气象卫星遥感大气的基本原理和资料产品PPT课件

段,这一波段的辐射源主要是太阳，卫星接受到的是地(云)面的反
射太阳辐射。按吸收气体分为水汽吸收谱段，二氧化碳吸收谱段等
。由于各个谱段的电磁波辐射特性不一样，所以遥感用的探测仪器
也不一样。可见光波段采用照相方法观测物体，在红外波段以热敏
电阻为探测器的辐射计,不同波段内使用的传感器。
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§2 太阳和地球—大气系统辐射及其在大气中的传输特性 一、辐射的基本定律 1）基尔霍夫(Kirchhoff)定律 基尔霍夫定律是表明在一定温度下，物体的辐射能力与吸收率
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波长(m) 6000K(近似太阳)和288K(近似地球)的黑体发射辐射光谱
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由图看出： (1)理论上，任何温度的绝对黑体都发射波长0～ m的辐射，但温度不同，辐射能力不同，辐射能集 中的波段也不同。例如温度为6000K的物体总辐射能 力比288K大得多。而且6000K温度的物体的辐射能量 主要集中在0.17～4m波段内，而288K温度的物体的 辐射能量主要集中在3.3～80m波段内。 (2)每一温度下，黑体辐射都有一辐射最强的波长， 称为这个温度下发射的辐射峰值，并用max表示，即 光谱曲线的极大值。物体温度越高，其辐射峰值所对 应的波长max越短。
应的波长与温度的关系。从图2.3可以看到黑体辐射极大值所对应 的波长(max)是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。 据研究，黑体辐射极大值所对应的波长与其绝对温度成反比，这
个定律同样可以由普朗克公式通过对波长求导得到极大值。求导
第三章 气象卫星遥感大气的基本 原理和资料产品
§1 电磁波谱和辐射度量 §2 太阳和地球—大气系统辐射及
其在大气中的传输特性 §3 卫星云图观测原理 §4 气象卫星的定量产品简介
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整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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之间关系的定律。该定律不仅从实验得到，而且基尔霍夫在1859年 由热力学定律从理论上又加以论证。此定律的表达式为：
aT＝T
式中是某物体的发射率。 此定律表明：在—定温度下，物体对某波长的吸收率T等于
该物体在同温度下对该波长的发射率T。即对不同物体，辐射能 力强的，其吸收能力也强；辐射能力弱的，其吸收能力也弱。黑体 吸收能力最强，所以它也是最好的发射体。
ETB 0EBd
积分后的公式表达式是：
ETB=T4
式中ETB是温度为T的绝对黑体发射的辐射总能量；是斯蒂芬—波
尔兹曼常数，＝5.6710-8W／(m2•k4)
对于非黑体或称灰体物质来说，只要在公式的右边增加物体
的发射率，它们的辐射能力就可以确定了。公式可写成：
ET=T4
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4.维恩(Wein)位移定律 1893年维恩从热力学理论导出了黑体辐射光谱的极大值所对
气象卫星遥感地球大气的温度、湿度和云雨演变等气象要素是
通过探测地球大气系统发射或反射的电磁辐射而实现的，因此，电
磁辐射是气象卫星遥感的基础。为了准确地掌握气象卫星 探测大
气的原理和应用卫星资料，必须对辐射的基本概念，基本定律及辐
射在地球大气系统内的传输规律有清楚的了解。
§1 电磁波谱和辐射度量
一、电磁波谱 ．
式中EB(Black)是绝对黑体发射的辐射通量密度，单位是W／m2；C 是光速，C＝3108m／s；h是普朗克常数，h＝6.6310-34J·s;K是 波尔兹曼(Boltzmann)常数，K＝1.3810-23J／K，T是物体的绝对 温度，单位为K。
根据此公式可以作出不同温度下绝对黑体的辐射能力随波长的 分布曲线，如图2.2和2.3，图中绘出了太阳表面温度(6000K)和地 球表面常见温度(288K)的光谱曲线。
0.3一0.76微米，它是由于原子内部电子状态的改变而引起的,可见
光谱段还可分为：紫；蓝、青、绿、黄、橙、红等色光分谱段。其
中紫光波长最短，比紫光波长短的是紫外线；红光波长最长，比红
光波长长的是红外线 。
(5)红外线：红外线谱段从0．76—1000微米，它主要是由分子
、原子的振动转动而产生的，分为近、中、远红外。红外辐射也叫
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3.斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan—Boltzmann)定律 1879年斯蒂芬由实验发现，物体的发射能力是随温度、波长
而改变的。由下图可见，随着温度的升高，黑体对各波长的发射 能力都相应地增强。因而物体发射的总能量(即曲线与横坐标之间 包围的面积)也会显著增大。据研究，绝对黑体的积分辐射能力与 其绝对温度的四次方成正比。1884年波尔兹曼用热力学理论证明 了这一点。在全部波长范围内对普朗克公式进行积分就可以得到 斯蒂芬—波尔兹曼公式。
长很短，范围从0.0045—10-5微米。也能穿透密度很大的物质。
(3) 紫外线：紫外线是由于原子和分子内部电子状态的改变引
起的，其波长范围为0.35—0.0045微米。又可分为近紫外和远紫外
。由于它的频率较高，各种物质对短的紫外线波都有强烈的吸收。
如图所示。
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(4)可见光：可见光波段是一个狭窄的波长间隔，波长范围从
基尔霍夫定律的意义在于它把物体的发射与吸收联系起来了， 只要知道某物体的吸收率就可以知道其发射率，反之亦然。
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2.普朗克(Planck)定律 1900年普朗克根据辐射过程具有量子特性的假设，导出了与实
验相符合的普朗克公式，求出了黑体辐射能力与黑体温度及波长的 关系，其公式为：
EB5ex2 p hch /c2KT 1
热辐射或温度辐射，这是由于它的产生和大小与温度有关。
(6)微波：这是比红外线波长还要长的电磁波，波长从1毫米到
30厘米，大于30厘米为无线电波。
在气象卫星遥感测量中，主要采用可见光，红外和微波波段，
电磁波谱的各分谱段的划分常没有严格界线，在两谱段之间的边界
是渐变的，可根据使用目的而分，例如把0.38~3.0微米称为反射波
Байду номын сангаас
电磁辐射包括太阳辐射、热辐射、无线电波等，它们的波长范
围很广，从l0-10微米(宇宙射线)到1010微米(无线电波)。
1、电磁波段的划分
(1) γ射线；它是放射性元素蜕变时产生的，其波长最短，从
l0-11一10-4纳米，具有的能量很高它能穿透非常稠密的物质。
(2) X射线，是原子内部的电子从激发态恢复到稳态产生的，波