、湿度、 气压、风速等信息。
地球观测卫星遥感
通过地球观测卫星获取地 球表面和大气环境信息， 包括土地利用、植被覆盖 、城市扩张等。
雷达卫星遥感
利用雷达卫星对地球表面 进行穿透性观测，获取地 表形态、地形地貌等信息 。
污染治理
根据遥感监测结果，制定针对性的污染治理 措施，提高环境治理效果。
农业与生态资源调查
要点一
农业资源调查
利用遥感技术监测土壤湿度、作物长势等信息，为农业生 产提供科学指导。
要点二
生态资源调查
通过遥感数据监测森林覆盖率、生物量等信息，评估生态 系统的健康状况。
城市规划与建设管理
城市规划
利用遥感数据监测城市扩张、土地利用变化等信息，为 城市规划提供决策支持。
激光雷达遥感技术
01
激光雷达遥感技术通过发射激光 束对地球表面进行扫描，获取地 形地貌、建筑物高度等信息。
02
激光雷达遥感技术具有高精度、 高分辨率等优点，广泛应用于城 市规划、地形测绘等领域。
微波遥感技术
微波遥感技术通过发射微波信号对地 球表面进行观测，获取地表温度、湿 度等信息。
微波遥感技术具有穿透性强、不受光 照条件限制等优点，广泛应用于气象 预报、土地利用监测等领域。
《大气遥感》ppt 课件
目录
• 大气遥感概述 • 大气遥感原理 • 大气遥感技术与方法 • 大气遥感应用领域 • 大气遥感面临的挑战与未来发展
01
大气遥感概述
大气遥感的定义与特点
总结词
大气遥感是一种利用卫星、飞机等平台上的传感器对地球大气进行观测和监测的技术。它具有覆盖范围广、信息 获取速度快、不受地面条件限制等特点。
大气环境遥感监测技术研究
大气环境遥感监测技术研究引言近年来，随着全球环境变化问题日益突出，大气污染和气候变化成为全球关注的焦点。
为了解决这些问题，科学家们不断努力寻找新的方法来监测和评估大气环境状况。
其中，大气环境遥感监测技术的研究逐渐引起了广泛的关注。
本文将探讨大气环境遥感监测技术的研究现状和未来发展方向。
1. 大气环境遥感监测技术概述大气环境遥感监测技术是利用卫星、无人机和地面观测设备等远距离手段收集大气环境相关数据的技术。
它能够实时监测大气污染物浓度、气象要素和气候变化等参数，为环境保护和气候研究提供重要数据支持。
2. 大气污染监测大气污染是当今世界面临的重大问题之一。
传统的大气污染监测方法主要依靠地面监测站点，存在监测点分布不均、无法覆盖广泛区域的问题。
而基于遥感技术的大气污染监测可以通过卫星观测来实现全球或区域性的监测，大大提高了监测的精度和范围。
利用遥感数据，科学家们可以实时获取各类污染物的浓度、分布情况，为制定大气污染治理方案提供科学依据。
3. 气候变化研究气候变化对人类社会和自然环境造成了深远影响。
了解气候变化的趋势和规律对于制定应对措施至关重要。
大气环境遥感监测技术可以通过获取全球气温、海洋表面温度和植被覆盖等数据，揭示气候系统的变化规律和趋势。
同时，遥感数据还可以用于监测冰川融化、海平面上升等气候变化指标，为气候预测和灾害风险评估提供科学依据。
4. 技术挑战与前沿大气环境遥感监测技术目前面临一些挑战。
首先，数据处理和分析的复杂性是一个问题。
遥感数据具有海量、高维度的特点，需要开发有效的算法和模型来处理数据。
其次，卫星覆盖不稳定也限制了遥感监测的广度和连续性。
此外，观测设备的成本和部署也是制约因素。
然而，随着技术的不断发展，这些问题将逐渐得到解决。
未来，大气环境遥感监测技术将进一步发展。
一方面，激光雷达等新型遥感仪器的应用将提高遥感数据的精度和分辨率。
另一方面，人工智能和大数据分析将为数据处理和模型建立提供更多可能。
大气环境光学与光学遥感
大气环境光学与光学遥感光学技术是指利用光学原理制作、改善、研究光学器件和系统的技术，它在现代科技中占有极其重要的地位。
其中，大气环境光学和光学遥感是非常重要的两个分支领域。
今天，我们就来探讨一下这两个技术的概念、应用和发展。
一、大气环境光学1.定义大气环境光学是指在天体观测和定位、地面目标探测等场景下，通过研究大气的光学效应及其特性，优化和精确化成像等技术手段的一门交叉学科。
2.应用大气环境光学的一个主要应用领域是天体观测。
天体观测是指人类利用望远镜、卫星等器物观测天体现象的一种科学活动。
然而，大气光学效应的存在往往会影响到相关的观测结果。
大气环境光学的研究可以帮助科学家们更好的了解大气的特性，优化望远镜等光学器件的设计和成像质量，提高观测的精度。
此外，大气环境光学还可以被应用于地面目标探测等领域。
比如，利用恶劣天气下的大气层瑞利散射来探测地面目标。
3.发展大气环境光学的发展至今已有数十年的时间。
前前后后涌现出的各种技术手段和设备，让大气环境光学的应用领域变得越来越广泛。
其中，自适应光学是一个重要的技术手段。
自适应光学系统可以实现对大气畸变的实时补偿，从而提高光学设备的分辨率和成像质量。
二、光学遥感1.定义光学遥感是指利用电磁波的散射、辐射等物理过程来检测地球表面物体的状态和特性的一种遥感技术方法。
2.应用光学遥感的应用非常广泛。
其中，它在环境监测、农业、森林资源管理、城市规划等方面的应用尤为突出。
比如，在环境监测方面，可以通过光学卫星遥感技术，实现对大气、土地、水体等方面的实时监测。
而在农业和林业方面，可以通过光学遥感实现对农田、森林等植被的长期监测和成像观测，从而帮助相关领域完成资源管理和保护工作。
3.发展光学遥感技术的发展，主要源于航空技术和卫星技术的进步，以及新型成像设备和处理技术的不断涌现。
随着技术的不断提高和更新，光学遥感技术已经逐渐成为地球观测的重要手段之一。
总之，在大气环境光学和光学遥感这两个领域，技术的不断升级和发展，意味着它们的应用范围和价值也在不断扩大。
大气环境污染遥感监测预警现状，问题与解决策略
大气环境污染遥感监测预警现状，问题与解决策略摘要:现阶段，我国社会经济水平发展迅速，在这样的背景下，工业和交通业的发展速度也逐渐加快。
想要发展经济就需要生产更多的新型产品，但随着工作效率的提升，大量的污染气体被排放到大气中。
由于大气中的有害物质不断累积、增加，导致我国大气污染严重超标，甚至影响到人们的正常生活，所以现阶段更需要对大气环境的污染进行治理。
人们的生存主要依赖的就是大气环境，它不仅仅可以给人们提供安逸的生存空间，同时还可以给人们提供生活和发展的重要资源，因此进行大气污染治理工作是非常有必要的。
关键词:环境工程;大气污染;遥感监测预警；解决策略引言随着我国城镇化和工业化的不断发展，大气污染问题日益突出，导致我国大部分城市出现了严重的雾霾现象，对人们的出行和身体健康产生了巨大的威胁。
由于大气污染的不断加剧，人们也逐渐开始关注大气污染治理的相关问题，着力提高城市的环境质量。
1大气污染的形成原因分析雾霾、臭氧层破坏、全球气候变暖等，都是因为大气污染直接或间接导致的，这不仅仅是破坏了整个地球自然生态环境的平衡，同时还损害了人类的健康、安全。
从当前的实际和研究情况来看，造成大气污染的主要原因包括以下几点:第一是人类的生产活动，如工业化生产过程当中的废气排放,会对大气造成非常严重的污染;第二是供暖、用电，我国的供暖和用电以煤炭为主要的能源，由于技术的限制，当前煤炭的燃烧依然会产生很多的气体污染物，进而造成大气污染;第三是交通和社会建设，如交通工具的尾气排放，各项工程所产生的粉尘等，也是造成大气污染的主要原因;第四是绿化面积减小，城市化建设以及其他的人类活动，使得林木、植物的绿化面积大幅度减小，削弱了其对大气污染的过滤作用，这也加剧了大气污染。
2大气污染造成的危害首先，大气污染会对人体的健康造成一定的影响，空气使人类赖以生存的条件之一，人类在生活中直接接触空气环境，空气中一些有毒有害的气体通过呼吸系统会进入人体各大器官，久而久之会对身体造成巨大的影响，甚至当大气中有毒气体浓度达到一定值的时候还会造成人们发生空气中毒现象，根据相关研究总结，空气中的污染物对人体造成的危害如下:(1)空气中的二氧化硫会导致人体视距降低、各类眼科疾病和呼吸道疾病;(2)空气中的硫化氢会导致人体发生呼吸系统疾病、内分泌失调、消化系统和神经系统衰弱;(3)氮氧化物会导致人们发生支气管炎、气管炎和一些肺部疾病;(4)空气中的粉尘会导致人体发生慢性气管炎;(5)光化学烟雾会导致眼睛红肿和肺水肿;(6)碳氢化合物会对人类的皮肤和肝脏造成损害，同时碳氢化合物也是主要的致癌污染;(7)一氧化碳会导致头晕、贫血、心肌损伤、神经系统麻痹以及呼吸困难。
遥感应用模型7-大气遥感
一、传统大气环境质量监测
——20世纪50年代开始大规模开展 20世纪50年代，以美国为首的发达国家，对空气中主要污染物
纳入常规监测，主要为SO2，CO， TSP，NOX，O3，总HC等6个
项目；空气监测对象由气体一种形态扩展到气体、蒸气、颗粒物3 种不同形态。 1953年后，随着大流量空气采样器的使用，开展空气监测的地 区和城市大幅增加，不少城市还划定空气质量控制区并建立一批空
征进行分析，总结大气环境质量的空间格局的特征及其形成机制。
四、大气程辐射研究
传统意义上，研究大气程辐射的主要目的是进行大气校正，即 去除传感器接收到的影响和干扰地面信息的大气影响，主要分为精 确校正和粗略校正两种方法。 精确校正需要找到每个波段像元亮度值与地物反射率的关系。 为此需要得到卫星飞行时的大气参数，以求出大气的参数：大气透 过率和大气程辐射遥感值。
由于在遥感信息中，大气污染信息叠加于多变的地面信息之上，
——20世纪80年代人们开始尝试间接的方法。 如范心坍等人根据城市热岛情况对城市大气污染进行估计。 Fujii Hisao等人根据树叶SO含量与植被指数的关系估计大气
污染，但这均是一些定性描述或者是间接结果。
——20世纪90年代以后，开始对大气环境进行遥感定量描述。
气监测站点，初步组成空气监测网；分析手段也发生重大变化，由
40年代的以化学法为主，过渡到以分光光度法为主的新时代。
——目前大气环境质量监测仍然延续定点采样的方法，包括在城市
建立固定的大气环境监测站。
——随着分析手段的日益增多，在大气常规监测中，监测的内容不 断扩大，监测的精度和范围也有所提高。 ——除了定点采样外，较为先进和准确的方法是步建立和完善的全
议上瑞典人首先提出，他们的代表做了一个《超越国境的污染大气
第七章大气环境遥感
大气模拟需要精确的实时(卫星飞过天空时) 大气剖面数据 , 包括不同高度的气温、气压、水蒸汽含量、气溶胶含 量、CO2 含量、O3含量等等
单击此处编辑 母版 标题样式 3 大气遥感应用 —— 城市热岛监测
对于所研究的区域而言, 这些实时大气剖面数据一般是没 有的。 因此, 大气模拟通常是使用标准大气剖面数据来代替实时 数据, 或者是用非实时的大气空探数据来代替。 由于大气剖面数据的非真实性或非实时性, 根据大气模拟 结果所得到的大气对地表热辐射的影响的估计通常存在 较大的误差, 从而使大气校正法的地表温度演算精度较 差(一般> 3℃)。
此处编辑母版 式 2 单击 大气遥感应用 ——标题样 气溶胶监测
卫星遥感弥补了一般地面观测 难以反映空间具体分布和变化 趋向的不足，为人们全天候、 实时了解大范围的气溶胶变化 提供了可能 但是由于遥感方法对于光学厚 度反演过程中源于地表反照率 和气溶胶模型带来的误差难以 估计，因此卫星遥感需要同时 有地面遥感观测进行对比与校 正
单击此1 处编辑 母版标题样式 大气环境概述
大气环境遥感原理 太阳电磁辐射经过大气 的各种衰减，到达地面 后的比例很小，达到地 面的能量仅占入射总能 量的31%。
通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较 高的电磁辐射波段就被称为是大气窗口。
单击此1 处编辑 母版标题样式 大气环境概述
大气环境遥感原理 大气对太阳辐射具有吸收、散射和透射等作用 大气散射：电磁辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播 方向改变，并向各个方向散开。 大气散射和大气吸收的异同点？ 相同点：原传播方向 的辐射强度减弱 吸收作用使辐射能量转变为分子的内能，从而引起这些 波段太阳辐射强度的衰减 散射：使原传播方向的辐射强度减弱，增加向其他方向 的辐射 散射改变了太阳辐射的方向，但是并不改变太阳辐射的 强度
《大气遥感》PPT课件
方式和手段
❖ 60年代以后，随着红外、微波、激光、声学和电子 计算机等新技术蓬勃开展，对大气信号的认识普及 紫外、可见光、红外、微波、声波、无线电波等波 段，形成了光学大气遥感、激光大气遥感、红外大 气遥感、微波大气遥感、声波大气遥感等各个分支。
❖ 大气遥感被广泛应用于气象卫星、空间实验室、飞 机和地面气象观测，成为气象观测中具有广阔开展 前景的重要领域。
辐射产生的原因
❖ 光辐射 ❖ 依靠入射光补充能量而导致的辐射〔如夜光等〕 ❖ 电辐射 ❖ 依靠放电补充能量而导致的辐射〔如日光灯等〕 ❖ 化学辐射 ❖ 依靠化学反响补充能量而导致的发光 ❖ 热辐射 ❖ 物体因吸收外界的热量或减少本身的内能而产生
的辐射，也称为温度辐射
❖ 在物理学中，直接把辐射作为电磁波 ❖ 每份能量的辐射称为光子。每个光子的能量
❖ 近年来人类活动造成的地球大气气候变迁成为大气 科学研究热点，其原因也在于人类活动所排放的某 些物质会改变地球大气中的辐射过程所致。
简史—现代大气辐射学的理论根底
基尔霍夫 Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)
德国物理学家 1859：Kirchhoff’s Law 基尔霍夫定律：
1871：Rayleigh Scattering
瑞利散射：
尺度远小于入射光波长 的粒子所产生的散射现象。 分子散射强度与入射光的波 长四次方成反比, 且各方向的 散射光强度是不一样的。
简史—现代大气辐射学的理论根底
Gustav Mie (1868-1957) 德国物理学家 1908：Mie theory 米散射理论
❖ 利用上述研制的实验设备，建立从大气信号 物理特征中提取大气信息的理论和方法，即 反演理论，是大气遥感研究的根本任务。
大气辐射与遥感-第七章2
( ) Ts = Tb1 +h Tb1 - Tb2
h = 1- G1 » k1 G1 - G2 k2 - k1
（7.4.20）
用10.9和12μm确定地表温度，夜间加上3.7μm增加反演精度。
§ 7.4.2 温度廓线的遥感
根据卫星热红外辐射观测推求大气温度廓线最早是由King (1956)提出的，证明了由辐亮度推求温度廓线的可行性。
透射比主要是水汽的连续吸收形成的：Gv (t ) » exp(-kvm) =1- kvm
两个通道的窗区方程：
I1 = B1 (Tb1) = B1 (Ts ) G1 + B1 (Ta ) [1- G1] I2 = B2 (Tb2 ) = B2 (Ts ) G2 + B2 (Ta )[1- G2 ]
（7.4.13） （7.4.14）
(3) 波数690之外，随波数下 降，温度却又升高，这是 由于平流层温度升高所致。
(4) 可据此选择一组探测波数，
把对流层和平流层低层温 度廓线大部分包含进去。
云雨4号卫星上的红外干涉光谱仪观测到的 15μm带附近按黑体温度给出的出射辐亮度谱
668.5 cm-1 677.5 cm-1
695.0 cm-1
Kaplan (1959)证明了具有垂直分辨率的温度场可根据大气 发射的谱分布导出，发展了上述遥感探测的概念。
在光谱带翼区的观测可以感知大气深处，而在带中心的观 测仅能感知大气的顶层。因此，通过适当选择一组不同的 探测波数，就可以利用实测的辐亮度进行解译，最终求得 大气得垂直温度分布。
ò Iv (0) = Bv (Ts ) Gv ( ps ) +
§ 7.3.1 卫星-太阳几何光学和理论基础 § 7.3.2 臭氧的卫星遥感 § 7.3.3 气溶胶的卫星遥感 § 7.3.4 陆地表面的卫星遥感 § 7.3.5 云的光学厚度和粒子尺度
大气遥感
第一章基本辐射量立体角：锥体所拦截的球面积σ与半径r 的平方之比，单位为球面度sr ，为一无量纲量以发射体为中心的球坐标中，立体角定义为： 是极坐标中的天顶角[0，90]，是方位角[0,360]辐射能量：电磁辐射是具有能量的，它表现在：(1)使被辐照的物体温度升高 (2)改变物体的内部状态 (3)使带电物体受力而运动自然界一切物体都时刻不停地以电磁波（电场和磁场的交变波动）的形式向四周传递能 量，同时也接收外界投射来的电磁波，这种能量传递的方式称为辐射。
以这种方式传递的能量，称为辐射能辐射通量：在单位时间内通过的辐射能量称为辐射通量： Φ=∂Q/ ∂t 辐射通量密度：单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：辐射强度：辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指在某一方向上单位立体角内的辐射通量辐射亮度：单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度： 辐射度量一览表普朗克定律：对于绝对黑体物质，单色辐射通量密度与发射物质的温度和辐射波长或频率的关系。
斯蒂芬－玻耳兹曼定律：黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与绝对温度的四次方成正比。
维恩Wien 位移定律：黑体辐射最大强度的波长与它的温度成反比。
基尔霍夫kirchhoff 定律：在辐射平衡条件下，任何物体的单色辐射通量密度F λT 与吸收系数A λT 成正比关系，二者比值只是波长和温度的函数，与物体性质无关，比值大小等于Planck 函数的通量密度形式 第二章太阳的结构（从里到外）：中心、辐射区、对流区、光球区、色球区、日冕太阳常数：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能通量，用S 表示。
太阳常数的测定—地基法如果在一段时间光学厚度不变，则地面所测太阳直接辐射光谱仅随m 变化()()sin d rd r d σθθφ=2sin d d d d r σθθφΩ==长法需较长时间进行观测，保证m有相当大的变化范围天气条件；紫外、红外观测不全，需补足第三章大气分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层（外层）太阳辐射—短波辐射：0.15~4.0mm (UV,VIS,IR)地气辐射—长波辐射：4.0~120mm (IR)气溶胶：气溶胶由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。
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面反射的太阳辐射透过气溶胶部分与气溶胶多 次散射返回太空的部分组成
❖ 卫星遥感气溶胶，必须从卫星遥感的辐射值中 区分出哪些来自下垫面反射，多少是气溶胶的 多版—标气题溶样胶式监测
如果要是亮背景（地表反射率比较大），地表反 射辐射的扣除就比较困难
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大陆型气溶胶光学厚度反演方法——暗像元法
陆地上的稠密植被、湿土壤及水体覆盖区在可见光波段反 射率很低，在卫星图像上称为暗像元
水体在整个可见光和近红外区的地表反射率都很低，浓密 植被在红波段(0.6-0.7μm ) 和蓝波段(0.4-0.5μm ) 的反射率也非常低
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❖ 大气环境遥感原理 太阳电磁辐射经过大气 的各种衰减，到达地面 后的比例很小，达到地 面的能量仅占入射总能 量的31%。
通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较 高的电磁辐射波段就被称为是大气窗口。
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大气环境遥感原理 ▪ 大气对太阳辐射具有吸收、散射和透射等作用
模拟及观测研究表明，在晴空无云的暗像元上空，卫星观 测反射率随大气气溶胶光学厚度单调增加，利用这种关 系反演大气气溶胶光学厚度的算法，称为暗像元方法。
❖ 大气散射：电磁辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播 方向改变，并向各个方向散开。
❖ 大气散射和大气吸收的异同点？ 相同点：原传播方向 的辐射强度减弱
❖ 吸收作用使辐射能量转变为分子的内能，从而引起这些 波段太阳辐射强度的衰减
❖ 散射：使原传播方向的辐射强度减弱，增加向其他方向 的辐射
❖ 散射改变了太阳辐射的方向，但是并不改变太阳辐射的 强度
2.水汽
水汽在大气中所占的比例很小,仅0.1%-3%,却是大 气中最活跃的成分.水对于地球上生命的意义以及水 在地球大气条件下存在的三相变化,使水汽不同于其 他微量气体而更具有重要性.
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❖ 大气的成分及分布
▪ 大气的成分：多种气体组成的干洁空气、水汽及 悬浮的气溶胶颗粒
大陆型气溶胶光学厚度反演方法——暗像元法 陆地上空遥感气溶胶的最大困难是地表反射辐射
的扣除问题 如果下垫面没有反射率（如反射率小于10%），
这样是不是基本上不需要扣除下垫面背景辐射 的影响问题？也就是说卫星遥感的辐射值就是 大气中气溶胶的多次散射辐射值？
如果地表反射比较低，在遥感影像上表现为暗背 景，
❖ 卫星遥感弥补了一般地面观测 难以反映空间具体分布和变化 趋向的不足，为人们全天候、 实时了解大范围的气溶胶变化 提供了可能
❖ 但是由于遥感方法对于光学厚 度反演过程中源于地表反照率 和气溶胶模型带来的误差难以 估计，因此卫星遥感需要同时 有地面遥感观测进行对比与校 正
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3.大气气溶胶
大气中悬浮着的各种固体和液体粒子,例如:尘埃、烟 粒、微生物、植物的胞子和花粉,以及由水和冰组成 的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子都可以看成是大气气 溶胶.
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❖ 大气的成分及分布
▪ 大气分为为对流层、平流层、中间层、热层 和逸散层
1. 对流层是大气的最底层，这一层 的显著特点是气温随高度升高而递 减。对流层是航空遥感活动区。遥 感侧重研究电磁波在该层内的传输 特性。 厚度随纬度和季节而变化。在赤道 低纬度区为7~18km，在中纬度地区 为10~12km，两极附近高纬度地区 为8~9km。夏季较厚，冬季较薄。
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❖ 大气的成分及分布
▪ 大气分为为对流层、平流层、中间层、热层 和逸散层
3.从平流层顶到85km高度的一 层称为中间层，该层空气稀薄， 有强烈的垂直对流运动，气温随 高度增加而下降。
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❖ 大气环境遥感原理
太阳辐射进入地球之前必须 通过大气层，由于大气对太 阳辐射具有吸收、散射和透 射等作用，所以使得太阳辐 射到达地面的能量不断衰减
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❖ 大气的成分及分布
▪ 大气分为为对流层、平流层、中间层、热层 和逸散层
2. 对流层顶到50km的大气层是平 流层。在高约15-5km的范围内，有 厚约20km的一层臭氧层。臭氧具 有吸收太阳紫外线的能力，使得地 球上的生物免受紫外线的照射，同 时又对地球起保温作用。近几年由 于人为的原因，使得臭氧层出现了 空洞现象，受到了大家的普遍关注， 对臭氧层的遥感监测能了各国的当 务之急。
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气溶胶：大气中悬浮着的各种固体和液体粒子（直径一般 小于10μm ）
遥感监测气溶胶的基本原理 气溶胶粒子经过对入射辐射的散射和吸收作用，使入射辐
射的性质及强度发生了变化。通过测量入射辐射性质的 变化便可以反演气溶胶粒子的特性，这是遥感气溶胶的 基本原理。 当前气溶胶光学厚度监测的方法主要有地基遥感和卫星遥 感。
第七章大气环境遥感
精品
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1 大气成分及分布 2 大气环境遥感原理 3 遥感监测气溶胶光学厚度 4 城市热岛效应的遥感监测
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❖ 大气的成分及分布
▪ 大气的成分：多种气体组成的干洁空气、水汽及 悬浮的气溶胶颗粒
1.干洁空气
通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气（干空 气）。主要成分为N2、O2、Ar及CO2,占了空气体积 的99.966%以上。另外还有一些微量成分如H2、 CH4、SO2等。
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地基遥感的方法有很多
主要有太阳辐射计、粒子计数器 等方法。 地基探测方法可以准确提供当地 气溶胶信息 地基测定方法受到人力物力的限 制，探测范围较小，并且在广大 的海洋、沙漠等无人区域难以进 行，也不能获得大范围的气溶胶 时空分布变化
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