第一章：讲义大气遥感
遥感概论第一章教材课程
遥感应用系统是将遥感技术与具体应用领域相结合的系统，旨在利用遥感数据解决实际问题。
遥感应用系统
遥感数据获取与处理
03
通过卫星、飞机、无人机等平台搭载传感器进行数据采集。
遥感数据获取方式
遥感数据类型
信息提取
遥感数据处理
将不同来源、不同分辨率、不同时相的遥感数据进行融合，以获得更全面、准确的信息。
多源数据融合
包括像素级融合、特征级融合和决策级融合等多种方法。
数据融合方法
在地理信息系统、城市规划、环境保护等领域具有广泛的应用前景。
数据融合应用
遥感数据融合
遥感图像的解译与信息提取
04
遥感图像解译的定义
遥感技术需要高素质的专业人才进行研发和应用，但目前全球范围内遥感人才短缺。
遥感技术面临的挑战
随着技术的进步和应用需求的增加，遥感技术将在各个领域得到广泛应用。
遥感技术的广泛应用
遥感技术将与其他技术如GIS、GPS、物联网等融合，形成更加智能化的技术体系。
遥感技术与其他技术的融合
随着人工智能和机器学习技术的发展，遥感技术将更加智能化和自动化。
卫星平台具有覆盖范围广、信息获取周期短等优点，广泛应用于全球监测和区域监测。
无人机平台具有灵活性强、实时性高等优点，在灾害应急响应、环境保护等领域有广泛应用前景。
航空平台高度较高，可获取高分辨率的遥感数据，常用于城市规划、资源调查等领域。
遥感平台是搭载传感器的平台，负责从空中获取地球表面的信息。
遥感平台
特征选择和提取
特征选择和提取是信息提取的关键步骤，涉及对图像中感兴趣的目标或区域进行特征描述和提取，如光谱特征、纹理特征等。
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
环境遥感技术及应用(田静毅)大气遥感课件
顶部的发射辐射。通过对某一地区（如中国西北
地区）云、沙尘和地表在AVHRR各通道的统计分析，
一些低云与沙尘顶部的亮温很相近，但二者在反
射率上却有显著差别；西北地区裸露的地表与沙
尘在可见光通道的反射率上很相近，但二者在红
外通道和亮温上又有明显差别。根据这些特点，
可以对可见光、近红外和红外通道进行单通道增
环境遥感技术及应用（田静毅）大气遥感
14
EOS-MODIS辐射仪提出的用于全球陆地上空气溶胶遥感 的方法。
n 第一步，选取暗背景像元，确定其地表反射率
利用2.1μm通道的反射率，以及它与蓝光、红光的地 表反射率的经验关系，可以较精确地得出地表反射率。
n 第二步，初步估计光学厚度
利用全球大陆及气溶胶模式和卫星测得的红光通道和 蓝光通道表观反照率，推算气溶胶的光学厚度。
n 第三步，确定气溶胶模式利用第二步得到的气溶胶光学 厚度，确定气溶胶模式和在蓝光、红光通道气溶胶的单 次散射的路径之比。利用此比值可以区分出沙尘气溶胶 模式和非沙尘气溶胶模式。
环境遥感技术及应用（田静毅）大气遥感
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n 第四步，重新计算气溶胶的光学厚度根据 气溶胶模式订正红光和蓝光的光学厚度。 利用大陆模式气溶胶等新模式气溶胶的转 换关系，得到重新计算的气溶胶光学厚度。
n 第五步，次网格计算以上计算的气溶胶的 分辨率是10km×10km。对于空间变化剧烈 的气溶胶就显得不够。为此，首先利用 10km×10km气溶胶的光学厚度和标准差来 确定是否需要订正，如对标准差与光学厚 度之比大于0.5，则气溶胶的空间变化剧烈， 需要可正。然后，将网格分成5km×5km， 重新计算。
强，然后进行三通道的R、G、B合成，在合成的图
像上可以很容易地将沙尘、低云和地表区分开来。
遥感物理大气20111
5.1.3 大气静力学方程
5.1.4 大气压力和密度的垂直廓线 5.1.5 大气温度和湿度的垂直廓线
5.1.6 大气气溶胶
5.1.7 大气水汽 5.1.8 水圈与水文循环 5.1.9 云与降水
5.1.1 大气成分 Composition
The composition of the atmosphere is important in any understanding of the role which the atmosphere plays in remote sensing and in interactions with electromagnetic radiation.
第二节 辐射与大气的相互作用
INTERACTION OF RADIATION WITH ATMOSPHERE
第三节 大气效应纠正
ATMOSHPHERIC EFFECT CORRECTION
第四节 大气的遥感探测
ATMOSHPHERIC REMOTE SOUNDING
前 言
大气：是介于遥感传感器与地球表层之间的一层由多种气体及
气溶胶等组成的介质层，当电磁波由地球表层传至遥感传感器 时，大气是必经的通道；
大气对电磁波的作用：主要可以归纳为两种物理过程，即吸
收与散射，对地表遥感来说，大气的吸收与散射作用均可使电 磁波信息受到削弱；
遥感图像的大气纠正：如何依据遥感图像直接或间接获得的
大气参数，消除大气对电磁波属性量的影响，恢复其在地球表 层的“本来面目” ，就成为定量遥感不可回避的问题；
二氧化碳（ Carbon Dioxide ）
Carbon dioxide has a relatively constant mixing ratio with height in the atmosphere, that is, it is fairly evenly distributed on average. The main sources 源: burning of fossil fuels化石燃料, human and animal respiration呼吸, the oceans and volcanic activity火山活动. The main sinks 汇: photosynthesis光合作用 and the production of carbonates (limestones) in the ocean/land system. The rate of removal of carbon dioxide, a greenhouse gas, is observed to be less than the generation (from fossil fuel burning) because the concentration of carbon dioxide in the atmosphere has been rising steadily since the early part of the last century. About 99% of the earth's carbon dioxide is dissolved in the oceans. The solubility is temperature dependent. It is estimated that the annual amount of carbon dioxide entering or leaving the air by all mechanisms is about one tenth of the total carbon dioxide content of the atmosphere.
遥感导论 第一章遥感概述 ppt课件
微波遥感，指利用波长1-1000毫米电磁波遥感的统称。通过接收 地面物体发射的微波辐射能量，或接收遥感仪器本身发出的电磁 波束的回波信号，对物体进行探测、识别和分析。微波遥感的特 点是对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能 力，又能夜以继日地全天侯工作。
8
遥感的载体：电磁波谱
9
地物波谱特征
自然界任何物体都具有反射、吸收、发射电磁波的能力， 这是由于组成物质的最小微粒不同运动状态造成的。
不同的物质由于物质组成和内部结构、表面状态不同，具 有相异的电磁波谱特性，这是遥感识别目标的前提。
10
信息获取
在外观上，Terra卫星的大小大概相当于一辆小型校园公汽。它装载的五
《遥感导论》课程
第一章 遥感概述
1
《遥感导论》教学主要内容
第一章 遥感概述 第二章 电磁辐射与地物光谱特征 第三章 遥感成像原理与遥感图像特征 第四章 遥感图像处理 第五章 遥感图像目视解译 第六章 遥感数字图像计算机解译 第七章 遥感应用 第八章 遥感、地理信息系统与全球定位系统综合应用
2
教学目的和要求
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遥感的类型
按工作方式分
✓ 主动遥感：传感器主动发射一定电磁 波能量并接收目标的后向散射信号
✓ 被动遥感：传感器不向目标发射电磁 波，仅被动接收目标物的自身发射和对 自然辐射源的反射能量。
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主动遥感和被动遥感
大气环境遥感课件
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.
单击此1处大编气辑环母境版概标述题样式
❖ 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。
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。
2 单大击气此遥处感编应辑用母—版—标气题溶样胶式监测
大陆型气溶胶光学厚度反演方法——暗像元法
暗像元方法利用大多数陆地表面在红（0.60-0.68μm ） 和蓝（0.40-0.48μm ）波段反射率低的特性，根据植 被指数（NDVI）或中红外通道（2.12μm ）反射率进 行暗像元识别，并依据一定的关系假定这些暗像元在可 见光红或蓝通道的地表反射率，反演气溶胶光学厚度。
❖ 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
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℃)。
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。
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。
大气辐射与遥感-第一章
• 二次大战中航空侦查促进了航空摄影技术的发展。
早期的航空摄影 - 气球
1858 – Gaspard Tournachon “Nadar” used balloon to photograph Bievre, France (80m high)
§1.1.1 太阳辐射
地球所接收的、并驱动地球上大气和海洋运动的所有能量均来自太阳！
§ 1.1.2 热红外辐射
卫星传感器（CERES）观测到的地球向外发射的红外热辐射（2008.09）
பைடு நூலகம்
热红外辐射 太阳辐射
§ 1.1.3 全球热引擎
能量收支的差异，使得地 球也如同一个被加热的引 擎，驱动着大气环流！
地基遥感 (SACOL)
MFRSR
散射辐射表
净辐射表
辐射观测平台
短波
长波
地基遥感 (SACOL)
微波辐射计
太阳光度计
全天空成像仪
激光雷达
云雷达
课后作业
1. 完成思考题 2. 简述大气辐射对天气气候的影响
早期的航空摄影 - 飞机、卫星
• CORONA是第一代太空照片侦察卫星 • 1960年 - 推出星载MetSats • 1960年至1972年科罗纳间谍卫星计划
全球卫星观测系统
卫星遥感系统
实际应用
遥感的应用
林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。 农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。 水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。 国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。 气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究 环境监测：水污染、海洋油污染、大气污染、固体垃圾等及其预报。 测绘：航空摄影测量测绘地形图、编制各种类型的专题地图和影像地图。 城市：城市综合调查、规划及发展。 考古：遗址调查、预报。 地理信息系统：基础数据、更新数据。
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。
遥感技术基础课件第一章遥感概述
数据接收与处理系统的技术水 平和效率直接关系到遥感数据 的可用性和精度。
05
遥感的局限性与挑战
遥感数据的获取难度
遥感数据的获取受到多种因素的影响，如天气条件、地理位置、传感器类型和分辨 率等。
高分辨率卫星遥感数据的获取成本较高，且受到卫星轨道和重访周期的限制。
无人机和航空遥感在获取高分辨率数据方面具有优势，但受限于飞行高度、视场角 和飞行时间等因素。
遥感技术的分类
按平台高度
按应用领域
可分为航天遥感、航空遥感、地面遥 感。
可分为资源遥感、环境遥感、气象遥 感等。
按波段范围
可分为可见光遥感、红外遥感、微波 遥感。
遥感技术的特点
覆盖范围广
能够快速获取大面积区 域的信息，提高信息获
取效率。
信息量大
可同时获取多种地物信 息，包括地形、地貌、
水文等。
实时性强
信息。
传感器的类型多样，包括光学传 感器、雷达传感器、热红外传感
器等。
传感器的性能参数如光谱范围、 空间分辨率、时间分辨率等对遥 感数据的获取和应用具有重要影
响。
数据接收与处理系统
数据接收系统负责接收传感器 捕获的原始数据，并进行初步 处理。
数据处理系统负责对原始数据 进行校正、增强等处理，提取 有用的信息，生成遥感图像或 数据产品。
遥感数据的处理与分析难度
遥感数据需要进行预处理、校正 和融合等操作，以提取有用的信
息。
遥感数据的处理和分析需要专业 的知识和技能，对数据处理人员
的技能要求较高。
遥感数据的处理和分析需要高性 能计算机和专业的软件，这些设 备和软件的获取和维护成本较高。
遥感技术的应用成本与普及度问题
大气遥感方法-辐射基础
i
(v id ) 2 2
波 数
规则谱 带模式，光谱 间隔d
s sinh d cosh cos x 2 2 ,x d d
28
2013-9-2
第一篇：电磁辐射基础
考虑间隔d上吸收系数， 1 d / 2 Ad (1 exp[ ku])dv d d / 2 由于周期性该吸收系 数等于整个光谱间隔 1 (1 exp[ sinh ])dx 2 cosh cos x 内吸收系数。该式可 y 以用数值积分的方法 sinh 0 I 0 ( y ) exp[ y cosh ]dy su su 求解。 y ,
d ’
dA
第一篇：电磁辐射基础
7
面源辐出度
某一平面的辐出度等于整个半球内辐射强度的法 向分量对整个半球立体角积分。
d
A L ( ) cos d
F / A L () cos d
对于朗伯体，辐射强度各向同性，辐出度与辐射 率之间是简单的线性关系。
2013-9-2
第一篇：电磁辐射基础
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单线谱带模式法
用假定的谱带模式近似计算气体吸收。 假定线型为洛伦兹线型，吸收气体路径均匀。 计算简单，特别是大型计算机出现之前是有效的计 算方法
2 Av e [ I 0 ( ) I1 ( )] (v v0 ) 2 2 l v 1 弱线近似： 1 Av (1 e ) dv v v 2 su Av ＝ v v0 su y 令＝ ，t g ＝ v v 2 2 2 su 2 强线近似： 1, Av Av e [ I 0 ( ) I1 ( )] v v
大气遥感物理
大气遥感物理
大气遥感物理是一门研究利用遥感技术对大气进行观测和监测的
学科。
该学科涉及到大气物理、光学、电磁学、信号处理等多个领域
的知识，具有广泛的应用前景和重要的社会意义。
大气遥感物理的研究主要围绕着从可见光、红外线、微波等波段
获取大气信息的技术展开。
其中，可见光遥感技术可以获得大气中水滴、气溶胶等微粒的信息，红外线遥感技术可以获取大气中的温度、
湿度等信息，而微波遥感技术则可以获得大气中的云、降水、温度等
信息。
除了传统的遥感技术外，大气遥感物理还涉及到先进的激光雷达、光纤传感等技术。
例如，激光雷达可以获得大气中散射和吸收激光的
信息，可以用于大气污染监测和气候研究。
在大气遥感物理领域，研究人员主要关注以下几个方面：
1. 大气组成与结构。
通过各种遥感技术获得大气中的温度、湿度、气压等信息，可以了解大气的分布和结构。
2. 大气污染监测。
利用遥感技术监测大气中的气溶胶、颗粒物等
污染物的浓度和分布，可以帮助环境保护部门及时制定污染防治措施。
3. 大气气候变化研究。
通过遥感技术获取大气中的温度、湿度、
云量等信息，可以研究气候变化的趋势和原因。
4. 大气天气预报。
利用红外线遥感技术可以实时获取云图，能够准确预报天气变化，对旅游、交通等方面具有重要意义。
综上所述，大气遥感物理对于认识和探索地球大气现象，对于环境保护和气候变化研究，以及天气预报等方面乃至人类的生活具有重要意义。
希望未来大气遥感物理的研究能够更深入地开展，从而为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。
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波尔兹曼 Ludwig Boltzmann (1844-1906)
奥地利物理学家 1884：Stefan-Boltzmann law
（理论推导）
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
的定量关系为：M(T)T4
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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
9
简史—现代大气辐射学的理论基础
斯特藩 Joseph Stefan (1835-1893)
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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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相关内容：
许多复杂的物理动力气候学问题中，涉及到 海洋、极冰、陆地表面的辐射和热状况，大 气中的云、气溶胶、二氧化碳等因子在辐射 过程中对气候所造成的影响，以及这些过程 和大气辐射过程之间复杂的相互作用和反馈 关系。
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近年来的主要研究
❖ 发展大气遥感探测的理论和方法 ❖ 建立具有物理基础的实际大气辐射模式 ❖ 人类活动对全球气候和局地大气环境的影
第一章：大气遥感
精品
主要参考书目：
❖ 《大气辐射导论》第2版，[美]K.N.Liou（廖国男）著，气 象出版社，2004年
❖ 《大气辐射导论》第1版，[美]K.N.Liou著，气象出版社， 1985年
❖ 《大气辐射学》，刘长盛 刘文保著，南大出版，1990 ❖ 《大气辐射学讲义》石广玉编，中国科学院研究生院讲义，
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) 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。
普朗克 Max Planck (1858-1947)
德国物理学家 1901：Planck’s Law 普朗克定律：
M(T)5[e2 xh h p/c2c(kT )1]
பைடு நூலகம்12
简史—现代大气辐射学的理论基础
Lord Rayleigh
英国物理学家 1871：Rayleigh Scattering 瑞利散射：
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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：
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：
maxA/T
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简史—现代大气辐射学的理论基础
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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。
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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。
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大气辐射
❖ 1.大气辐射学研究辐射能在地球-大气系统内传输和 转换的规律及其应用，属大气物理学的一个分支。 大气辐射学是大气遥感、天气学、气候学、动力气 象学、应用气象学、大气化学等学科的理论基础之 一。
❖ 2.地球－大气系统的辐射差额是天气变化和气候形 成及其演变的基本因素，可以说辐射过程与动力过 程的作用共同决定了地球的气候环境。
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 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。
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。
北京，2001。 ❖ 《大气辐射传输实用算法》吴北婴，气象出版社，1998
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❖ 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）
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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。