遙感理論基礎(chǔ)第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射基本概念輻射傳輸方程第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基本概念電磁輻射是以電磁波方式傳播的能量。波長波數(shù)頻率波速第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月立體角單位：球面度(sr)第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射能：Q，以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量，單位：J輻射通量：=dQ/dt

，單位：W輻射通量密度：單位時間、離開（或照射到）單位面積上的能量通量。包括：輻出度、輻照度

F=d/dA=d2Q/(dAdt)，單位：Wm-2輻射亮度（比強(qiáng)度）：與能量傳播垂直的單位面積上、單位時間、單位球面度所通過的能量。

I=d3Q/(cosdAdtd)，單位：(Wsr-1m-2)

第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射通量密度和輻射亮度各向同性輻射F第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月單色（分光、譜）輻射輻射通量密度：其它：分光輻射亮度：積分輻射出射度（總輻射）其它如：積分輻射亮度等第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射光譜曲線F(或其它輻射量)隨變化的曲線太陽輻射光譜曲線第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度T探測輻射小孔局地?zé)崃W(xué)平衡物質(zhì)系統(tǒng)：能級滿足玻爾茨曼統(tǒng)計(jì)分布，靠頻繁碰撞輻射系統(tǒng)：滿足普朗克函數(shù)第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月黑體輻射基本定律1879年，斯蒂芬—波耳茲曼定律：黑體總輻射與其絕對溫度的4次方成正比。1893年，維恩位移定律：黑體最大輻射波長與其絕對溫度成反比。1900年，普朗克黑體輻射定律：普朗克公式第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽輻射地球長波輻射第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月亮度溫度（等效黑體溫度）瑞利-金斯近似，微波波段第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月能量通量通量密度單色通量密度衛(wèi)星觀測的亮度普朗克函數(shù)亮度溫度從地球大氣輻射能到衛(wèi)星觀測的亮度溫度第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月F=FA+FR+FT

吸收率：

=FA/F

反射率：=FR/F

透射率：

=FT/F

比輻射率：=FE/FB(FE

為物質(zhì)向外輻射，F(xiàn)B為黑體輻射，由基爾霍夫定律=A)

++=1或++

=1能量守衡。后者說明發(fā)射、反射和透射處于熱力平衡。吸收、反射和透射率第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月1Lambert（朗伯）源/余弦發(fā)射體在各向同性輻射情況下，輻射亮度I大小與方向無關(guān)（向所有方向以同一輻射亮度發(fā)射輻射的物體）輻射源第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月2點(diǎn)源

理想的情況，源向四周均勻發(fā)射，發(fā)射功率為，則在以點(diǎn)源為中心、半徑

r的球表面上的輻照度第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月在離點(diǎn)輻射源距離相當(dāng)大并且在討論相對比較小范圍中的問題時，可以把由點(diǎn)源發(fā)出的輻射當(dāng)作平行輻射或平行光（太陽直接輻射）來處理。太陽直接輻射第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月平行輻射的輻射亮度第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3面輻射源它可以向2立體角中發(fā)射輻射能，涉及空間積分。第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月反射體鏡面反射體朗伯反射體第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月雙向反射率函數(shù)（BDRF）第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：反照率的單色特性或積分特性太陽輻射波段積分的反照率（%）裸土10―25沙地，沙漠25―40草地15―25森林10―20雪地(干燥、干凈)75―95雪地(濕和/或臟)25―75海洋表面(太陽離地平線＞25)＜10海洋表面(低太陽角度)10―70第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月ReflectanceofCloudsandSnowintheWavelengthInterval0.4-2.5mm第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收和發(fā)射過程第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收削弱吸收截面a分子所吸收的輻射通量，等于入射輻射的輻照度與之乘積

體積吸收系數(shù)單位體積中各個粒子的吸收截面之和

質(zhì)量吸收系數(shù)單位質(zhì)量介質(zhì)中各個粒子的吸收截面之和

第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月指數(shù)削弱規(guī)律第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月光學(xué)厚度光學(xué)質(zhì)量單色透過率第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣吸收光譜第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月6321.671.211.35cm波長/mm第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月Spectralregionsusedforremotesensingoftheearthatmosphereandsurfacefromsatellites.indicatesemissivity,qdenoteswatervapour,andTrepresentstemperature.第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月散射過程

位于電磁波路徑上的粒子，通過這種過程從入射波中連續(xù)地提取能量，并且將此能量向各方向重新輻射出去。粒子可以當(dāng)做散射能量的點(diǎn)源。

粒子：氣體分子、懸浮塵埃、云滴、雨滴、冰粒和雪花等第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月散射分類和參數(shù)尺度數(shù)r：粒子半徑：輻射波長第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月散射圖像：方向性圖瑞利散射米散射第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月描述參數(shù)散射函數(shù)第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月散射截面散射效率消光截面消光效率單散射反照率第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月體積散射系數(shù)、質(zhì)量散射系數(shù)、指數(shù)削弱規(guī)律消光（削弱、衰減）=散射+吸收第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月相函數(shù)P(,)某一方向散射輻射與平均散射輻射的比值瑞利散射米散射第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、輻射傳輸方程一般形式：4個過程A.輻射束被介質(zhì)吸收；B.介質(zhì)發(fā)射輻射；C.輻射從射束內(nèi)被散射到其他方向；D.輻射從其他方向散射到傳輸方向損耗項(xiàng)depletion源項(xiàng)source第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月單次散射傳輸方程傳輸路徑吸收、散射衰減各個方向的散射輻射進(jìn)入傳輸路徑造成的輻射增加12第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

輻射從其他方向散射到傳輸方向傳輸方向第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月散射到所有方向上的輻射為從散射到傳輸路經(jīng)方向單位立體角內(nèi)的概率第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月傳輸路經(jīng)上單位面積/立體角的輻射為空間所有方向射向方向的亮度為第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月單散射反照率削弱+散射微分方程第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月太陽直接輻射的一次散射第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月積分第50頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月到達(dá)上界的輻射亮度I(0)為關(guān)心散射輻射，扣除直接輻射一次散射（吸收

+一次散射）的傳輸方程第51頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星探測氣溶膠的基礎(chǔ)第52頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月直射太陽光的衰減探測高層氣溫、痕量氣體地面遙感臭氧、污染物衛(wèi)星開始h=350km，隨太陽衛(wèi)星下沉，直到日落太陽掩星法第53頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月R表示以分子O2和N2為主的瑞利分子散射a表示氣溶膠的吸收和散射g表示均勻混合氣體（主要是CO2和O2）吸收NO2表示以二氧化氮為主的城市污染物的吸收v水汽吸收O3臭氧吸收第54頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月紅外波段輻射傳輸方程不考慮散射C、D項(xiàng)，只考慮A、B項(xiàng)A項(xiàng)：ds氣層吸收率：B項(xiàng)：氣層發(fā)射第55頁，課