[物理]第二章遥感物理基础

物体自身发射电磁波的特征
以普朗克热辐射定律为基础：
三 斯忒藩—波尔兹曼定律 大 定 维恩位移定律 律
基尔霍夫定律
黑体辐射规律
普朗克热辐射定律
斯忒潘－玻尔兹曼定律 维恩位移定律
物体自身发射电磁波的特征
普朗克热辐射定律
式中 Wλ——波长λ处单位面积上每单位波长发射的辐射功率，以瓦／厘 米２，微米计；
2.1.3 黑体辐射
绝对黑体
吸收率α ∝（λ，T） 反射率ρ ∝（λ，T）
绝对黑体：
τ =0时， α≡1 ，ρ≡0
与物体温度和电磁波波长无关
若地物在任何温度下，对任何波长的辐射能完全 吸收，即α＝1，该地物称绝对黑体，简称黑体。
地物对各种波长的吸收率是界于０～１的，若吸 收率近似为一常数，说明吸收率与波长无关，为无 选择性吸收，该地物称为灰体。
动 性
Ｃ＝λf
式中 C——波速，在真空中，Ｃ≈３×
8Ｍ／Ｓ，即光速；
λ——波长，一般以μｍ计；
f——频率，以Ｈｚ表示。
不同波长的电磁波，其频率是不一样的， 波长愈短，频率愈高；波长愈长，频率愈低。
电磁波的基本性质
电磁波是特殊物质组成的微粒（光子）
（如光电效应）
粒 光子的能量E与其频率f成正比，
其关系为：
子
E＝hf
性
式中 h——为普朗克常数。
光在发射过程中，以粒子性为主； 光在空间传播的过程中，以波动性为主。
2.1.2 电磁辐射的度量
辐射源
任何物体都是辐射源
辐射强度与波长各异 太阳是最主要的辐射源
电磁辐射就是电磁能量的传递
遥感探测就是对地物辐射能量的测定
物体的电磁辐射特征
﹛ 两方面
物体对外来电磁辐射的特征
。 M。—与物体同温度的黑体的发射能量
物体的发射率是以黑体辐射作为基准的。
所谓黑体，就是在一定的温度下，对各种不同波长的辐射能量都能够全部吸收的物体，即具有最大的吸 收能力。黑体的热辐射，称为黑体辐射，是一个最理想的辐射体。
吸收热辐射能力强的物体，它的发射能力也强。
在自然界中，绝对黑体是不存在，太阳的发射率和吸收率极大，接近于100%，所以人们把太阳当作为黑 体。据测量得知，地球表面的各种物体的发射率都小于1。
反射
散射
吸收
透射
折射
物体自身发射电磁波的特征
电磁辐射特性是波长的函数 环境对物体电磁辐射的影响
太阳辐射能量入射到地球表面，根据能量守恒定律，则 有：
Ｅ＝Ｅρ＋Ｅα＋Ｅτ
Ｅρ、Ｅα、Ｅτ分别为地物反射、吸收和透射的功率。
1 ＝Ｅρ/E＋Ｅα/E＋Ｅτ/E
令ρ＝Ｅρ／Ｅ、α＝Ｅα／Ｅ、τ＝Ｅτ／Ｅ分别表示为 反射率、吸收率及透射率
物体对外来电磁波的吸收特征
任何物体也都具有吸收外来电磁波的能力。物 体的吸收能力以吸收率α表示。 物体对外来电磁波的吸收能力是随物体性质的 不同而变化的。
反射率高，其吸收率低；反射率低，吸收率则高。
在温度一定的条件下，发射什么波段就吸收什 么波段。所以，物体的吸收能力与物体的发射 能力是密切相关的。
磁 波长范围不同，它们的性质(如传播的方向性，
波
穿透性能等)也有很大的差别。
谱
电
磁
电磁波的波粒二象性
波
既有波动性又有粒子性(又称量子性)
的
基
波动性的特征解释了电磁辐射的传播
本
粒子性的特性解释了电磁辐射与物质的
性
作用
质
电磁波的基本性质
电磁波具有横波的特性
电磁波可以根据其速度、波长
波
和频率来描述，其关系为：
反射能量是遥感应用中最重要的。
物体反射能量的强度用反射率ρ表示，同一物体对不同波长的电磁波 有不同的反射率.
反射率随波长的变化而变化的特征称为物体的波谱 特征，根据反射率随波长的变化所绘出的曲线称为该物
体的地物反射波谱曲线。
物体对外来电磁波的透射特征
有些物体具有透射一定波长的电磁波的能力， 这些物体通常称为透明体。
Ｃ——光速，为2.98×１０１０厘米／秒； ｈ——普朗克常数，为6.63×１０－３４瓦·秒２； ｋ—玻尔兹曼常数，为1.38×１０－２3瓦·秒／度； λ——波长，以微米计； Ｔ——绝对温度，以0K计，０℃＝２７３.１６ 0K
黑体辐射波长分布特性，与温度有密切关系
斯忒潘－玻尔兹曼定律
M＝σＴ４
式中 M——单位面积上黑体的总辐射出射度，以瓦／厘米２计； σ——斯蒂芬－波尔兹曼常数，为5.67×１０－１２w.cm２·K-４。
辐射测量
辐射能量（W）(J)
辐射通量（Φ） (W)
dW/dt
辐射通量密度（E） dΦ/ds
辐照度（I）
(W/m2 )
dΦ/ds
辐射出射度（M）
dΦ/ds
朗伯源与朗伯体
辐射亮度L与观测角θ无关的辐射源（绝对黑 体） ---------朗伯源
可近似视为朗伯体的有： 表面均匀粗糙的物体 表面涂有特殊材料（氧化镁）的物体
第二章 电磁辐射与地物光谱特征
2-1 电磁波与电磁辐射
电磁辐射理论是遥感的物理基础
遥感就是要收集物体的 电磁辐射信息，
物体电磁辐射的数量和性 质的变化，是解释物体 主要特征的基本依据.
2.1.1 电磁波谱
电磁波与电磁波谱
按电磁波在真空中传播的波长或频率
，递增或递减排列成条带状，则构成
电 电磁波谱(spectrum)。
若地物对各种波长的吸收率随波长而变化，即有 选择性地吸收，称选择性辐射体。
物体自身发射电磁波的特征
任何物体只要它的温度高于绝对零度(即－２７３.１６℃）， 就存在着分子热运动，并向外发射相应的电磁波。
物体发射电磁波的强度以发射率ε(比辐射率)表示，
即ε＝Mλ/M。
式中 ε——物体某波段的发射率(%)； Mλ——物体某波段的发射能量；
例如水体和冰，物体的透射能力用透射率τ表示。
物体对于外来电磁波的透射能力，随着电磁波 的波长和物体的性质而变化。
例如，蓝、绿波段(0.45～0.56μｍ)对水体具有一定的透射能力，但 由于水体浑浊程度的不同，其透射深度也不同。
微波对地质体则具有明显的透射能力，透射能力的大小，与波长 有关。岩性对透射深度也有明显的影响，例如干燥又疏松的沉积物具有 较大的透射能力；而潮湿、坚＋α＋τ＝１
<反射系数、吸收系数、透射系数>
对不透明的物体，τ＝０，它们只有反射、吸收太阳辐射的能力， 此时α＋ρ＝１或α＝１－ρ。
物体反射率高，其吸收率就低；若吸收率高，则反射率就低。
物体的反射率、吸收率及透射率也可用百分率(%)表示。
物体对外来电磁波的反射特征
反射可分为镜面反射、漫反射和方向反射 。