电磁辐射的基本原理

毫米波 1~10 mm 厘米波 1~10 cm 分米波 10cm~1 m
2.2 电磁辐射源
物体的热辐射
热辐射：任何温度高于0K(－273.16℃)的物体， 其原子、分子都在不停地热运动（旋转和振动，带 电粒子不停地发生能级的跃迁，从而放出或吸收能 量），从而辐射出中、远红外的电磁辐射。
辐射能的强弱及其随波长的分布取决于物体性质与 温度的电磁辐射--热辐射（温度辐射）
蓝色，出现蓝色蒙雾
（2）米氏 (Mie)散射--悬浮微粒散射
q ＝ 3 r ≈ λ 由半径与波长相近的烟、尘、 气溶胶等引起
特点:
散射强度 I散 ∝ λ0~λ1 散射方向 向前散射＞向后散射
云雾对红外线的散射，主要是米氏散射
（云、雾等的悬浮粒子的直径和 0.76~15 μm 的红外线波长差不多）
电磁辐射：电磁波能量的传递过程。电磁 波在传递过程中遵循波的发射、吸收、反 射、透射等传播规律。
电磁波谱
将各种电磁波按其波长（或频率） 的大小,依次排列画成的图表。
紫外波段 0.01~0.38μm 可见光波段 0.38~0.76 μm
紫 0.38~0.43 μm 蓝 0.43~0.47 μm 青 0.47~0.50 μm
3.选择性辐射体(吸收体) α＜ 1 吸收率(发射率)小于1,但随波长的变化而变化的物体.
太阳辐射和大地辐射
（一）太阳辐射
⑴.太阳光谱是连续的，其能量分布也是连 续的；
⑵.太阳辐射的能量主要集中在可见光波段， 约占太阳总光谱能量的46％，其次是红外 波段；
⑶.峰值波长为0.47μm。
（二）大地辐射
大气顶界 云层顶面 反射现象主要发生在云层顶部，取决于云
量，且各波段均受到不同程度的影响，削 弱了到达地面的太阳辐射的强度。
2.3.3 大气窗口与遥感波谱通道
1.大气窗口(Atmospheric Window) 指地球大气对电磁波传输不产生强烈吸收作
大地辐射的能量分布： 近红外至微波
峰值波长 9.7μm 大部分集中在 8~14μm (50％)
3~5μm (1.0％以下) 14~30μm (30％)
平衡线在地球各处的深度不同,局部地区地内热对流 使地表温度激增, 形成热异常区。 可用热红外遥感 研究地热。
2.3 地球大气对电磁辐射传输的影响
O3: 0.2~0.3μm 0.6μm 9.6μm H2O: 2.5~3.0μm 5~7μm 0.94,1.13,1.38,1.86,3.24μm CO2: 2.8μm 4.3μm 14.5μm
使太阳发射的连续光谱中的某些波段不能传播到地面-到达地面的太阳光谱成分发生改变。
使地物的电磁波信息被减弱了强度或改变了成分--干 扰了地物影像的真实色调。
第二章 电磁辐射的基本原理
2.1 电磁波的基本特征 2.2 电磁辐射源 2.3 地球大气对电磁辐射传输的影响 2.4 地物波谱特征 2.5 色度学
2.1 电磁波的基本特性
电磁波是交变电磁场在空间的传播，它是 物质运动、能量传递的一种特殊形式。
基本特征：
1.是一种横波 2.在真空以光速传播 3.具有波粒二象性：
在同一温度下，任何物体发射某一波长电 磁波的能力，与它对该波长电磁波的吸收 能力成正比。 即：良好的吸收体亦是良好的发射体。
物体按发射辐射特性的分类
1.黑体(Black body) α≡1 在任何温度条件下,对任何波长的电磁波的吸收率恒 等于1,并可将吸收的电磁辐射全部辐射出去的物体。
2.灰体(Gray body) α＜ 1 在任何温度条件下,对电磁波的吸收率都小于1, 且不 随波长变化的物体。
2. 大气散射 -- 主要是各种微粒引起
比例因子q：表示散射的性质和强度与微粒 半径r及波长之间的关系 q＝2πr/λ r :微粒半径(μm )；λ:入射波长(μm)
（1）瑞利 (Rayleigh)散射--分子散射
q＜＜1 即 r ＜＜ λ 一般在r ＜ 0.1 μm发生 特点:
⑴.散射强度 I散 ∝ 1 /λ4 ⑵.有方向性 既有向前又有向后 ⑶.散射光波长与入射光波长一致 对遥感的影响: 难以进行紫外遥感 蓝光波段虽用，但影像反差小：晴朗的天空为
2.3.1 大气基本组成
1.不变成分: 分子为主
N2、O2 约占99％ Ar、 CO2、Ne、He、CH4、N2O
共占1％
2.可变成分: 悬浮微粒为主
烟、尘埃、雾霾、 O3、水(固态、液态)、气溶 胶（一种固体、液体的悬浮物）
2.3.2 大气对电磁辐射传输的影响
1. 大气吸收
大气中气体分子对电磁波的吸收具有选择性
大地辐射的能量来源主要为：太阳的短波辐 射和地球内部的热能。
而与大地辐射直接相关联的则是：Βιβλιοθήκη Baidu表的热 平衡
一方面：因太阳辐射引起地表增温，热能从地表 向地壳一定深度传导；
另一方面：地球内部的热能也要通过地壳向地表 传递。
两者在地下一定深度达到热量平衡
大地的长波辐射主要由太阳短波辐射转化而来-- 吸 收可见光、近红外， 发射中、远红外。
潮湿天气米氏散射影响较大
（3） 无选择性散射
q ＞3 r ＞＞λ 散射强度与波长无关 如: 云层中水滴的散射,使云雾呈白色
散射对遥感信息的传输影响极大:
减小太阳辐射的直射强度;
引起漫入射的天空光,使遥感器接受到的地 面辐射强度减弱;
增加大气散射引起的天空辐射,降低遥感影 像的反差。
3.大气反射
特点:不需通过介质,就能以光速将热从一物体传给其 它物体。
绝对黑体（黑体）
在任何温度下，对任何波长的入射辐射的吸收系 数恒等于1的物体 α（λ.T) ≡ 1
黑体是具有最大辐射能力的物体。
发射率(比辐射率) ε物 ＝ M物／M黑
（目标物的辐射量(辐射出射度)与同温度下的黑体 辐射之比 ）
基尔霍夫定律
绿 0.50~0.56 μm 黄 0.56~0.59 μm 橙 0.59~0.62 μm 红 0.62~0.76 μm
红外波段 0.76~1000 μm
近 红 外 0.76~3.0 μm
中 红 外 3.0~6.0 μm 远 红 外 6.0~15.0 μm 超远红外 15.0~1000 μm
微波波段 1mm~1m