电磁波经大气分子的散射

电磁波的传输特性主要在对流层内研究。
一、地球大气
平流层
平流层没有明显对流，是几乎没有天气现象的一层， 电磁波的传输与对流层传输特征类似。
高度：12～80 km，分为同温层，暖层，冷层。 同温层：12～25 km，-55℃ 暖 冷 层：25～55 km，25～30 km有O3 层，70～100℃ 层：55～80 km，-55～-75℃
外 大 气 层
气象卫星 质 子 层 氦 层 H+
通讯卫星
36000公里
1000
400 电 离 层
He++ 资源卫星 F 侦察卫星 E D 航天飞机 气象卫星 电离层 150~200公里 电离层
800~900公里
230℃
600~800℃ 1011电子/厘米3
300
110 100 80
1010分子/厘米3 109电子/厘米3 1.3×1020分子/厘米3
（ %） 100 80 60 40 20 0 （ %） 0 20 太阳辐射照度 40
60
天空辐射照度
80 100
00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
二、大气传输特性
散射的影响
改变太阳辐射的方向，削弱到达地面或地面向 外的辐射。 产生漫反射的天空光(或天空辐射)，增强地面 的辐照和大气层本身的亮度。
二、大气传输特性
3、大气散射-瑞利散射
由直径d 远远小于波长λ 的微粒引起的散射。
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其散射能力与波长的关系：γ ∝ 1/λ
特点：1、波长愈短，散射能力愈强。
4
2、前向散射与后向散射强度相同。
在晴天，天空为什么呈蓝色？
二、大气传输特性
3、大气散射-米氏散射
由直径d与波长λ 相当的微粒引起的散射。 微粒：水滴、尘埃、花粉、气溶胶、海上盐 粒。 特点：1、较强的向前散射能力 2、散射强度受气候影响大 云、雾对红外线的散射主要是米氏散射。
主要内容
一、地球大气 二、大气传输特性 三、大气窗口
重点
重点
一、地球大气
1、地球大气的组成
2、大气层的结构
一、地球大气
1、地球大气的组成
成分含量：分子和其它微粒。
大气成份主要有氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧 化氮、氢(不变成份)、臭氧、水蒸气、液态和固态水 (雨、雾、雪、冰等)、盐粒、尘埃(可变成份)等组成。
不变成份：物质在80公里以下的相对比例保持不变。 可变成份：物质的含量随高度、湿度、位置的变化而 变化。
一、地球大气
2、大气层的结构 大气厚度约为1000km，自下而上大致分为： 对流层 平流层 电离层 大气外层
太阳 公里
大 气 垂 直 分 层 与 遥 感 平 台 的 高 度 情 况
25000
1500
2
层
C 飞机、气球 5~10℃ 2.7×1025分子/厘米3
一、地球大气
对流层
对流层是空气作垂直运动而形成对流的一层，由于热 量的传递产生许多天气现象。 高度：0～12km。每升高1km ，气温下降6℃ 。 不变成分：氮78.09%，氧20.95%，其它1%。 可变成分：臭氧较少、水蒸气不固定，液态和固态水 随气象变化，近海面或盐湖上空含有盐粒，城市上空 和干旱无植被复盖的地区上空有尘烟微粒。
一、地球大气
电离层
高度：80～1000km。顶部温度600～ 800℃。 空气稀薄，高空气体分子（O2、N2）受太阳紫外辐射 的照射而电离成离子和自由电子状态，电子密度随 高度而不同，从最低的D层开始到E、F层，形成三个 电离层。 主要作用是反射地面发射的无线电波。 遥感所用波段都比无线电波波长要短的多，因此可 以穿过电离层，辐射强度不受任何影响。
二、大气传输特性
1、大气折射
电磁波穿过大气层时，会产生传播方向的改变， 也就是会发生折射现象。 大气密度越大，折射率越大；离地面高度越 大，空气越稀薄，折射率也越小。 电磁波在大气中传播的轨迹是一条曲线！ 太阳还没升至地平线上，地面上已可以见到。 大气折射
二、大气传输特性
2、大气反射
主要发生在云层顶部，取决于云量和云雾，而 且波段不同其影响不同，削弱了电磁波强度。 如果不是专门研究云层，尽量选择无云的天气 接收遥感信号，使大气的反射影响最小。
遥感图像分析
Analysis of Remote Sensing
河南理工大学测绘学院
第五讲 地球大气及其电磁波传输特性
Terrestrial Atmosphere and Atmospheric Transmission Characteristic
为什么要研究地球大气及其对电 磁波传输的影响？
一、地球大气
外大气层
高度：1000Km以上。 1000～2500 km是氦离子层。 2500～25000 km是氢离子，即质子层。 空气稀薄，已不是遥感关注的区间。
二、大气传输特性
大气传播特性:大气对电磁波传输的衰减特性。 大气对电磁波传输过程的影响包括： 散射(scattering) 吸收(absorption) 折射(refraction) 反射(reflection) 对遥感数据最主要的影响因素是散射和吸收。
二、大气传输特性
3、大气散射-无选择性散射
由直径d比波长λ 大得多的微粒引起的散射。 特点：散射强度几乎与波长无关，各波段基本 一致。 （非选择性的散射）
云、雾为什么呈白色？
二、大气传输特性
天空辐射（光）
电磁波经大气分子的散射，一部分转化为天空辐射 （光），它与太阳辐射一起产生了对地面的照度， 二者之间的比例随太阳高度角而变化，太阳高度角 为30°时，二者之比为80%：20%。
二、大气传输特性
3、大气散射
辐射传播中，若碰到小粒子，如气体中的尘埃、 水滴等，使辐射向四面八方散去，电磁波的强度 和方向发生各种变化，这种现象就是散射，散射 的强度随波长而改变。
二、大气传输特性
3、大气散射
随着波长和微粒半径之间的关系 变化，散射形式有三种：
•
• •
瑞利散射
米氏散射 无选择性散射
55
30
平 流 层
冷 层 暖 层 同 温 层 上 层 中 层 下 层
电离层 气球 O3 飞机、气球 层
1021分子/厘米3
-55~-75℃ 4×1022分子/厘米3 70~100℃ 4×1023分子/厘米3 -55℃ -55℃ 飞机 1.8×1024分子/厘米3
25
12 6
对 流
8.6×1024分子/厘米3