1、1,大气对太阳辐射的衰减,张超 中国农业大学信息与电气工程学院 5/10/2019,遥感图像处理与分析之六,主要内容,1、电磁波辐射度量几个基本概念2、大气对太阳辐射的衰减,1、电磁波辐射度量几个基本概念,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,辐射能量（Q）的单位是焦耳（J）,辐射通量 (radiant flux) ,在单位时间内通过的辐射能量称为辐射通量：=Q/ t,辐射通量（）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
2、通量称为辐射通量密度： 入射度，E；出射度，ME辐照度= / A M辐射出射度= / A 包括所有方向,辐射通量密度的单位是瓦/米（W/m）,法向,太阳,地表,立体角定义,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： L= / ( A cos ),辐射亮度（L）的单位是瓦 / 米微米球面度（W/m m Sr） 辐亮度L与观测角无关的辐射源为朗伯源体,辐射源,Acos,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= / ,辐射强度（I）的单位是瓦/球面度（W/Sr
3、）,=A/R 2、4 各向同性源？,与方向无关,（分谱）辐射通量,辐射通量是波长的函数，单位波长间隔内的辐射通量称为分谱辐射通量： = / ,分谱辐射通量的单位是瓦/微米（W/m）,1- 2波段间隔内的 (1- 2)? 总辐射通量 ？,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,M、L、I之间的关系,M：辐射出射（通量密）度： M辐射出射度= / A L：辐射亮度：L= / (Acos ) I：辐射强度：I= / （点源）,L与I之间的关系： L= 2 / ( (Acos)= I/ ( (Acos)L与M之间的关系： M=2L()cosd （在2 空间
4、，所有L对立体角的积分） 对于朗伯体，L()各项同性 M=L2cosd = L 对于朗伯体，其辐射出射度为辐射亮度的倍,小 结,辐 射 度 量 一 览 表,2. 大气对太阳辐射的衰减,大气成分组成 大气分层 大气对太阳辐射的衰减 大气窗口,大气是地球的保护伞 ,两小儿辩日 孔子东游，见两小儿辩斗，问其故。一儿曰：“我以日始出时去人近，而日中时远也。”一儿以日初出远，而日中时近也。一儿曰：“日初出大如车盖，及日中，则如盘盂，此不为远者小而近者大乎？”一儿曰：“日初出沧沧凉凉，及其日中如探汤，此不为近者热而远者凉乎？”孔子不能决也。两小儿笑曰：“孰为汝多知乎！”,圣人不能解释的,地球,大气,早晨太
5、阳温和 有效截面不同 A=A0sin(),早晨的太阳比中午大，因为大气散射等造成，早晨大气路径长,1 大气成分组成,2 大气垂直分层,其中， ：太阳辐射通过的大气路程，与太阳高度角有关：大气衰减因子，：大气对太阳辐射的吸收率和散射率，是电磁波波长（频率）的函数。 E0 大气顶部的辐照度，E为地球表面的辐照度,3 大气对太阳辐射的衰减,太阳辐射衰减的原因： 散射、吸收、反射,3.1 散射作用,太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子和大气中固体、微粒、液体的散射。 电磁波在传播过程中，遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开，称为散射。,3.1.1 瑞利（Rayleigh） 散射,质点的直径
6、 d (电磁波波长)时 一般认为（d /10）,大气中的气体分子微小颗粒; 晴朗的天空为蓝色； 紫及紫外区不适于进行卫星遥感,瑞利散射与波长的关系,质点直径和电磁波波长差不多时（d ）,3.1.2 米氏散射,主要是大其中的烟、云雾等水蒸气、气溶胶等中等颗粒引起的散射。 云、雾等的悬浮粒子的直径和0.7615 um之间的红外线波长差不多。所以， 云雾对红外线的散射主要是米氏散射。,3.1.3 非选择性散射,当质点直径大于电磁波波长时（d ）, 散射率与波长没有关系,人看到的云和雾是白色的，就是云雾粒子直径比可见光波长大很多，所以云雾对可见光波段为非选择性散射。,3.2吸收作用,大气吸收电磁辐射的
7、主要物质是：水、二氧化碳和臭氧 1）水：分为气态水和液态水水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波，都有水汽的吸收带。液态水的吸收更强，主要在长波范围。 2）二氧化碳主要在红外区。1.352.85um 之间有3个弱吸收带，2.7，4.3， 14.5 um 为强吸收带。 3）臭氧 对紫外线的吸收 4）其它吸收电磁波的物质 氧气主要吸收波长小于0.2um的， 尘埃吸收作用很少。,3.3反射作用,主要是大气中的云层，大的尘埃。 云量越多、云层越厚， 反射越强。,云的反射或者非选择性散射,北京地区2004年5月19日TM卫星遥感影像（波段组合543（RGB）,太阳辐射经大气衰减图,大气对
8、太阳辐射的衰减总体规律： 大气吸收17， 散射22，反射30，其余31 太阳辐射到达地面。,3.4 大气窗口,大气窗口：电磁波在大气中传输过程中吸收和散射很小，透射率很高的波段。,要获得地面的信息，必须在大气窗口中选择遥感波段。,常用大气窗口,1）1）0.31.4um： 包括全部可见光（95），部分紫外光（70），部分近红外光（80）。 摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐射信息。 2）1.42.5um： 近红外窗口，6095，扫描成像，白天记录 3）3.55.5um： 中红外窗口，6070，白天夜间，扫描成像记录 4）814 um： 远红外窗口，超过80， 白天夜间，扫描记录 5）1300mm： 微波窗口， 白天夜间，扫描记录。,ETM+各波段设置,各波段设在大气窗口,谢谢大家！,
