大气辐射与遥感-第七章2
合集下载
遥感物理讲座 第七章 地球大气对电磁辐射传输效应影响
E＝（ω2/RC2）PoSinθ。因而散射强度：I∝E2∝ω4∝（1/λ4）。P为偶极矩，ω为振动的圆周率。 即散射的强度与波长λ的四次方成反比。 如果入射波的强度I。＝E2，故向某一θ方向的散射波的强度 为：
➢ 该式即瑞利散射公式，说明散射辐射的强度与入射 辐射的强度成正比，与散射介质的体积成正比，但与入 射辐射波长的四次方成反比。所以短波辐射的散射很强 ，长波辐射的散射较弱。
图 瑞利散射强度随波长的变化
➢ 瑞利散射公式表明，散射强度不是各向同性的，而与sin2θ成正比。如果入射的线偏振波沿x 方向传播，电场矢量E的振动方向是y轴，则极化偶极子的振动方向也是y轴方向，偶极子辐射 引起的电磁波传播方向如下图(a)所示，它向各方向散射的电磁波也是线偏振的，偏振的方向 也如该图(a)所示。散射光强与sin2θ成正比，在xy平面内辐射强度的分布如下图(b)所示，由于 图中φ＝（π/2）—θ，故光强分布正比于cos2φ，如把xy平面内的强度分布绕y轴旋转一周，即 可得到强度在三维空间的分布图。
由理想气体方程式：P＝nkT。 k为波耳兹曼常数，T为绝 对温度。 (dP/P)=-(mg/kT) dh，P=Poe -∫ho(mg/kT) dh 。
Po是高度为h＝0处的压强，P是高度为h处的压强。 如果m、T均不随h改变。P＝Poe-h/H 其中：H= kT/mg。 n=noe-h/H
➢ 大气压力或单位体积内的分子数随高度h作指数衰减。H称 为大气层的标高，是压力变化e倍所对应的高度。
➢ 地球大气由气体及固态、液态悬浮微粒等组成。大气气体组分包括不变成分和可变成分两种。
➢ 大气的不变成分的气体：从地球表面直至80km的高度，气体的相对含量基本保持不变，如氮、 氧、氩的含量最高，三者之和，占大气总体积的99．96％。
➢ 该式即瑞利散射公式，说明散射辐射的强度与入射 辐射的强度成正比，与散射介质的体积成正比，但与入 射辐射波长的四次方成反比。所以短波辐射的散射很强 ，长波辐射的散射较弱。
图 瑞利散射强度随波长的变化
➢ 瑞利散射公式表明，散射强度不是各向同性的，而与sin2θ成正比。如果入射的线偏振波沿x 方向传播，电场矢量E的振动方向是y轴，则极化偶极子的振动方向也是y轴方向，偶极子辐射 引起的电磁波传播方向如下图(a)所示，它向各方向散射的电磁波也是线偏振的，偏振的方向 也如该图(a)所示。散射光强与sin2θ成正比，在xy平面内辐射强度的分布如下图(b)所示，由于 图中φ＝（π/2）—θ，故光强分布正比于cos2φ，如把xy平面内的强度分布绕y轴旋转一周，即 可得到强度在三维空间的分布图。
由理想气体方程式：P＝nkT。 k为波耳兹曼常数，T为绝 对温度。 (dP/P)=-(mg/kT) dh，P=Poe -∫ho(mg/kT) dh 。
Po是高度为h＝0处的压强，P是高度为h处的压强。 如果m、T均不随h改变。P＝Poe-h/H 其中：H= kT/mg。 n=noe-h/H
➢ 大气压力或单位体积内的分子数随高度h作指数衰减。H称 为大气层的标高，是压力变化e倍所对应的高度。
➢ 地球大气由气体及固态、液态悬浮微粒等组成。大气气体组分包括不变成分和可变成分两种。
➢ 大气的不变成分的气体：从地球表面直至80km的高度，气体的相对含量基本保持不变，如氮、 氧、氩的含量最高，三者之和，占大气总体积的99．96％。
大气辐射和遥感
dQ dt
d E dA
2013-8-3
大气辐射和遥感--电磁辐射基础
4
立体角与面元辐亮度
辐射传播学中需要定义一个量，它与传播距离无 关，这样就能考察传播过程中传播介质的影响。 单位立体角内的能量满足上面的要求。 球面坐标下，立体角微分元有熟知的表达式。
ds r2 ds r 2 s in dd d d s in dd
2013-8-3
大气辐射和遥感--电磁辐射基础
20
Doppler效用：温度加宽（Doppler加宽）
给定频率的电磁波相对观测者有径向速度时，接收 处电磁波频率有偏移，这就是DOPPLER效应。径 向速度越大DOPPLER效应越显著。假定中高层大 气分子运动速度以30m/s计算，引起波数1微米-1的 电磁波波数变化可以达到10-7微米-1。
大气辐射和遥感--电磁辐射基础 18
2013-8-3
能级衰减：光谱自然加宽
分子由激发态i向稳定的基态j跃迁过程中，激发态i 能级涨落会引起辐射光谱加宽。根据测不准原理， 激发态i能级涨落与该态能级寿命成反比，相应的光 谱宽度。其中i 为能级平均寿命，N 是谱线半宽。
h Ei ti 2 E 1 1 , N hc 2ci 4ci
2013-8-3 大气辐射和遥感--电磁辐射基础 19
根据量子力学，分子在i能级能量分布几率Pi(E)。
Pi ( E )
2 2 1 2 2 hi [( ) ( E Ei ) ( ) ] h 2i
1
dE 由 d hc
N dE 1 f (v v0 ) Pi ( E ) 2 dv (v v0 ) 2 N
u (l )
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
大气遥感第七章：辐射传输对大气遥感的应用简介
• 测量大气能见度一般可用目测的方法，也可以 使用大气透射仪、激光能见度自动测量仪等测 量仪器测量。
大气遥感
9.大气观测选址中应考虑的因素
地面大气观测场是取得地面气象资料的主要场所， 其选址应遵循：
（1）应设在较好地反映本地较大范围的气象要素特点 的地方，避免局部地形的影响。
（2）观测场四周必须空旷，避免建在高大建筑物的旁 边
大气遥感
平流层和中层大气主要研究进展
• (1)平流层和中层大气探测设施与探测方法; • (2)大气臭氧、平流层气溶胶的监测与分析; • (3)行星波在中层大气环流与大气臭氧分布中的
作用; • (4)重力波在中层大气的传播特征与作用; • (5)平流层一对流层交换的动力物理与化学问题。
大气遥感
4.城市热岛效应 Urban Heat Island Effect
• （3）建立区域研究中心。在全球的代表性生态系统区域，主 要在发展中国家建立全球变化的区域研究中心。它们的功能是 生态环境的长期监测、特殊问题的试验研究、科学技术人员的 培训以及区域资料交换等。 因此，计算机科学技术、卫星遥感技术及其他各种先进科 学仪器和设备，在全球变化的监测、试验和模拟等方面的应用 能力，以及物理学理论和方法在全球变化研究中的应用能力。 起着非常重要的作用。
1.0m r 100m 巨粒子
大气遥感
气溶胶来源
• 气溶胶按其来源可分为一次气溶胶（以微粒形 式直接从发生源进入大气）和二次气溶胶（在 大气中由一次污染物转化而生成）两种。
• 它们可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水溅 沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以及森 林燃烧的烟尘等天然源
• 对流层与平流层之间的过渡层，其厚度为数百米到 1～2公里，其高度随纬度和季节变化很大，一般来说， 热带高于极地，夏季高于冬季，白天高于夜间。
大气遥感
9.大气观测选址中应考虑的因素
地面大气观测场是取得地面气象资料的主要场所， 其选址应遵循：
（1）应设在较好地反映本地较大范围的气象要素特点 的地方，避免局部地形的影响。
（2）观测场四周必须空旷，避免建在高大建筑物的旁 边
大气遥感
平流层和中层大气主要研究进展
• (1)平流层和中层大气探测设施与探测方法; • (2)大气臭氧、平流层气溶胶的监测与分析; • (3)行星波在中层大气环流与大气臭氧分布中的
作用; • (4)重力波在中层大气的传播特征与作用; • (5)平流层一对流层交换的动力物理与化学问题。
大气遥感
4.城市热岛效应 Urban Heat Island Effect
• （3）建立区域研究中心。在全球的代表性生态系统区域，主 要在发展中国家建立全球变化的区域研究中心。它们的功能是 生态环境的长期监测、特殊问题的试验研究、科学技术人员的 培训以及区域资料交换等。 因此，计算机科学技术、卫星遥感技术及其他各种先进科 学仪器和设备，在全球变化的监测、试验和模拟等方面的应用 能力，以及物理学理论和方法在全球变化研究中的应用能力。 起着非常重要的作用。
1.0m r 100m 巨粒子
大气遥感
气溶胶来源
• 气溶胶按其来源可分为一次气溶胶（以微粒形 式直接从发生源进入大气）和二次气溶胶（在 大气中由一次污染物转化而生成）两种。
• 它们可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水溅 沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以及森 林燃烧的烟尘等天然源
• 对流层与平流层之间的过渡层，其厚度为数百米到 1～2公里，其高度随纬度和季节变化很大，一般来说， 热带高于极地，夏季高于冬季，白天高于夜间。
大气对电磁辐射传输的影响 遥感物理
辐射传输路径上吸收气体的数量称为光 学质量
大气主要气体及相应吸收带
在紫外——微波之间，具明显吸收作用的主要是O3、O2、 CO2和H20；此外N2O、CH4对电磁辐射也有吸收，多 种成份吸收特定波和的电磁波，形成相应的吸收带。
1 水汽吸收带：对太阳辐射的吸收作用最为显著，范围很 广，但集中在红外波段，其中0.7-3.0波段是强吸收带。
三、大气散射
1. 概念 2. 尺度参数与散射类型 3. 瑞利(Rayleigh)散射 4. 米氏(Mie)散射
1. 概念
电磁波在传播的路径上遇到原子、分子或气 溶胶等小微粒时，粒子所带电荷在电磁波的 激发下作受迫振动，从而向各方向发射次生 电磁波这种现象称为散射。
散射电磁波频率与入射电磁波相同
厚度为500m时，反射量超过80%. 另外，大气层中直径大于10-6m的其它微
引起 散射强度与波长无关。这种非选择性的散射使云雾
呈白色，也即漫反射 主要是向前散射，散射能量集中于前向，后向散射
能量远小于前向 其散射光学厚度为：
四、大气吸收
概念 大气主要吸收物质及相应吸收带 吸收与辐射传输方程
概念
辐射能在气体中传输，一部分辐射能会 被气体吸收成变为气体内能，使传输的 辐射能削弱，这一现象称为大气吸收。
气溶胶的尺度范围：
粒度：10-3um（分子团）——10 1um（尘粒、云滴），跨5 个数量级
质量：与粒度相应，质量跨15个数量级
数浓度：跨14个数量级
尺度范围并无严限制，下限限于仪器感应最小尺度；上限限于颗 粒稳定性，半径大于50um的云滴或固体颗粒在空气中沉降速 度大，稳定性差，故不作为气溶胶处理。
大气对电磁辐射传输的影响
一、大气的成份 二、大气层的结构 三、大气散射 四、大气吸收 五、大气反射 六、大气光学厚度和太阳高度角的影响 七、大气窗口 八、地球表面的入射能量
大气主要气体及相应吸收带
在紫外——微波之间，具明显吸收作用的主要是O3、O2、 CO2和H20；此外N2O、CH4对电磁辐射也有吸收，多 种成份吸收特定波和的电磁波，形成相应的吸收带。
1 水汽吸收带：对太阳辐射的吸收作用最为显著，范围很 广，但集中在红外波段，其中0.7-3.0波段是强吸收带。
三、大气散射
1. 概念 2. 尺度参数与散射类型 3. 瑞利(Rayleigh)散射 4. 米氏(Mie)散射
1. 概念
电磁波在传播的路径上遇到原子、分子或气 溶胶等小微粒时，粒子所带电荷在电磁波的 激发下作受迫振动，从而向各方向发射次生 电磁波这种现象称为散射。
散射电磁波频率与入射电磁波相同
厚度为500m时，反射量超过80%. 另外，大气层中直径大于10-6m的其它微
引起 散射强度与波长无关。这种非选择性的散射使云雾
呈白色，也即漫反射 主要是向前散射，散射能量集中于前向，后向散射
能量远小于前向 其散射光学厚度为：
四、大气吸收
概念 大气主要吸收物质及相应吸收带 吸收与辐射传输方程
概念
辐射能在气体中传输，一部分辐射能会 被气体吸收成变为气体内能，使传输的 辐射能削弱，这一现象称为大气吸收。
气溶胶的尺度范围：
粒度：10-3um（分子团）——10 1um（尘粒、云滴），跨5 个数量级
质量：与粒度相应，质量跨15个数量级
数浓度：跨14个数量级
尺度范围并无严限制，下限限于仪器感应最小尺度；上限限于颗 粒稳定性，半径大于50um的云滴或固体颗粒在空气中沉降速 度大，稳定性差，故不作为气溶胶处理。
大气对电磁辐射传输的影响
一、大气的成份 二、大气层的结构 三、大气散射 四、大气吸收 五、大气反射 六、大气光学厚度和太阳高度角的影响 七、大气窗口 八、地球表面的入射能量
《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。
大气辐射传输与遥感技术应用研究
大气辐射传输与遥感技术应用研究近年来，随着环境变化和气候变化的严重影响，对大气辐射传输和遥感技术的研究日益受到关注。
大气辐射传输是指太阳辐射在穿过大气层时与大气分子、云雾等相互作用的过程，而遥感技术则是通过对遥感影像的处理和分析，获得地球表面及大气等信息的技术手段。
它们在大气科学和环境保护等领域具有重要的应用价值。
第一部分：大气辐射传输的研究大气辐射传输研究的主要目的是揭示辐射在穿过大气层时的变化规律，为气候变化、能源利用和环境保护等方面提供科学依据。
科学家们通过建立物理模型和数值模拟，研究辐射在大气层中的吸收、散射和透射等过程。
同时，利用地面观测和卫星数据等手段，实时监测辐射传输过程的变化情况。
大气辐射传输的研究成果在气象、气候学等领域有着广泛的应用，其中包括太阳辐射的测量和预测、大气温室效应的评估、云和气溶胶对辐射的影响等。
这些研究有助于我们更好地理解和预测气候变化，为相关领域的决策提供科学支持。
第二部分：遥感技术在大气辐射传输研究中的应用遥感技术是通过获取地球表面的电磁辐射信息，并进行处理和分析，从而获得地理空间信息的一种技术手段。
在大气辐射传输研究中，遥感技术发挥着重要的作用。
首先，遥感技术可以提供大气成分的空间分布情况。
通过遥感影像中反射光谱信息的分析，我们可以了解大气中的气溶胶、水汽和臭氧等成分的浓度分布状况。
这对于研究辐射传输过程中光学厚度和光学深度等参数的变化具有重要意义。
其次，遥感技术可以监测气象要素的变化。
例如，通过卫星观测云的覆盖率、云的高度和云顶温度等参数，可以更加准确地估计大气中云的辐射特性，从而提高辐射传输的模拟和预测精度。
此外，遥感技术还可以辅助大气辐射传输模型的运行和验证。
通过比对模型模拟结果和遥感观测数据，可以对模型的准确性进行评估，并进行模型参数的优化和调整，从而提高模型的可靠性和适用性。
第三部分：未来的研究方向和挑战大气辐射传输与遥感技术的研究仍然存在一些挑战和待解决的问题。
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.
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
遥感大气效应及其纠正
1 2
4 0 0 P(cos)sindd 1
得到瑞利散射的相函数为：
P(cos) 3 (1 cos2 ) 4
上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。
旋转对称，前后对称
7/15
气溶胶消光
气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波 长或与其相同，此时散射作用只能用米氏(Mie) 散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同 性的球粒子，且满足远场理论。
实际应用中，任何类型气溶胶都是多种类型粒 子的组合。与光学厚度一样，气溶胶散射相函 数与气溶胶类型密切相关，粒子尺度谱、折射 率等都会对其产生影响，得不到明确的表达式。 因此经常采用半经验公式。
同一种气溶胶类型具有大致一致的光学参数
12/15
一个常用的气溶胶散射相函数公式为HenyeyGreenstein模型。
零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角
6/15
在公式
(s,
v,
s
v)
Tg(s,
v)r
a
T(s
)T(v)
1
s Ss
中，特殊气体吸收所构成的透射率Tg(θs,θv)与散 射无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有
关的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：
大气辐射传输方程大气辐射传输方程77精选ppt课件第一节第一节大气光学特征大气光学特征第二节第二节遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响第三节第三节遥感大气纠正遥感大气纠正国科大暑期课201320137绪论绪论精选ppt课件10大气效应及其纠正的主要工作大气效应及其纠正的主要工作在地表遥感中大气影响是噪声在地表遥感中大气影响是噪声消除消除大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其在地球表层的本来面目在地球表层的本来面目就成为定量遥就成为定量遥感不可回避的问题感不可回避的问题另一方面由于传感器接收的信号中带有大另一方面由于传感器接收的信号中带有大气的特征信息因此可从中反演我们特殊关气的特征信息因此可从中反演我们特殊关注的一些大气特征参数注的一些大气特征参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数向上向下的大气遥感向上向下的大气遥感115精选ppt课件11大气成分大气成分compositioncomposition大气中包括大气中包括3类物质
4 0 0 P(cos)sindd 1
得到瑞利散射的相函数为：
P(cos) 3 (1 cos2 ) 4
上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。
旋转对称，前后对称
7/15
气溶胶消光
气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波 长或与其相同，此时散射作用只能用米氏(Mie) 散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同 性的球粒子，且满足远场理论。
实际应用中，任何类型气溶胶都是多种类型粒 子的组合。与光学厚度一样，气溶胶散射相函 数与气溶胶类型密切相关，粒子尺度谱、折射 率等都会对其产生影响，得不到明确的表达式。 因此经常采用半经验公式。
同一种气溶胶类型具有大致一致的光学参数
12/15
一个常用的气溶胶散射相函数公式为HenyeyGreenstein模型。
零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角
6/15
在公式
(s,
v,
s
v)
Tg(s,
v)r
a
T(s
)T(v)
1
s Ss
中，特殊气体吸收所构成的透射率Tg(θs,θv)与散 射无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有
关的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：
大气辐射传输方程大气辐射传输方程77精选ppt课件第一节第一节大气光学特征大气光学特征第二节第二节遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响第三节第三节遥感大气纠正遥感大气纠正国科大暑期课201320137绪论绪论精选ppt课件10大气效应及其纠正的主要工作大气效应及其纠正的主要工作在地表遥感中大气影响是噪声在地表遥感中大气影响是噪声消除消除大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其大气对遥感影像电磁波特征的影响恢复其在地球表层的本来面目在地球表层的本来面目就成为定量遥就成为定量遥感不可回避的问题感不可回避的问题另一方面由于传感器接收的信号中带有大另一方面由于传感器接收的信号中带有大气的特征信息因此可从中反演我们特殊关气的特征信息因此可从中反演我们特殊关注的一些大气特征参数注的一些大气特征参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数向上向下的大气遥感向上向下的大气遥感115精选ppt课件11大气成分大气成分compositioncomposition大气中包括大气中包括3类物质
遥感原理与应用第6章-遥感作业
第六章遥感图像辐射校正名词解释：辐射定标、绝对定标、相对定标、辐射校正、大气校正、图像增强、累积直方图、直方图匹配、NDVI、图像融合1、辐射定标：是指传感器探测值的标定过程方法，用以确定传感器入口处的准确辐射值。
2、绝对定标：建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系，对目标作定量的描述，得到目标的辐射绝对值。
3、相对定标：又称传感器探测元件归一化，是为了校正传感器中各个探测元件响应度差异而对卫星传感器测量到的原始亮度值进行归一化的一种处理过程。
最终得到的是目标中某一点辐射亮度与其他点的相对值。
4、辐射校正：是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。
5、大气校正：是指消除大气对阳光和来自目标的辐射产生的吸收和散射影响的过程。
6、图像增强：为了特定目的，突出遥感图像中的某些信息，削弱或除去某些不需要的信息，使图像更易判读。
7、累积直方图：以累积分布函数为纵坐标，图像灰度为横坐标得到的直方图称为累积直方图。
8、直方图匹配：是通过非线性变换使得一个图像的直方图与另一个图像直方图类似。
也称生物量指标变化，可使植9、NDVI：归一化差分植被指数。
NDVI=B7−B5B7+B5被从水和土中分离出来。
10、图像融合：是指将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。
问答题：1．根据辐射传输方程，指出传感器接收的能量包含哪几方面，辐射误差及辐射误差纠正内容是什么。
根据辐射传输方程，传感器接收的电磁波能量包含三部分：1）太阳经大气衰减后照射到地面，经地面发射后又经过大气的二次衰减进入传感器的能量；2）大气散射、反射和辐射的能量；3）地面本身辐射的能量经过大气后进入传感器的能量。
辐射误差包括：1）传感器本身的性能引起的辐射误差；2）大气的散射和吸收引起的辐射误差；3）地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差。
辐射误差纠正的内容是传感器辐射定标和辐射误差校正等。
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。
大气辐射与遥感-第一章
• 1962年在美国密歇根大学召开的第一次国际环境 遥感讨论会上，美国海洋研究局的Eretyn Pruitt首 次提出“Remote Sensing”一次，会后被普遍采用 至今。
• 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。
• 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。
大气辐射与遥感-第七章1
t ( l, hi ) = 2å be ( l, z j ) Dxij
j
第j层的路径长度，用zj表 示，与切向高度hi有关
（7.2.36c）
利用约束性反演方法，可推导气溶胶消光系数廓线。
§ 7.3 利用反射的太阳光进行遥感
§ 7.3.1 卫星-太阳几何学和理论基础
0
0
2 cos (Q) = cosq cosq0 + sinq sinq0 cos Df = mm0 + (1 - m 2 ) (1 - m0 ) cos Df
吸收带，在强吸收带太阳的紫外辐射基本上被臭氧吸收；
赫金斯带（Huggins bands，位于300-360nm之间）不如哈特 莱带强，在赫金斯带太阳紫外辐射可以部分到达地面。 紫外探测臭氧的基本原理：从赫金斯带中选择一对波长，并 具有两个特点：（1）吸收不是特别强，太阳直射（反射）
辐射可以到达地面（卫星），两通道的吸收有差别，一个稍 强，一个稍弱；（2）两波长相差不大，因此散射（反射率） 相差不大而被臭氧吸收的状况差异显著，从而根据两个波长 的臭氧吸收的差异与臭氧总量的关系来估算大气臭氧的总量。
- n * +2
= y -n
*
+2
（7.2.8a）
形状因子可以确定为：
为了反演气溶胶尺度分布，将柱气溶胶尺度分布定义为：
nc ( a) =
ˆ ln z n =2ln y
*
（7.2.8b）
ò
z¥ 0
n ( a, z ) dz = f ( a) h ( a)
慢变函数 快变函数 h ( a) = a
（7.2.9a）
§ 7.1 引言
遥感的原理
S = FT = F -1 ( S )
j
第j层的路径长度，用zj表 示，与切向高度hi有关
（7.2.36c）
利用约束性反演方法，可推导气溶胶消光系数廓线。
§ 7.3 利用反射的太阳光进行遥感
§ 7.3.1 卫星-太阳几何学和理论基础
0
0
2 cos (Q) = cosq cosq0 + sinq sinq0 cos Df = mm0 + (1 - m 2 ) (1 - m0 ) cos Df
吸收带，在强吸收带太阳的紫外辐射基本上被臭氧吸收；
赫金斯带（Huggins bands，位于300-360nm之间）不如哈特 莱带强，在赫金斯带太阳紫外辐射可以部分到达地面。 紫外探测臭氧的基本原理：从赫金斯带中选择一对波长，并 具有两个特点：（1）吸收不是特别强，太阳直射（反射）
辐射可以到达地面（卫星），两通道的吸收有差别，一个稍 强，一个稍弱；（2）两波长相差不大，因此散射（反射率） 相差不大而被臭氧吸收的状况差异显著，从而根据两个波长 的臭氧吸收的差异与臭氧总量的关系来估算大气臭氧的总量。
- n * +2
= y -n
*
+2
（7.2.8a）
形状因子可以确定为：
为了反演气溶胶尺度分布，将柱气溶胶尺度分布定义为：
nc ( a) =
ˆ ln z n =2ln y
*
（7.2.8b）
ò
z¥ 0
n ( a, z ) dz = f ( a) h ( a)
慢变函数 快变函数 h ( a) = a
（7.2.9a）
§ 7.1 引言
遥感的原理
S = FT = F -1 ( S )
遥感实验-——辐射定标与大气校正
姓名：学号：日期：1．实验名称辐射定标与大气校正2、实验目的熟悉遥感软件，掌握ENVI中对图像辐射定标与大气校正的基本方法。
3、实验原理1、辐射定标是将传感器记录的电压或数字量化值（DN灰度值）转换成绝对辐射亮度值（辐射率）的过程，或者转换成与地表（表观）反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程2、大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率、辐射率、地表温度等真实物理模型参数，包括消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧等对地物反射的影响；消除大气分子和气溶胶散射的影响。
4、数据来源（下载源、波段数、对应的波长、分辨率、投影、地区）Landsat5、TM图像、BAND_COMBINATION = "1234567"5、实验过程5、1辐射定标：实方法一：External with MetadataBasic Tools-Preprocessing-Calibration Utilitties-Landsat Calibration5.1.1.1打开Basic Tools-Preprocessing-Calibration Utilitties-Landsat TM，根据图像信息输入5.1.1.2 打开校正图像，关联两幅图像，比较数据值方法二：BandMath验结果与分析5.1.2.1打开图像，选择BandMath按照辐射定标公式输入5.1.2.2 选择待校正波段图像5.1.2.3 关联两幅图像，对比两幅图像数据5、2 去零5.2.1打开图像，选择BandMath输入公式（b1*b1/b1）5.2.2 选择辐射定标过的图像5.2.3 打开图像，但是得到的图像是数据负值5、3简化暗像元法大气校正5.3.1 打开basic tool->Preprocessing->General Purpose Utilities->Dark Subtract5.3.2 关联图像，对比信息6、心得、意见或建议。
《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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
方向，并且能覆盖相当大的范围。
缺点：沿光线路径上高云的干扰；较大水平范围上急剧变化 大气状态的解译问题。
§ 7.4.4 云的红外遥感
考虑一个由云层构成的视场，云层位 于温度为Tc的气压层pc上，云量为η， 云上的发射率为εv。为了说明问题， 仅考虑单色辐射传输，卫星观测的辐 亮度可以写成： é p ¶G v ( p, pc ) ù ˆ I v = (1 - he v ) ê Bv (Ts ) G v ( ps , pc ) + ò Bv ( p) dpú G v ( pc , 0) + p
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。
¶p 如果地表发射辐射对观测的辐亮度有重要贡献，则必须确定
I v (0) = Bv (Ts ) G v ( ps ) + ò Bv é T ( p )ù ë û ps
在窗区的小光谱间隔内，两亮温间可建立一种局部线性关系：
Ts = Tb1 + h (Tb1 - Tb 2 )
h=
1 - G1 k1 » G1 - G 2 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。 Kaplan (1959)证明了具有垂直分辨率的温度场可根据大气
(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
（7.4.13）
（7.4.14）
为了消去Ta项，利用Ta的泰勒级数展开T的普朗克函数： ¶Bi Bi (T ) = Bi (Ta ) + (T - Ta ) （7.4.15） ¶T ¶B2 / ¶T é 消去T-Ta： B2 (T ) = B2 (Ta ) + ëB1 (T ) - B1 (Ta )ù û （7.4.16） ¶B1 / ¶T 利用亮温Tb2和Ts代替T，并利用（7.4.14）分析得到：
§ 7.4 利用发射的红外辐射进行遥 感
理论基础
红外辐射传输基本方程
向上辐亮度的解： æ t* -t ö æ t ¢ - t ö dt ¢ t I v (t , m ) = I v (t * ) exp ç ÷ + ò t Bv (t ¢) exp ç ÷ m ø m ø m è è ¶G v (t ) I v (t * ) = ev Bv (Ts ) = - exp (-t ) G v (t ) = exp (-t )
兰州大学大气科学学院专业必修课-《大气辐射与遥感》
第七章 大气辐射在遥感中的应用
授课人： 王天河 2015·春季
第七章
§ 7.1 引言
大气辐射在遥感中的应用
§ 7.2 利用透射的太阳光进行遥感
§ 7.2.1 气溶胶光学厚度和尺度谱的确定
§ 7.2.2 确定臭氧总量 § 7.2.3 临边消光技术
§ 7.3 应用反射的太阳光进行遥感
B1 (Tb 2 ) = B1 (Ts ) G 2 + B1 (Ta ) [1 - G2 ]
从(7.4.17)和(7.4.13)中消去B1(Ta)，得到分裂窗方程：
B1 (Ts ) = B1 (Tb1 ) + h é ëB1 (Tb1 ) - B1 (Tb 2 )ù û
（7.4.17）
（7.4.18）
普朗克函数对波数的依赖关系。由于普朗克函数是光滑函数， 而且在小光谱间隔内，可以用线性形式近似表示
Bv (T ) = cv Bvr (T ) + dv
（7.4.23）
方程(7.4.22)可表示为
gv =
ò
0 ps
f ( p) K v ( p) dp
（7.4.24a）
即著名的第一类弗雷德霍姆方程。 其中：
透射比主要是水汽的连续吸收形成的：Gv (t ) » exp (-kv m ) = 1 - kv m 两个通道的窗区方程： I1 = B1 (Tb1 ) = B1 (Ts ) G1 + B1 (Ta ) [1 - G1 ]
I 2 = B2 (Tb 2 ) = B2 (Ts ) G 2 + B2 (Ta ) [1 - G 2 ]
考虑一对相邻的像素(扫描点)，像素1和2的辐亮度可表示为：
（7.4.46）
每个像素点的有效云量， 即云量与发射率的乘积
如果相邻像素内探测通道的云光学性质相同，则相邻像素内 的温度场也是相同的，于是有
（7.4.47）
如果预先知道N＊值，则可根据以下方程确定晴空气柱辐亮度：
（7.4.48）
在辐射仪视场中消除云贡献的N＊方法须遵守的限定条件： (1) 假定相邻都得云具有同样的高度、温度和光学性质； (2) 有效云量η1和η2必须是不同的； (3) 需要附加信息来根据N＊值确定晴空气柱辐亮度。 为了确定N＊值，通常的办法是使用一个独立的微波通道：即
§ 7.4.1 地球表面温度的确定
大气窗区向上的辐亮度与地表的发射辐射密切相关。
I v = Bv (Ts ) G v ( ps ) + Bv (Ta ) é ë1 - G v ( ps )ù û
（7.4.11）
为了确定地表温度，引入大气分裂窗技术，即利用两个
通道上的实测值消去Ta项。在10.5～12.5μm大气窗区，Ta的 变化幅度小于1k，同时大气窗区地表发射率变化很小。
*
dI v (t , m ) m = I v (t , m ) - Bv (t ) dt
其中红外谱区地表发射率接近于1。大气顶处卫星垂直对地 （μ=1）测量的辐亮度： 0 ¶G v ( p) é ù I v (0) = Bv (Ts ) G v ( ps ) + ò Bv ëT ( p)û dp ps ¶p 仪器仅能分辨有限的带宽，在某一波数间隔内的辐亮度按归 v 一化形式表示： ò I v Y ( v , v) dv
2
¶t
Iv =
ò
v1
v2 v1
Y ( v , v) dv
响应函数的有效频谱间隔通常很小，以至于普朗克函数的变 化微不足道，于是可以用Bv (T 表示不带来明显误差。气象卫星 s) 进行大气和地面遥感的基本原理：
I v (0) = Bv (Ts ) G v ( ps ) + ò Bv é T ( p )ù ë û ps
I - dv gv = v cv f ( p) = Bv é ëT ( p)ù û r ¶G v ( p) K v ( p) = ¶p
（7.4.24b）
由热红外发射观测值确定大气温度，发射源必须是一种含量
相当丰富的已知气体，且其分布要比较均匀。否则，气体含 量的不确定性将使我们不能根据观测结果来明确地确定温度。
流层，目前还没有设计出反演使用的基于热红外辐射的俯 视观测仪器。
(2) N2O和CH4在7.9μm和7.6μm光谱区具有谱线结构。其他微 量气体与此相同，而且由于混合比较小，这些气体浓度的 遥感使用的是临边扫描技术。
平行辐射仪或光谱仪，其视角是水平的，它接收来自较薄高 度层的大气辐射，称为临边辐射。由临边观测获得痕量气体 廓线的一般方法叫做临边探测。上图为临边探测的几何光路。
如果已通过15μm和4.3μmCO2带反演了温度廓线，则未知数为 透射比。如果选择水汽6.3μm振转带波数，则仅有的未知量为 路径长度廓线u(p)。与温度的反演相比，推求气体的廓线的辐 射传输方程更为复杂。
理论上，温室气体(O3, N2O, CH4, CFCs)的浓度可以根据俯视 观测的光谱仪来推求得到。然而： (1) 臭氧在9.6μm带显现出振转谱线。由于浓度极大值位于平
热红外光谱中主要吸收光谱： CO2：15μm，4.3μm O3：9.6μm H2O：整个红外谱区，最重要6.3μm和波数小于500cm-1 CH4：7.6μm N2O：7.9μm CFCs：大气窗区有吸收线 大气窗区：800-1200cm-1，除9.6μm的臭氧吸收带外，大
气气体的吸收表现为一极小值。
100km以下的地气系统中，有两种气体具有均匀丰富的含量， 且在易于观测的光谱区具有发射带： (1) CO2，具有振转带谱线；(2) O2，具有微波自旋－转动带。
(1) 带中心时黑体温度逐渐下 降，这与对流层温度随高 度增加而降低有关。 (2) 波数690附近，温度出现 极小值，这与较冷的对流 层顶有关。
c
卫星
ë
s
¶p
û
he v Bv (Tc ) G v ( pc , 0) + ò p Bv ( p)
§ 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
§ 7.4 利用发射的红外辐射进行遥感
§ 7.4.1 地球表面温度的确定 § 7.4.2 温度廓线的遥感 § 7.4.3 水汽和痕量气体廓线的遥感
708.8 cm-1 725.0 cm-1 745.0 cm-1
对装载在NOAA 2号卫星上的一组垂直温度廓线辐射仪 (VTPR)计算的权函数廓线和透射比廓线的个例。权函 数的每个峰值代表对向上辐亮度的最大贡献部分。
云的去除