电磁波的特性电磁波是横波在真空中以光速传播电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性(如光与物质作用时表现出的粒子性，如光的发射、吸收、散射)。

波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。

电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。

E = hf能量越大，波长越短，粒子性越强，直线性越强1、电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。

在电磁波谱中，波长最短的是γ射线，最长的是无线电波。

电磁波谱其按波长可分为长波、中波、短波和微波。

电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。

2、遥感常用的电磁波波段的特性紫外线(UV)：0.01-0.4μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。

可见光：0.4-0.76 μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。

红外线(IR) ：0.76-1000 μm。

近红外0.76-3.0μm ——又称光红外或反射红外中红外3.0-6.0μm远红外6.0-15.0μm超远红外15-1000μm微波：1mm-1m。

全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。

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。

地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。

黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。

黑体辐射(Black Body Radiation )：黑体的热辐射称为黑体辐射。

按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。

灰体(grey body)：发射率小于1，常数选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。

(1)普朗克热辐射定律（*）表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。

1/5212)(-⋅=kT ch e hc T W λλλπλ、黑体辐射的三个特性( p20 )1、辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。

2、温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交。

3、随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。

(2)玻耳兹曼定律（Stefan-Boltzmann ‘s ）即黑体总辐射通量(也称总辐射出射度；) 随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。

因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。

是红外装置测定温度的理论基础。

(3)维恩位移定律（Wien ‘s displacement law ）随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。

b T =⋅max λλmax 为辐射通量密度的峰值波长；b 为常数，b=2897.8±0.4（μm ·k ）（4)地物的发射率和基尔霍夫定律1、发射率(Emissivity )：常用ε表示W ：地物的辐射出射度（即地物单位面积上发出的辐射总通量）W 黑同温下的黑体辐射出射度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）影响地物发射率的因素：地物的性质（颜色深浅）、表面状况（粗糙度）、表面温度（比热、热惯量、热导率）------表面粗糙、颜色较深比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。

亮度温度：衡量地物辐射特征的重要指标。

指当物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。

亮度温度TB 与实际温度T 的关系：总小于实际温度。

TT B ε=基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W 和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积绝对黑体辐射通量W 黑。

电磁辐射的度量---辐射测量辐射测量（radiometry ），以伽玛射线到电磁波的整个波段范围为对象的物理辐射量的测定，其度量单位见下表。

400122T d ehc W σλλλπ=⋅=⎰∞斯忒藩-玻电磁辐射的度量---光度测量光度测量（photometry），由人眼的视觉特性（标准光度观察）评价的物理辐射量的测定，其度量单位见下表。

2. 电磁辐射源自然电磁辐射源太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。

大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。

太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。

太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 ～0.76 µm的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 µm左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 ～3.0 µm波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。

地球的电磁辐射：小于3μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。

在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎为零。

地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。

太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。

电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即：到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0. 45 ~ 0. 56μm的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达10~20 m，清澈水体可达100 m的深度。

对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。

可见光和近红外波段：主要表现地物反射作用和地物的吸收作用。

（树叶苍翠欲滴、水下温度）热红外波段：主要表现地物热辐射作用。

（热红外灵敏遥感器夜间成像河流为亮色条带，但热红外白天成像河流为暗色条带）微波波段：主动遥感利用地物后向散射；被动遥感利用地物微波辐射。

一、地物的反射光谱特性1、地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。

反射率随入射波长而变化。

影响地物反射率大小的因素：入射电磁波的波长入射角的大小地表颜色与粗糙度2、地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。

地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。

地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。

不同地物在不同波段反射率存在差异：如雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线----同物异谱，异物同谱传感器探测波段的设计，是通过分析比较地物光谱数据而确定的。

多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：MSS1(0.5-0.6 μm)绿色波段MSS2(0.6-0.7 μm)红色波段MSS3(0.7-0.8 μm)近红外波段MSS4(0.8-1.1 μm)近红外波段MSS影像为多光谱扫描仪(MultiSpectral Scanner，是四波段的光机扫描仪)获取的影像，它具有四个波段，两个波段为可见光波段，两个波段为近红外波段，利用MSS各个波段的应用范围MSS第4波段为绿色波段，对水体有一定透射能力，在清洁的水体中透射深度可达10-20米，可以判读浅水地形和近海海水泥沙。

由于植被波谱在绿色波段有一个次反射峰，可以探测健康植被在绿色波段的反射率。

第5波段为红色波段，该波段可反映河口区海水团涌入淡水的情况，对海水中的泥沙流、河流中的悬浮物质与河水浑浊度有明显反映，可区分沼泽地和沙地，可以利用植物绿色素吸收率进行植物分类。

此外该波段可用于城市研究，对道路、大型建筑工地、砂砾场和采矿区反映明显，在红色波段各类岩石反射更容易穿过大气层为传感器接收，也可用于地质研究。

第6波段为近红外波段，植被在此波段有强烈反射峰，可区分健康与病虫害植被，水体在此波段上具有强烈吸收作用，水体呈暗黑色，含水量大的土壤为深色调，含水量少的土壤色调较浅，水体与湿地反映明显。

第7波段也为近红外波段，植被在此波段有强烈反射峰，可用来测定生物量和监测作物长势，水体吸收率高，水体和湿地色调更深，海陆界线清晰，第7波段可用于地质研究，划出大型地质体的边界，区分规模较大的构造形迹或岩体。

第8波段，为热红外波段，该波段可以监测地物热辐射与水体的热污染，根据岩石与矿物的热辐射特性可以区分一些岩石与矿物，并可用于热制图。

植被的波谱特征在可见光波段在0.45um附近（蓝色波段）有一个吸收谷；在0.55um附近（绿色波段）有一个反射峰；在0.67um附近（红色波段）有一个吸收谷。

在近红外波段从0.76um处反射率迅速增大，形成一个爬升的“陡坡”,至 1.1um附近有一个峰值，反射率最大可达50％，形成植被的独有特征。

1.5～1.9um光谱区反射率增大；以1.45um，1.95um，2.70um为中心是水的吸收带，其附近区间受到绿色植物含水量的影响，反射率下降，形成低谷。

影响植被波谱特征的主要因素植物类型植物生长季节病虫害影响等植被波谱特征大同小异，根据这些差异可以区分植被类型、生长状态等。

植被光谱反射基本走势：草地>农作物>林地水中其它物质对波谱特征的影响水中含有泥沙，在可见光波段的反射率会增加，峰值出现在黄红区。

水中含有水生植物叶绿素时，近红外波段反射率明显抬高。

岩石矿物的光谱曲线岩石的反射波谱主要由矿物成分、矿物含量、物质结构等决定。

影响岩石矿物波谱曲线的因素包括岩石风化程度、岩石含水状况、矿物颗粒大小、岩石表面光滑程度、岩石色泽等。

第三节大气和环境对遥感的影响大气成分大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、水滴等组成。

气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3悬浮微粒：尘埃大气的结构大气的垂直分层：对流层、平流层、中气层、热层和大气外层。

对流层：航空遥感活动区。

遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。

平流层：较为微弱。

中气层：温度随高度增加而递减。

热层：增温层。

电离层。

卫星的运行空间。

大气外层：1000公里以外的星际空间。

二、大气对太阳辐射的影响吸收、反射和散射太阳辐射的衰减过程：30%被云层反射回；17%被大气吸收；22%被大气散射；31%到达地面。