电磁波与电磁辐射的基础知识
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辐射能量（Q）的单位可以用焦耳（J）、尔格 (erg)、卡（cal）表示
辐射通量 (radiant flux) Φ 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（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒 （W=J/S）
辐射通量密度 (irradiance) E、(radiant exitance) M
单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：
E辐照度= Φ / A M辐射出射度= Φ / A
辐射源
被辐照物
辐照度
辐
射
出
射
度
辐射体
辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）
法向
辐射强度 (radiant intensity) I
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：
I= Φ / Ω
夫琅和费 (Fraunhofer) 吸收线
极大值位于0.47μm，维恩位移定律λmaxT=2.897810-3mK，色温Tsun?
Wien’s displacement law
太阳常数
在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单 位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。
F0 = 1353(±21) W/m2 (1976, NASA)
E ,T
2c
2
h
(
E
ch
kT
5
1)1
c1
c2
(eT
5
1)1
Eλ,T——分谱辐射通量密度，单位W（ m2 m1, ）； λ ——波长，单位μm；h——普朗克常数=6.625610-34J·s； c ——光速3108 m/s；k——玻耳兹曼常数=1.3810-23 J / K； T——绝对温度K。
可见光、红外线、微波等。
可见光
波长范围大约为 400nm(紫色)~700nm(红色)，可见光谱中的各种颜色成分大致 属于如下的波长区间：
红：610~700nm 橙：590~610nm 黄：570~590nm 绿：500~570nm 蓝：450~500nm 靛：430~450nm 紫：400~430nm
辐射强度
点辐射源
Ω=A/R² 2π、4 π
各向同性源？
辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）
分谱辐射通量
分谱辐射通量是波长λ的函数，单位波长间隔内 的辐射通量称为分谱辐射通量：
辐
Φλ=Φ/λ
射 通
量
波长
λ1- λ2间隔内的 Φ(λ1- λ2)? 总辐射通量Φ ？ 分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）
分谱？？？
分谱辐射通量 分谱辐照度、分谱辐射出射度 分谱辐射强度
“分谱”两字可以忽略
辐射亮度 (radiance) L
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：
亮度 L
L=³ Φ / A λ Ω
θ
面辐射源 A
辐射亮度（L）的单位是瓦 / 米²•微米•球面度 （W/m²• μm • Sr）
普朗克定律将发射的单色强度与发射物质的温度和频率联系了起来。
瑞利-琴斯定律
当波长大于 1mm 时，普朗克定律可以近似为
M
b
(,T
)
2c
kT
4
电磁波与电磁辐射的 基础知识
电磁辐射
能够发射电磁波的物体称为电磁辐射源，以电 磁波的形式从物体向外发射电磁能量的过程， 称为电磁辐射。
凡是温度大于绝对零度(-273.16C)的一切物体，不论气 体、液体还是固体，都会产生电磁辐射。当物体温度大 于绝对零度时，物质分子存在不规则的热运动，不规则 运动中的碰撞产生激发（电子的、振动的或旋转的）， 随后因衰变而随机发射电磁波。
基本辐射量：
辐射量 符号
Leabharlann Baidu定义
11/11 单位
辐射能量 Q 辐射通量 Φ
(2) Q/ t( λ)
焦耳(J) 瓦(W)
辐照度 E 辐射出射度 M 辐射强度 I
(2) Φ / A ( λ) (2) Φ / A ( λ) (2) Φ / Ω ( λ)
瓦/米²(W/m²) 瓦/米²(W/m²) 瓦/球面度(W/Sr)
红外线的划分
近红外：0.76～3.0 µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0 µm，地面常温下的辐射波 长，有热感，又叫热红外。 远红外：6.0～15.0 µm，地面常温下的辐射波 长，有热感，又叫热红外。 超远红外：15.0～1 000 µm，多被大气吸收， 遥感探测器一般无法探测。
微波的波段划分
波段名称
Kα K Ku X C S L P
波长/cm
0.75~1.13 1.13~1.67 1.67~2.42 2.42~3.75 3.75~7.5
7.5~15 15~30 30~100
表征电磁辐射的物理量
辐射能量 Q
电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 ……
大气顶的通量密度为
F = F0(dm/d)2cosθ0
0.9674<(dm/d)2<1.0344
太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳表面辐出度是多少？ 太阳对地球的张角很小,太阳光可以认为是平行光束。
电磁辐射的主要定律
黑体
遥感探测离不开辐射源, 但是由于现实世界辐射源的复杂 性, 研究时要借助理想模型, 然后再根据实际情况做修正 或近似。 绝对黑体就是研究辐射规律的理想模型。
能够完全吸收任何波长入射能量的物体。对于黑体 a(,T ) 1, r(,T ) 0
黑体是一种理想模型。
绝对黑体的辐射光谱对于研究一切物体的辐射规律具有根本的意义。
(1) 普朗克定律
1900年普朗克引进量子概念，将辐射当做不连续的 量子发射，成功地从理论上得出了与实验精确符合 的绝对黑体辐射出射度随波长的分布函数。
对于给定的物体，单位时间内辐射能量的多少以及辐射 能量按波长的分布都取决于物体的温度，因此这种辐射 就称为热辐射。
电磁辐射源有三种：太阳、地球和人工辐射源。
电磁波的基础知识
电磁波是遥感信息的载体。 横波 波速: 与光速相同2.99793*108米.秒-1 波速表示：波长、频率、波数 依波长可分为：r射线、X射线、紫外线、
辐射亮度
L 2(3) Φ / A Ω ( λ) 瓦/米²•球面度 (W/m²• Sr)
需要注意的是： 文献中的称谓不尽相同，关键看单位 最重要的是密度（辐照度）和亮度 凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cosθ
太阳辐射的基本特性
太阳辐射
太阳发射的电磁辐射在地球大气顶层随波长 的分布称为太阳光谱。
辐射通量 (radiant flux) Φ 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（Φ）的单位是瓦特=焦耳/秒 （W=J/S）
辐射通量密度 (irradiance) E、(radiant exitance) M
单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：
E辐照度= Φ / A M辐射出射度= Φ / A
辐射源
被辐照物
辐照度
辐
射
出
射
度
辐射体
辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）
法向
辐射强度 (radiant intensity) I
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：
I= Φ / Ω
夫琅和费 (Fraunhofer) 吸收线
极大值位于0.47μm，维恩位移定律λmaxT=2.897810-3mK，色温Tsun?
Wien’s displacement law
太阳常数
在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单 位面积上的太阳辐射通量称为太阳常数。
F0 = 1353(±21) W/m2 (1976, NASA)
E ,T
2c
2
h
(
E
ch
kT
5
1)1
c1
c2
(eT
5
1)1
Eλ,T——分谱辐射通量密度，单位W（ m2 m1, ）； λ ——波长，单位μm；h——普朗克常数=6.625610-34J·s； c ——光速3108 m/s；k——玻耳兹曼常数=1.3810-23 J / K； T——绝对温度K。
可见光、红外线、微波等。
可见光
波长范围大约为 400nm(紫色)~700nm(红色)，可见光谱中的各种颜色成分大致 属于如下的波长区间：
红：610~700nm 橙：590~610nm 黄：570~590nm 绿：500~570nm 蓝：450~500nm 靛：430~450nm 紫：400~430nm
辐射强度
点辐射源
Ω=A/R² 2π、4 π
各向同性源？
辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr）
分谱辐射通量
分谱辐射通量是波长λ的函数，单位波长间隔内 的辐射通量称为分谱辐射通量：
辐
Φλ=Φ/λ
射 通
量
波长
λ1- λ2间隔内的 Φ(λ1- λ2)? 总辐射通量Φ ？ 分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/μm）
分谱？？？
分谱辐射通量 分谱辐照度、分谱辐射出射度 分谱辐射强度
“分谱”两字可以忽略
辐射亮度 (radiance) L
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：
亮度 L
L=³ Φ / A λ Ω
θ
面辐射源 A
辐射亮度（L）的单位是瓦 / 米²•微米•球面度 （W/m²• μm • Sr）
普朗克定律将发射的单色强度与发射物质的温度和频率联系了起来。
瑞利-琴斯定律
当波长大于 1mm 时，普朗克定律可以近似为
M
b
(,T
)
2c
kT
4
电磁波与电磁辐射的 基础知识
电磁辐射
能够发射电磁波的物体称为电磁辐射源，以电 磁波的形式从物体向外发射电磁能量的过程， 称为电磁辐射。
凡是温度大于绝对零度(-273.16C)的一切物体，不论气 体、液体还是固体，都会产生电磁辐射。当物体温度大 于绝对零度时，物质分子存在不规则的热运动，不规则 运动中的碰撞产生激发（电子的、振动的或旋转的）， 随后因衰变而随机发射电磁波。
基本辐射量：
辐射量 符号
Leabharlann Baidu定义
11/11 单位
辐射能量 Q 辐射通量 Φ
(2) Q/ t( λ)
焦耳(J) 瓦(W)
辐照度 E 辐射出射度 M 辐射强度 I
(2) Φ / A ( λ) (2) Φ / A ( λ) (2) Φ / Ω ( λ)
瓦/米²(W/m²) 瓦/米²(W/m²) 瓦/球面度(W/Sr)
红外线的划分
近红外：0.76～3.0 µm，与可见光相似。 中红外：3.0～6.0 µm，地面常温下的辐射波 长，有热感，又叫热红外。 远红外：6.0～15.0 µm，地面常温下的辐射波 长，有热感，又叫热红外。 超远红外：15.0～1 000 µm，多被大气吸收， 遥感探测器一般无法探测。
微波的波段划分
波段名称
Kα K Ku X C S L P
波长/cm
0.75~1.13 1.13~1.67 1.67~2.42 2.42~3.75 3.75~7.5
7.5~15 15~30 30~100
表征电磁辐射的物理量
辐射能量 Q
电磁辐射是具有能量的，它表现在：
• 使被辐照的物体温度升高 • 改变物体的内部状态 • 使带电物体受力而运动 ……
大气顶的通量密度为
F = F0(dm/d)2cosθ0
0.9674<(dm/d)2<1.0344
太阳常数是对太阳光谱的积分。太阳表面辐出度是多少？ 太阳对地球的张角很小,太阳光可以认为是平行光束。
电磁辐射的主要定律
黑体
遥感探测离不开辐射源, 但是由于现实世界辐射源的复杂 性, 研究时要借助理想模型, 然后再根据实际情况做修正 或近似。 绝对黑体就是研究辐射规律的理想模型。
能够完全吸收任何波长入射能量的物体。对于黑体 a(,T ) 1, r(,T ) 0
黑体是一种理想模型。
绝对黑体的辐射光谱对于研究一切物体的辐射规律具有根本的意义。
(1) 普朗克定律
1900年普朗克引进量子概念，将辐射当做不连续的 量子发射，成功地从理论上得出了与实验精确符合 的绝对黑体辐射出射度随波长的分布函数。
对于给定的物体，单位时间内辐射能量的多少以及辐射 能量按波长的分布都取决于物体的温度，因此这种辐射 就称为热辐射。
电磁辐射源有三种：太阳、地球和人工辐射源。
电磁波的基础知识
电磁波是遥感信息的载体。 横波 波速: 与光速相同2.99793*108米.秒-1 波速表示：波长、频率、波数 依波长可分为：r射线、X射线、紫外线、
辐射亮度
L 2(3) Φ / A Ω ( λ) 瓦/米²•球面度 (W/m²• Sr)
需要注意的是： 文献中的称谓不尽相同，关键看单位 最重要的是密度（辐照度）和亮度 凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cosθ
太阳辐射的基本特性
太阳辐射
太阳发射的电磁辐射在地球大气顶层随波长 的分布称为太阳光谱。