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2、电磁波各参数的关系和使用单位
参数：
波长 f 频率 波数（单位长度内含有的波数，波长的倒数） c 光速=3108米/秒。
黑体：吸收能力和发射能力均为最大，对所有波长有 aλ =ε 灰体：对所有波长 aλ =ε aλ =ε
λ λ
1 1
选择性黑体：对某些波长
λ
=1
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第三章 气象卫星遥感大气的 基本原理
气象卫星遥感地球大气的温度、 湿度、云雨演变等气象要素,是通过 探测地球大气系统发射或反射的电磁 波而实现的。因此，电磁辐射是气象 卫星遥感的基础。
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普朗克定律
利用波长、频率和波数之间的关系，普朗克辐亮度公 式表示为
2c 2 h B (T ) 5 hc / kT (e 1)
2hf 3 B f (T ) 2 hf / kT c (e 1)
2c 2 h 3 B (T ) hc / kT e 1
普朗克函数将发射的单色强度与物质的温度和频率联 系起来；黑体的辐射强度随温度的升高而增大，但最大辐 射强度的波长却又随温度的升高而减小。
产 生 机 制 光谱区 波 长
1cm 31010
1m 3108
频 率 (Hz)
可见光
近红外
远红外 750 m
紫 蓝 青 绿 黄
0.40 0.43 0.45 0.50 0.57 0.60
橙
0.63
红
0.76微米
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▲
▲ Radiance(辐射率,辐亮度）：沿S方向传输
（1）辐射源表面dA其单位面积在单位时间内向S方向单 位立体角内发射的辐射能, 称为向： L（s）= L( ,) = 3Q/Atcos （2）辐射接收面dA其单位面积在单位时间内从S方向单 位立体角内接收的辐射能, 称为来自S方向的辐亮度： L（s）= L( ,) = 3Q/Atcos
M
e
5
c1
1
c2 T
1
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三. 辐射基本定律
▲
辐射体
黑体：指在任何温度、对任意方向和任意波长，其
吸收率（或发射率）都等于1的物体。a(λ )≡1 灰体：指其吸收率与波长无关，且为小于1的常数的
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基尔霍夫定律
记ε 是物体的比辐射率或发射率， aλ 是物体的吸收率。 在由辐射源与物体构成的热力平衡系统中，有
λ
ε λ= a λ
n n
s
dω d A’
s
dω’
dA
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如果辐射率与方向无关，则称各向同性, 这样的源称朗
伯源。
如果考虑整个空间，则对所有角求积分，再除以4， 就得平均的辐射率
1。通过测量最大单色辐射强度来确定黑体的温度。
2。注意λ
max与T呈反比。
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斯蒂芬-波尔兹曼定律 定义全谱段辐亮度：
B(T ) B (T )d
物理意义: 1、一物体在一定温度下发射某一波长的辐射，则该物体在同 一温度下吸收这种波长的辐射。 2、一个良好的吸收体，在同一温度下、相同波长处，也一定 是一个良好的发射体；反之亦然。
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辐射强度(I)：描述点光源的辐射特性。 定义:点辐射源在单位时间内向某一方向上 单位立体角内的辐射能量。 I=/=2Q/t 单位:瓦/球面度（W/Sr） 若各向同性则 I=/4
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黑体
▲
黑体----其辐射通量密度可用普朗克定律表示
2c 2 h M 5 hc / kT (e 1)
（wcቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-2m-1）
h是普朗克常数，等于6.626210-27尔格/秒
k是波尔兹曼常数，等于k=1.3806 10-16尔格/度
c是光速。 若用c1= 2π c2h, c2=hc/k, 上式可写为
▲
ε =M/M ε[0,1]之间。
由于辐射体发射的辐射随波长而变，所以发射率也是波长 的函数，写为ε ()。对于1~2 波长间隔的发射率为


2
1
( ) M ( )d
2
1

M ( )d
ε n：辐射表面法线方向的发射率
ε ：与辐射表面法线成角方向的发射率
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根据辐亮度的定义，接收面和/或发射面上的辐射通量 密度为
F

0

2
0
r r 2 L s cos d L s cos sin d d

/2
0
0

通常只考虑上半球空间，就得单面辐射通量密度
F
0

2
0
r L s cos sin d d

c =f 波在真空中的速度。
n= /n波在介质的波长。 V=f n 波在介质中的速度。
n=（r/r）1/2介质折射指数。r 介电常数, r导磁率。
关系： f=c
f=C/
=c/f
=1/ =f/c
单位：
1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）= 106千赫（KHz ）= 109赫（Hz ） 1米(m)=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（m）=109纳米（nm）
第一节
一、电磁波谱
电磁波谱和辐射度量
电磁波谱包括宇宙射线、太阳辐射、热辐射、无线电波等。
1、电磁波段的划分
太阳 电 r 射 线 X 射线 1nm 31022 31020 31018 31016 离 电子跃迁 宇 宙 射 线 紫 外 线 可 见 光 分子振动转动 亚 毫 红 毫 米 米 波 外 微 波 线 1m 31014 31012 中红外 1.5 15 地球大气 辐射 电磁振荡 厘 分 米 米 波 波 波 无 线 电 超 短 波 波 短 中 波 波 长 波 迟缓电振荡 3106 3104 3102
若辐射是方位对称的，则上式为
1 L 4

0

2
0
L( , ) sin d d
1 L L ( ) sin d 2 0
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3、电磁波的量子特性
从量子的观点看，电磁辐射可以看作是一粒一粒以光速c运动的粒子 流，这些粒子称为光量子，每一光量子具有的能量为 Q=hf Q 能量，h 普朗克常数。电磁辐射看成是粒子，就一定有质量m和动量p。 m=Q/c2=hf/c2 p=mc=h/= hf/c 电磁辐射的发射或吸收是由于物质内原子或分子的能量状态发生改变 引起的，若物质中原子的状态由高能级EJ跃迁到低能级EI，便发出辐射； 若从EJ EI便要吸收辐射。发出或吸收辐射时光量子的频率 f=（ EJ EI）/h 电磁辐射既有波动特性，也有粒子特性。 波长较长的可见、红外线波动性表现明显； 波长较短的r、x射线，其粒子性表现明显。
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二. 基本辐射量
▲
▲
▲
辐射能（Q):指电磁波携带的能量或物体发射辐射的全部 能量。 单位:焦耳（J） 辐射通量()：指在单位时间内通过某一表面的辐射能。 =Q/t =Q/t 单位:焦耳/秒（W） 辐射通量密度(F)：指通过单位面积的辐射通量。 F=/A F= /A 单位:焦耳/米2.秒（W/m2） 对辐射源面称其为出射度，对接收面称其为辐照度.
0


0
2c 2 h5 d e ch / kT 1
记常数b=24k4/（15c2h3），可得 B（T）=bT4 黑体辐射是各向同性的，因此黑体发射的通量密度为 F=B（T）=T4