电磁辐射与地物光谱特征

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大气窗口
电磁性质 大气窗口(μm) 应用条件成像方式 透过率
0.3-1.3
强光条件下摄影扫描 90%
反射光谱 1.5-1.8 2.0-2.5
强光条件下扫描
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二. 电磁辐射的度量
• 辐射能量(W)：电磁辐射的能量，J。 • 辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能
量，W，J/s。
• 辐照度(I)：被辐照的物体表面单位面积上的
辐射通量，W/m2。
• 辐射出射度(M)：温度为T的辐射源物体表面
单位面积上的辐射通量, W/m2 。
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W
1
I
1
• 2.太阳光谱
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20
2.2.2 大气对辐射的影响
• 1.大气分层和组成 • 2.大气吸收 • 3.大气散射 • 4.大气折射 • 5.大气反射 • 6.大气窗口 • 7.大气透射分析
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外 35000 大
通讯卫星,气象卫星36000km
大
1000
气 质子层 层 氦层
5
2.电磁波的特性
• （1）是横波 • （2）在真空中以光速传播 • （3）满足：
f ·入 = C ； E = h·f • （4）电磁波具有波粒二象性
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入射电磁波 镜面反射
物
体
吸收
表
面
漫反射 透射/折射
反射率（p)=反射能量/入射能量*100% 吸收率（a)=吸收能量/入射能量*100%
瑞利散射
无选择散射
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大气散射
瑞利散射
d<<入
I∝入-4
大气中原子和 分子
可见光
米氏散射 d≈入 I∝入-2
微粒
红外线
无选择性 散射
d>>入
I与入无 关
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大气折射
折射值τ =τ0 - β
ຫໍສະໝຸດ Baidu
大气折射后 太阳高度角
τ0
太阳高度角
β
大气上界
地平面
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大气窗口
• 通常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。
• 大气窗口的主要光谱段: • 0.3-1.3、1.5-1.8和2.0-3.5、3.5-5.5、
8-14、0.8-2.5cm
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大气窗口
透
过
0.8-2.5cm
率
100
50
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0.3-1.3 1.5-1.8 2.0-3.5 3.5-5.5 8-14
1
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三. 黑体辐射
• 1.绝对黑体 • 2.黑体辐射的规律 • 3.实际物体的辐射
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1.绝对黑体
• 绝对黑体：如果一个物体对于任何波长 的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是 绝对黑体。
• 黑色的煤烟、恒星、太阳等。
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2.黑体辐射的规律
（1）斯忒藩-玻尔兹曼定律:
透射率（T)=透射能量/入射能量*100%
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3.电磁波谱
• 电磁波谱：按照电磁波在真空中传播的 波长或频率，递增或者递减排列构成的 谱带则称电磁波谱。
• 以频率从高到低或者波长从短到长排列 可以划分为r射线、X射线、紫外线、可 见光、红外线、微波、无线电波
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8
可见光 无
r射线 X射线 紫外线 红 外 线 微
第二章 电磁辐射与地物的光谱特征
贺巧宁
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1
主要内容：
• § 2.1电磁波谱与电磁辐射 • § 2.2太阳辐射及大气对辐射的影响 • § 2.3地球的辐射与地物波谱
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本章小结
§2.1 电磁波谱与电磁辐射
• 一. 电磁波谱 • 二. 电磁辐射的度量 • 三. 黑体辐射
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3
一. 电磁波谱
• 1.电磁波的产生 • 2.电磁波的特性 • 3.电磁波谱
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1.电磁波的产生
• 电磁波:由振源发出的电磁振荡在空间的 传播,有热辐射、微波、无线电波等,也称 为电磁辐射。
• 当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激 发了变化的电场，使电磁振荡在空间传 播，形成电磁波。
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散逸层
电
热
F电离层
离层
层
E电离层
中间层
资源卫星,气象卫星800-900km
航天飞机200-250km, 侦察飞机150-200km
气 垂 直 分
80 平 冷层 D电离层
层
暖
流 层 O3层
气球
示
12 6 2
层 同温层
对 上层 流 中层 C电离层 层 下层
气球,喷气式飞机
飞机 一般飞机、气球
意 图
大气主要成分
• 分子:氮气(N2)，氧气(O2) 臭氧(O3)，二氧化碳(CO2)，水(H2O)及
(N2O，CH4，NH3)等 • 其他微粒:烟、尘埃、雾霾、小水滴、气溶
胶等。
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大气散射
• 包括：瑞利散射、米氏散射和无选择性散射。
100 散射强度曲线
蓝绿 红 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
M=εM0
绝对黑体不仅具有最大的吸收率，也具有最大的发 射率，却丝毫不存在反射；而实际物体，如果吸收本领 越大，它的发射本领也越大，越接近黑体。
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习题
• 假定恒星表面的辐射与太阳表面的辐射 一样都遵循黑体辐射规律.如果测得到太
阳辐射波谱的入太max =0.51 μm,北极星 的入北max =0.35 μm,试计算太阳和北极星
线
电
波 超短波 短波中波 长
波 波
1x10-3μm
1μm
100μm
1cm
1m
100m 10km
1x10-6μm
0.1μm
10μm
0.1cm 10cm
10m
1km 100km
0.38μm 0.76μm
3μm 6μm 15μm
1000μm
可见光 近红外 中红外 远红外 超远红外
紫 蓝 青绿 黄 橙红
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的表面温度及每单位表面积上所发射出的功率 是多少?
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
• 2.2.1 太阳辐射 • 2.2.2 大气对辐射的影响
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2.2.1 太阳辐射
• 1.太阳常数:是指在不受大气影响,在距离 太阳一个天文单位内,垂直于太阳光辐射 方向上,单位面积单位时间黑体所接收的 太阳辐射能量.I⊙= 1.360x103W/m2
辐
射
出
M=δT4
射
度
δ=5.67x10-8 W/m2•K4
700K
600K 500K 400K 300K
0
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5 10 15 20
波长
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（2）维恩位移定律:
入max • T= b b =2.898 x10-3 m•K
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3.实际物体的辐射
• 基尔霍夫定律:
M1/a1= M2/a2=Mi/ai= M0= I