第一章：大气遥感
遥感概述
漫反射是指地物表面为租糙时，对太阳及人工电磁辐射产生漫反射， 即均匀地向各个方向反射，在各个方向的辐射亮度相等，虽然反射 率ρ与镜面反射一样，但反射方向却是“四面八方”（图2· 22）。 也就是把反射出来的能量分散到各个方面，因此从某一方向看反射 面，其亮度一定小于镜面反射的亮度。严格地说，对于漫反射面， 当入射辐照度I一定时，从任何角度观察反射面，其反射辐射亮度是 一个常数，这种反射面又叫朗伯面。设平面的总反射率为，某一方 面上的反射因子为，则有：
太阳辐射到达地面后，物体除了 反射作用外，还有对电磁辐射的 吸收作用。最后，电磁辐射未被 吸收和反射的其余部分则是透射 的部分,即： 到达地面的太阳辐射 能量＝反射能量＋吸收能量＋透 射能量。 （图2· 21）
一 地物的反射率 （一）反射率 物体对电磁波谱的反射能力用反射率表示。地面物体反 射的能量（ Pρ）占入射总能量（用 P。 表示）的百分比称 为反射率，用ρ表示。则
（一）植被 植被的光谱特征规律性非常明显而使其反射曲线独特如图2－13， 主要可分为三段。
六
大气窗口 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。剩余强度越高，透 过率越高。对遥感传感器而言，只能选择透过率高 的波段，才对遥感观测有意义。 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。 大气窗口的光谱段主要有： 0.3－1.3μm，即紫外、可见光、近红外波段 （可摄影窗口）。这一波段是摄影成像的最佳波段， 也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。如： Landsat卫星的TM的1－4波段，SPOT卫星的HRV 波段等。
P P0
100 % （2..15）
遥感原理与应用
第一章遥感物理基础1 遥感：即遥远感知，在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一门技术。
具体讲，是在高空和外层各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换，和处理，提取有用的信息，实现研究第五空间形状.位置.性质.变化及其与环境互相关系的一门现代运用技术科学。
2电磁波谱：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。
3绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体4灰体：在各种波长处的发射率相等。
5色温：用嘴接近回头辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照，这是的黑体辐射温度。
6大气窗口：电磁波有些波段通过大气层时减弱较少，透过率较高，这些电磁波段被称为大气窗口。
7发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
8光谱反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
9波粒二象性：电磁波具有波动性和粒子性。
10光谱反射特性曲线：发射波普是某物体的反射率随波长的变化规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
11.地物波普特性：是指各种地物各自所具有的电磁波特性，包括发射辐射和反射辐射。
二．简答1黑体辐射遵循哪些规律？（1）凡是吸收热辐射能力强的物体，它的热发射能力也强。
凡是吸收热辐射能力弱的物体他们的热发射能力也弱（1）普朗克定律：（2）斯忒藩-波耳兹曼定律：（3）基尔霍夫定律：（4）瑞利-琴斯定律：5）维恩位移定律：2电磁波谱由哪些不同特性的电磁波段组成？遥感中所用的电磁波段主要有哪些？电磁波包含了从波长最短的r射线到最长的无线电波段，包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等。
遥感中所用的为从紫外线到微波波段，包括紫外线、可见光、红外波段、微波波段。
3、物体的辐射通量密度与哪些因素有关？常温下黑体的辐射峰值波长是多少？a.温度和波长利用波长乘温度=2897.84叙述沙土、植物、和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土壤的光谱特性曲线与一下因素有关，即土壤类别、含水量、有几只含量、砂等含量有关。
中国农业大学_809地理信息系统_《遥感概论》笔记
《遥感概论》笔记第一章第一节遥感基本概念1.1.1 遥感概念遥感(Remote Sensing) 泛指对地表事物的遥远感知。
狭义的遥感特指通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术。
遥感通常是指通过某种遥感器从空中或太空获取地表各类地物信息，并对这些信息进行提取、分析，以此来测量与判定地表目标地物的性质或特性。
1.1.2 观测对象及其特征遥感的观测对象主要是地球表层的各类地物，也包括大气、海洋和地下矿藏中不同成分。
地球表层各类地物都具有两种特征，一是空间几何特征，一是物理、化学、生物的属性特征。
1.1.3 特点与优势遥感技术是20 世纪70 年代起迅速发展起来的一门综合性探测技术。
遥感技术发展速度之快与应用广度之宽是始料不及的。
仅经过短短30 多年的发展，遥感技术已广泛应用于资源与环境调查与监测、军事应用、城市规划等多个领域。
究其原因，在于遥感具有客观性、时效性、宏观性与综合性、经济性的特点。
第二节遥感技术系统1.2.1 空间信息获取系统地球表面地物目标空间信息获取主要由遥感平台、遥感器等协同完成。
遥感平台(Platform for Remote Sensing ) 是安放遥感仪器的载体，包括气球、飞机、人造卫星、航天飞机以及遥感铁塔等。
遥感器( Remote Sensor) 是接收与记录地表物体辐射、反射与散射信息的仪器。
目前常用的遥感器包括遥感摄影机、光机扫描仪、推帚式扫描仪、成像光谱仪和成像雷达。
按其特点，遥感器分为摄影、扫描、雷达等几种类型。
1.2.2 遥感数据传输与接收空间数据传输与接收是空间信息获取和空间数据应用中必不可少的中间环节。
遥感器接收到地物目标的电磁波信息，被记录在胶片或数字磁带上。
从遥感卫星向地面接收站传输的空间数据中，除了卫星获取的图像数据以外，还包括卫星轨道参数、遥感器等辅助数据。
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
第1章 遥感绪论
第一章绪论遥感的概念1 广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。
物探（物理探测）：狭义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理、分析，判别出目标地物的属性及其变化特征的综合性探测技术。
空间遥感过程需综合遥测和遥控技术。
2 遥感数据（遥感数据获取示图）太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。
传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据（遥感数据示例）。
3 传感器是收集、量测和记录遥远目标的信息的仪器，是遥感技术系统的核心。
传感器一般由信息收集、探测系统、信息处理和信息输出4部分组成。
遥感技术系统1遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。
信息的获取：传感器、遥感平台信息的接收：地面卫星接收站遥感类型1 按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。
2按照探测电磁波的工作波段分类：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感等。
3按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等4按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式5按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。
航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。
航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。
人造地球卫星的类型：低高度、短寿命卫星：150-350 km，用于军事。
中高度、长寿命卫星：350-1800 km，地球资源。
高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。
遥感的特点1多波段性：波段的延长使对地球的观测走向了全天候。
2 多时相性：重复探测，有利于进行动态分析。
大气遥感与大气探测方法
大气遥感与大气探测方法遥感探测是一种在远处不用直接接触物体或发生的某种现象既可得到所需要的信息，并对信息进行辨认、加工和分析。
遥感集市将遥感探测分为以下类型：紫外、可见光、反射红外遥感技术、热红外遥感技术和微波遥感技术。
遥感技术工作方式的划分可分为多种，其中应用最多的是主动式与被动式的遥感探测。
主动式遥感探测是由遥感探测仪器自身向外所发出的波束或次波束，与被探测的物质吸收、反射等相互作用后产生回波，再通过卫星对这种回波进行检测；被动式遥感大气探测主要是靠太阳光照到物体上，物体吸收、反射和折射的太阳光不同，外加物体自身所发射的红外光等的接收，从而完成对大气成分的测量。
对大气气溶胶的探测气溶胶指在大气中的各种固、液态的可见与不可见得微粒或其他物质，通常人们说的烟、雾等均在气溶胶的范围之内。
在以往的大气监测中，很难发现大气中的气溶胶，并对其进行检测，而当遥感探测用于大气探测中后，可以使用超高分辨率的卫星对气溶胶空间具体的分布与其运动变化的趋势进行探测，恰恰弥补了地面监测中的不足。
对沙尘暴的探测沙尘暴在我国是长发生的自然灾害之一，其严重影响人们生活和生态环境，同时也严重污染大气，沙尘暴的特点是：突发性强，具有较大的危害，也是属于大气气溶胶的一种。
我国科学家于1993年4月在北京、天津对沙尘暴的特性进行遥感监测，得出在发生沙尘暴天气时，可见光通道1和2的反射率明显上升，强度越大，反射率也越大。
目前遥感集市的研究表明，红外通道数据对确定沙尘暴的位置极其准确，而对于监测大尺度的沙尘暴他的运动轨迹也相当准确。
对臭氧层的探测臭氧层对地球上的人类以及其他动植物均起到保护作用，在大气遥感监测中同样可以通过遥感监测了解臭氧层的变化情况与空洞形成的位置。
目前，在南极上空出现臭氧空洞，据大气遥感监测得出，其空洞每年还在不断扩大当中，这对地球上的生物非常不利。
我国科学家也利用激光雷达对对流层一定高度范围内的臭氧分布进行了测量，结果表明，用激光的不同波段，也可以得到地球上空比较精确的臭氧层分布情况。
《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。
大气污染物的遥感监测与数据处理
大气污染物的遥感监测与数据处理大气污染是当前全球面临的重要环境问题之一，对人类健康和社会经济发展造成了严重影响。
为了有效地监测和控制大气污染物，遥感技术成为了一种重要的手段。
本文将介绍大气污染物的遥感监测与数据处理的相关内容。
一、遥感技术在大气污染物监测中的应用大气污染物的监测需要获取大范围、高时空分辨率的数据，而传统的地面观测方式往往受限于设备和人力的限制，无法实现全面监测。
遥感技术具有无接触、全方位、高时空分辨率等特点，可以有效地获取大气污染物的信息。
在大气污染物监测中，遥感技术主要利用光学、红外、雷达等传感器获取大气污染物的分布和浓度信息。
通过对大气污染物吸收、散射和发射特性的研究，可以建立起大气污染物的反演模型，进而利用遥感数据进行监测。
二、大气污染物遥感数据处理方法为了从遥感数据中获取大气污染物的信息，需要进行一系列的数据处理。
其中，大气校正、信噪比增强、数据重投影等是常用的数据处理方法。
大气校正是遥感数据处理的重要步骤之一。
由于大气散射和吸收的影响，遥感图像中存在着大气噪声，使得大气污染物的反演结果产生偏差。
通过大气校正可以减小大气的影响，提高数据的准确性。
信噪比增强是为了提高遥感数据的质量。
由于遥感图像的获取和传输过程中存在各种干扰，例如云、雾、气溶胶等，这些干扰会导致数据的信噪比较低。
通过信噪比增强技术，可以有效地提高图像的质量，使得大气污染物的反演结果更加准确。
数据重投影是为了实现不同遥感数据之间的空间统一。
不同的遥感传感器在获取数据时存在着不同的投影方式和坐标系统，为了将不同的数据融合起来进行分析，需要将其进行空间重投影，以实现数据的空间统一。
三、大气污染物遥感监测案例为了更好地展示大气污染物遥感监测的应用和效果，以下将介绍一些典型的案例。
1. 利用卫星遥感数据监测大气污染物的时空变化。
通过利用卫星传感器获取的地表反射率数据，结合大气校正和数据融合技术，可以实现对大气污染物的全面监测。
大气探测与遥感课程设计
大气探测与遥感课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握大气探测与遥感的基本概念、原理和方法。
2. 使学生了解不同大气探测与遥感技术在实际应用中的优缺点。
3. 帮助学生理解大气探测与遥感数据在气象、环境等领域的应用。
技能目标：1. 培养学生运用大气探测与遥感技术收集、处理和分析数据的能力。
2. 提高学生运用遥感软件进行图像解译和数据分析的技能。
3. 培养学生将大气探测与遥感知识应用于实际问题的解决能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对大气科学和遥感技术的兴趣，培养主动学习的态度。
2. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与交流能力。
3. 增强学生的环保意识，使其认识到大气探测与遥感在环境保护中的重要作用。
本课程针对高中年级学生，结合大气探测与遥感学科特点，注重理论与实践相结合。
在教学过程中，充分考虑学生的认知水平和兴趣，采用生动、直观的教学手段，使学生能够更好地理解和掌握课程内容。
通过本课程的学习，期望学生能够达到以上设定的知识、技能和情感态度价值观目标，为后续相关领域的学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 大气探测与遥感基本概念- 大气探测的定义与分类- 遥感技术的原理与分类2. 大气探测技术- 地面气象观测- 卫星遥感探测- 飞机遥感探测3. 遥感图像处理与分析- 遥感图像的预处理- 遥感图像的解译与分析- 遥感图像的分类与应用4. 大气探测与遥感应用实例- 气象预报与气候变化研究- 环境保护与灾害监测- 资源调查与城市规划5. 教学实践与案例分析- 实际大气探测与遥感数据解读- 遥感软件操作与实践- 案例分析与讨论教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，进行科学、系统的组织。
在教学过程中，按照以下进度安排教学内容：第一周：大气探测与遥感基本概念第二周：大气探测技术第三周：遥感图像处理与分析第四周：大气探测与遥感应用实例第五周：教学实践与案例分析三、教学方法本课程采用多样化的教学方法，以激发学生学习兴趣，提高教学效果：1. 讲授法：教师通过生动的语言和丰富的案例，讲解大气探测与遥感的基本概念、原理和技术，使学生系统掌握课程知识。
大气污染的遥感监测与评估方法
大气污染的遥感监测与评估方法大气污染是当今全球环境面临的重要挑战之一。
为了更好地管理和控制污染物的排放并保护环境，科学家们一直致力于研究大气污染的遥感监测与评估方法。
这些方法可以通过卫星、飞机和地面观测来获取有关大气污染的信息。
本文将对大气污染遥感监测与评估的方法进行探讨。
首先，卫星遥感是大气污染监测中最常用的手段之一。
通过卫星，可以获取全球范围内的大气污染数据，如颗粒物浓度、臭氧浓度和二氧化硫浓度等。
这些数据可以用来分析大气污染的时空变化，确定污染源和污染物的扩散路径。
然而，由于卫星遥感分辨率的限制，无法获得具体到城市或更小尺度的污染信息。
其次，飞机遥感是一种更高分辨率的大气污染监测方法。
通过搭载传感器的飞机，可以对特定地区的大气污染进行实时监测。
飞机遥感可以提供更精确的数据，帮助科学家们更好地理解大气污染的产生和传播规律。
同时，飞机遥感还可以用于监测移动污染源，如汽车尾气和工厂排放。
然而，飞机遥感的成本较高，并且需要相对较长的时间来收集数据。
另外，地面观测也是一种常用的大气污染监测方法。
通过在特定地点设置监测站，可以实时监测大气中的污染物浓度。
地面观测可以提供更精确的数据，对于城市和工业区等局部污染较为有效。
此外，地面观测还可以与卫星和飞机遥感数据进行对比和验证，提高大气污染监测的准确性。
然而，地面观测受限于监测站点选择的局限性，无法全面覆盖所有地区。
为了更好地评估大气污染情况，科学家们通过建立模型和算法来分析遥感数据。
利用这些模型和算法，可以将遥感数据转化为可视化的大气污染图像，以提供精确而直观的数据。
借助这些图像，政府和环保组织可以更好地制定相关政策，并采取相应的措施来减少大气污染。
总结起来，大气污染的遥感监测与评估方法提供了科学家们观测和理解大气污染问题的重要工具。
卫星、飞机和地面观测相结合，可以提供全球范围内以及局部地区的大气污染数据，为环境保护工作提供支持。
不仅如此，模型和算法的运用也使得大气污染数据分析更为准确和直观。
大气遥感第一章：大气遥感
4
学科体系
5
学习、研究的意义
❖ 辐射是地气系统与宇宙空间能量交换的唯一方式 ❖ 数值天气预报中需要定量化考察大气辐射过程 ❖ 辐射传输规律是大气遥感的理论基础 ❖ 气候问题——辐射强迫
r2
如：对表面积为
4πr2的球，
它的立体角为4πsr。
35
立体角
❖ 以发射体为中心的球坐标中，立体角定义为：
d rd rsind
d
d
r2
sin d d
❖ 是极坐标中的天顶角[0，90]
❖ 是方位角[0,360]
36
常用辐射量
辐射能量 Q 电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 ……
Lord Rayleigh
英国物理学家 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。
11
简史—现代大气辐射学的理论基础
Gustav Mie (1868-1957) 德国物理学家 1908：Mie theory 米散射理论
性实际正是电磁辐射本质在不同方面的表现。
26
1.1.2 辐射的物理本质
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。
27
大气遥感复习资料
大气遥感复习资料一、 名词解释：（30分）1、立体角：（P3）以下三种定义方式记其中一种。
（1） 立体角定义为椎体所拦截的球面积σ与半径r 的平方之比。
（2） 椎体所拦截的球面积所对应的圆心角。
（3） 2rσΩ=(其中Ω为立体角，单位sr ；σ为椎体所拦截的球面积，r 为球半径) 2、 辐照度：辐照度是物体接收的辐射通量密度。
E 辐照度=∂Φ / ∂A ，其中Φ是物体接收到的辐射通量，A 是物体收到的辐射面积，单位为：瓦/米²（W/m²）。
3、 太阳天顶角：（1） 天顶角即入射光线与当地天顶方向的夹角。
（2） 天顶角等于太阳高度角的余角。
（3） 如下图所示：4、 阳伞效应：由气溶胶的辐射特性引起的地面冷却效应。
类似于遮阳伞，故称为“阳伞效应”。
悬浮在大气中的气溶胶颗粒一方面将部分太阳入射辐射反射回宇宙空间，削弱了到达地面的太阳辐射能，增加行星反照率，使地面接收的太阳能减少；另一方面某些吸湿性的粒子有作为凝结核，促使周围水汽在它上面凝结，导致低云、雾的增多，改变云的光学特征和寿命，使云的反照率增加，同样具有减少入射辐射，使地面和底层大气的温度降低的作用。
“阳伞效应”在北半球表现的最为明显，其原因在于本地区较高的工业化程度和由此产生的空气污染。
5、大气质量：大气质量是倾斜路径的光学厚度与垂直路径光学厚度之比。
6、 日射：日射定义为：某一给定地点单位水平面上的太阳辐射通量。
它主要取决于太阳天顶角，同时也依赖于日地距离的变化。
7、 消光系数消光截面（单位为2cm ）乘以离子数密度（单位为3cm -）或当质量消光截面（单位是2/cm g ）乘以密度（单位是3/g cm ）时，我们称该量为“消光系数”，单位为1cm -。
8、 单次散射反射率：实际上辐射被介质散射的同时，也被介质吸收，即消光过程既包括散射，也包括吸收。
单次散射反射率 ω 定义为辐射发生每一次消光（或简称散射）过程中，遭受散射的百分比。
大气层遥感的应用原理
大气层遥感的应用原理1. 介绍大气层遥感是利用遥感技术观测和研究地球大气层的一种方法。
它通过测量和分析大气成分和结构的属性，以获取大气层中各种参数的有关信息。
这些参数包括温度、湿度、气体浓度、气溶胶浓度等。
大气层遥感的应用范围广泛，包括天气预报、大气环境监测、气候变化研究等。
2. 大气层遥感的原理大气层遥感的原理是利用电磁波在大气层中的传播特性，通过测量和分析电磁波的散射、吸收和发射来获取大气层中的信息。
主要的遥感方法包括可见光遥感、红外遥感和微波遥感。
2.1 可见光遥感可见光遥感是利用可见光波段的电磁辐射进行观测和测量的方法。
可见光遥感可以通过测量可见光的透过、散射和反射来获取大气层中的信息。
具体的应用包括气溶胶浓度的测量、云的观测等。
2.2 红外遥感红外遥感是利用红外波段的电磁辐射进行观测和测量的方法。
红外遥感可以通过测量红外辐射的吸收和发射来获取大气层中的信息。
红外遥感主要用于测量大气温度、湿度等参数。
2.3 微波遥感微波遥感是利用微波波段的电磁辐射进行观测和测量的方法。
微波遥感可以通过测量微波辐射的散射、吸收和发射来获取大气层中的信息。
微波遥感主要用于测量大气中的水汽含量、云和降水等。
3. 大气层遥感的应用大气层遥感的应用范围广泛，下面列举几个主要的应用领域。
3.1 天气预报大气层遥感在天气预报中起着重要作用。
通过观测和分析大气层中的温度、湿度等参数，可以提供有关天气的信息，从而提高天气预报的准确性。
3.2 大气环境监测大气层遥感可以用于大气环境监测。
通过测量和分析大气层中的气体浓度、气溶胶浓度等参数，可以了解大气环境的污染情况，为环境保护提供参考。
3.3 气候变化研究大气层遥感在气候变化研究中也有重要应用。
通过观测和分析大气层中的温度、湿度等参数，可以研究气候变化的趋势和影响因素，为制定气候变化应对策略提供科学依据。
4. 总结大气层遥感是一种利用电磁波在大气层中传播的特性，通过测量和分析电磁波的散射、吸收和发射来获取大气层中信息的方法。
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第一节 辐射的基本概念
太阳辐射和地球大气辐射虽具有不同的特性， 其本质是相同的，它们都是电磁辐射。电磁 辐射是以波动和粒子形式表现出的一种能量 传送形式。
1.1.1 电磁波及其特性 1.1.2 辐射的物理本质 1.1.3 电磁波谱 1.1.4 基本辐射量
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1.1.3电磁波谱
不同波长的电磁波具有不同的物理性质，因此我们可以按波 长或频率来区分辐射，确定相应的名称，它们共同组成了电 磁波的频谱。
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人眼视网膜敏感区相应的电磁波，称为可见光区。 在可见光区还可以分成几个次波段，它们具有不同 的颜色：红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫
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电磁波谱
紫外线：
1.1.2 辐射的物理本质
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。
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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 依靠化学反应补充能量而导致的发光
uv-A： uv-B： uv-C： near uv： Middle uv: far uv： extreme uv： 0.315-0.400 微米 0.280-0.315微米 0.150-0.280微米 0.3-0.4微米 0.2-0.3微米 0.1-0.2微米 0.01-0.1微米
红外线：近红外：0.7-2.5微米
德国物理学家 1908：Mie theory 米散射理论
粒子尺度接近或大于入射光波长 的粒子散射现象。其散射光强在 各方向是不对称的，顺入射方向 上的前向散射最强。粒子愈大， 前向散射愈强。
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引言
大气辐射学主要研究内容： 一、地-气系统辐射传输的基本物理过程和规律，包括 1、太阳的辐射(97%E在0.3～3μm波段内， m= 0.5μm 附近)； 2、地-气系统辐射(绝大部分E在4～80μm波段内， m= 10μm附近)； 3、不同地表、状态云、气溶胶、水汽、臭氧、二氧 化碳等对辐射传输的影响。
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发展
前景的重要领域。
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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，是大气遥感研究的基本任务。
确立描述大气信号物理特征与大气成分浓度、运动状态和气象要
素等空间分布之间定量关系的大气遥感方程。
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学科体系
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学习、研究的意义
辐射是地气系统与宇宙空间能量交换的唯一方式
数值天气预报中需要定量化考察大气辐射过程
辐射传输规律是大气遥感的理论基础
气候问题——辐射强迫
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。
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简史—现代大气辐射学的理论基础
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：
在给定温度下，对于给定波长，所有物体的 比辐射率与吸收率的比值相同
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简史—现代大气辐射学的理论基础
斯特藩 Joseph Stefan (1835-1893) 波尔兹曼 Ludwig Boltzmann (1844-1906) 奥地利物理学家 1884：Stefan-Boltzmann law （理论推导）
各种特定的变化，从而储存了丰富的大气信息，向
远处传送。这样的波称为大气信号。
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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发展，对大气信号的认识遍及
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。
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二、大气辐射学还要研究辐射传输方程的求解。
辐射传输方程：是描述辐射传播通过介质时与介质发
生相互作用(吸收、散射、发射等)而使辐射能按一定 规律传输的方程，在地球大气系统条件下，求解非常复杂。 只能在一些假定下求得解析解，因此辐射传输方程的 求解，一直是大气辐射学研究的重要内容。
三、对辐射与天气、气候关系的研究也是大气辐射学的重要内 容，它是从地-气系统辐射收支的角度，来研究天气和气候的 形成以及气候变迁问题的。
奥地利物理学家、诗人
1884：Stefan-Boltzmann law 实验推导
任一物体辐射能量的大小是物体表面温度的函数。黑体的总出射度与温度 4 10 的定量关系为：M (T ) T
简史—现代大气辐射学的理论基础
维恩 Wilhelm Wien (1864-1928) 德国物理学家 1893：Wien’s Displacement Law 定义 black body 维恩位移定律：
2
考核方式： 1、平时成绩30%：课堂出勤、作业、实验 2、期末考试70%（闭卷）
3
什么是遥感?
遥感：是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础，探测， 分析和研究地球资源与环境，揭示地球表面各要素的空间分 布特征与时空变化规律的一门科学技术。
4
大气遥感
学科定义：
大气遥感 remote sensing of atmosphere atmospheric remote sensing 仪器不直接同某处大气接触，在一定距离以外测定某处大气 的成分、运动状态和气象要素值的探测方法和技术。气象雷 达和气象卫星等都属于大气遥感的范畴。 大气遥感不单单研究大气的物理化学等特征，还包括地表特 性的相关内容。
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主动遥感 active remote sensing
由人采用多种手段向大气发射各种频率的高功率的 波信号，然后接收、分析并显示被大气反射回来的 回波信号，从中提取大气成分和气象要素的信息的 方法和技术。
主动大气遥感有声雷达、气象激光雷达、微波气象 雷达和甚高频和超高频多普勒雷达等
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第一章 大气辐射的基本知识
d rd r sin d
是极坐标中的天顶角[0，90] 是方位角[0,360]
以发射体为中心的球坐标中，立体角定义为：
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1.1.1电磁波及其特性
一、波：波是振动在空间的传播。有横波和纵波的形式之分。
二、机械波：机械振动在媒质中的传播，如声波、水波和地
震波。
三、电磁波（ElectroMagnetic Spectrum）：变化电场和变 化磁场在空间的传播。
四、电磁辐射: 电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反 射和投射）称为电磁辐射。
维恩位移定律描述了物体辐射 的峰值波长与温度的定量关系， 表示为：
max A/ T
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简史—现代大气辐射学的理论基础
普朗克
Max Planck (1858-1947) 德国物理学家 1901：Planck’s Law 普朗克定律：
2hc 2 M (T ) 5 [exp(hc / kT) 1]
人类活动对全球气候和局地大气环境的影 响 太阳活动的变化对气候的影响
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大气遥感原理&简介
原理：大气不仅本身能够发射各种频率的流体力学 波和电磁波，而且，当这些波在大气中传播时，会 发生折射、散射、吸收、频散等经典物理或量子物 理效应。由于这些作用，当大气成分的浓度、气温、 气压、气流、云雾和降水等大气状态改变时，波信 号的频谱、相位、振幅和偏振度等物理特征就发生
远红外：2.5-1000微米
长短波（太阳辐射与地球辐射光谱不重叠）分界：4微米
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1.1.4基本辐射量
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立体角
定义
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 。
r2
如：对表面积为
4π r2的球，
它的立体角为4π sr。
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立体角
d d 2 sin d d r
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大气遥感分两类：
被动遥感 Passive remote sensing
利用大气本身发射的辐射或其他自然辐射源发射的辐射同 大气相互作用的物理效应，进行大气探测的方法和技术。辐 射源包括： （1）星光以及太阳的紫外、可见光和红外辐射信号。 （2）锋面、台风、冰雹云、龙卷等天气系统中大气运动和雷 电等所激发的重力波、次声波和声波辐射信号。 （3）大气本身发射的热辐射信号（如利用二氧化碳、 水汽、 臭氧等吸收带的辐射）。 （4）大气中闪电过程以及云中带电水滴运动、碰并、破碎和 冰晶化过程所激发的无线电波信号。 Rayleigh 英国物理学家
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。
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简史—现代大气辐射学的理论基础
Gustav Mie (1868-1957)
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
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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 为
为辐射频率，以S－1为单位，h为Planck常 数，h＝6.626*10-34JS。在真空中以光速c传 播 c＝2.9979*108ms－1