电磁波及大气对遥感的影响

波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长 愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射 的波动特性愈明显。

电磁波是是三维的横波，正是由于其矢量特性， 从而产生出极化来自百度文库偏振）这一现象。
电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其 长短，依次排列制成的图表。 在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其 按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长 最短的是γ射线 电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不 同。




目前，遥感技术所使用的电磁波集中在紫外线、可见光、 红外线到微波的光谱段，各谱段划分界线在不同资料上采 用光谱段的范围略有差异。
名称 γ射线 X射线
波长范围 <10-6μm 10-6 －3.8×10-3μm
紫外线
可见光 红 外 波 段 微 波 近红外 中红外 远红外 超远红外 毫米波
10-3 －3.8×10-1μm
电磁波及大气对遥感的影响

当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋 电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁 振荡在空间传播，这就是电磁波。其方向是由 电磁振荡向各个不同方向传播的。
电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中， 主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主 要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。 波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的， 因此具有波动性 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁 辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁 波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性
遥感常用的电磁波波段的特性
微波波段
1mm—1m，分为：毫米波、厘米波和分米波
微波辐射和红外辐射都具有热辐射性质。由于
微波的波长比可见光、红外线要长，能穿透云、 雾而不受天气影响，能进行全天时全天候的遥 感探测
微波遥感可采用主动或被动方式成像 微波对某些物质还具有一定的穿透能力，能直接透
遥感常用的电磁波波段的特性
红外波段
0.76—1000μm 近红外0.76-3.0μm,中红外3.0-6.0μm；远红外6.0-
15.0μm；超远红外15-1000μm。 遥感中主要利用3—15μm波段，更多的是利用3— 5μm和8—14μm(热红外) 红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的辐射 （如热污染、火山、森林火灾等），可进行全天时 遥感

米氏散射 在粒子（烟、尘埃、小水滴及气溶胶等）直径 较大，与辐射的波长相当时所发生的散射称为 米氏散射。 散射的强度与波长的二次方成反比，并且散射 光的向前方向比向后方向的散射强度更强，方 向比较明显。 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以 云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。
无选择性散射 当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散 射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波 段的散射强度相同。 水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择 性散射。 云雾为什么通常呈现白色

大气反射 进入大气层前主要波长范围：0.15-4μm;占 太阳辐射总能量的99%，其中可见光区 占50%， 红外区占43%，紫外区占7%；最大辐射波长 在0.475 μm。 进入大气层后有一部分被反射回宇宙空间。 反射作用中，云反射能力变化很大，按地球平 均云量54%计算，1/4的太阳辐射能量被反射 回宇宙空间去。

辐射源


任何物体都是辐射源。不仅能够吸收其他物体对 它的辐射，也能够向外辐射 分类：

太阳辐射源：可见光及近红外遥感的主要辐射源 地球辐射源：远红外遥感的主要辐射源 人工辐射源：人为发射的具有一定波长的波束；主动 遥感采用人工辐射源，目前较常用的人工辐射源为微 波辐射源和激光辐射源
大气对太阳辐射的影响 被反射：约30%；被吸收：约17%；被散射： 22%;到达地面的太阳辐射：约31%。
过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物
遥感常用的电磁波波段的特性

紫外线波段
0.01—0.4μm，太阳辐射含有紫外线，只有
0.3-0.4μm波长的紫外线部分能够穿过大气层， 且能量很小 主要用于探测碳酸盐岩的分布和油污染的监测。 碳酸盐岩在0.4μm以下的短波区域对紫外线的 反射比其它类型的岩石强。水面漂浮的油膜比 周围水面反射的紫外线要强烈 由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射 作用，通常探测高度在2000米以下
透射率/%
70 95 80 60～95 60～70 80 35～40 50～70 100
应用举例
TM1-4、SPOT的HRV TM5、TM7 NOAA的AVHRR TM6 Radarsat
大气吸收 O2：占1/5，主要吸收<0.2 μm的太阳辐射能量； O3：主要在10-40KM高层大气层；两个吸收带为 0.2-0.32 μm（蓝光区）、0.6 μm（橙光区）； H2O：主要吸收物质，吸收带红外线和可见光的 红光波段内。 CO2：只存在于低层大气层中，而且含量很少， 主要吸收4.3 μm的太阳辐射能量。


在电磁波谱中，各种类型的电磁波，由于波长或频率的不 同,它们的性质就有很大的差别,如在传播的方向性、穿透性、 可见性和颜色等方面的差别。 它们的共性： (1)各种类型电磁波在真空（或空气）中传播的速度相同， 都等于光速：c=3×108 m/s。 (2)遵守同一的反射、折射、干涉、衍射及偏振定律。

四、大气窗口
大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收、散射 的、透射率较高的电磁辐射波段。 大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。 常见的大气窗口：
大气窗口
大气窗口
紫外可见光近 红外 近红外 中红外 热红外 微波
波段
0.3～0.4μm 0.4～0.7μm 0.7～1.15μm 1.3～2.5μm 3.5～5.0μm 8～14μm 1.0～1.8mm 2～5mm 10～1000mm
大气散射 太阳辐射在长波过程中遇到小微粒而使传播 方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波 的传播方向；干扰传感器的接收；降低了遥感 数据的质量、影像模糊，影响判读。 大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光 区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。

瑞利散射： 当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射 称为瑞利散射。 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射 的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光 散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射 的1万倍。 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影 响很小，对微波的影响可以不计。 多波段中不使用蓝紫光
0.38 －0.76 μm 0.76 －3.0 μm 3.0 －6.0 μm 6.0 －15.0 μm 15 －1000 μm 1 －10 mm
厘米波
分米波
1 －10 cm
10 Cm －1 m
遥感常用的电磁波波段的特性

可见光波段
0.38-0.76
μm 作为鉴别物质特征的主要波段，是遥感中最常 用的波段 尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它 仍是遥感成像所使用的主要波段之一 在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特 性，不同地物在此波段的图象易于区分