τ =e-(α+γ)χ
α ：为大气中气体分子对太阳辐射的吸收系数 γ：为大气对太阳辐射的散射系数 χ：为路程长度（即通过大气的厚度）
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
1） 大气的吸收作用 太阳辐射通过大气层时，大气层中H2O、O2、 CO2、O3对太阳辐射产生选择性吸收，由于 各种气体对太阳辐射波长吸收的特性不同， 使有些波段范围通过大气层到达地面，而另 一些波段则全部被吸收不能到达地面。因此， 造成了许多不同波段的大气吸收带。
由气体、水蒸气和悬浮的微粒混合组成。 气体：N2、O2、H2O、CO、CO2、N2O、 CH4、O3。 悬浮微粒：尘埃、冰晶、盐晶、水滴等，统称为
气溶胶，形成霾、雾和云。 在80km以下的大气中，除H2、O2、O3等少数 可变气体外，各种气体均匀混合，所占比例几乎 不变，又为均匀层。在该层中大气物质与太阳辐 射相互作用，是使太阳辐射能衰减的主要原因。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
可见光
波长范围从0.38-0.76μm。它由红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫色光组成。人眼对可见光有敏锐的感 觉，不仅对可见光的全色光，而且对不同波段的 单色光，也都具有敏锐的分辨能力，所以可见光 是作为鉴别物质特征的主要波段。 在遥感技术中是以光学摄影方式和扫描方式接收 和记录地物对可见光的反射特征。
0.8-25cm：
微波窗口，属于发射光谱范围。不受大气干扰， 透射率可达100％，是全天候的遥感波段。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
2.3 地物光谱特征
地物的光谱特性是遥感技术的重要理论依据，它 既为传感器工作波段的选择提供依据，又是遥感 数据正确分析和判读的理论基础，同时也可作为 利用计算机进行数字图像处理和分类时的参考标 准。 一、 地物的反射光谱特征 二、 地物的发射光谱特征
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红外线
波长范围为0.76—1000μm 。 分为：近红外（ 0.76-3.0 μm ）、中红外（3.06.0μm ）、远红外（6.0-15.0μm ）和超远红外 （15 -1000 μm ）。 近红外在性质上与可见光相似，所以又称为光红外。 在遥感技术中采用摄影方式和扫描方式，接收和记 录地物对太阳辐射的光红外反射。中红外、远红外 和超远红外是产生热感的原因，所以又称为热红外。
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电离层
顶部高度1000km，大气十分稀薄，处于电离状 态。氧原子和氨原子在分解和游离时吸收了多余 的能量，使气温升高，300km的高度气温可达 600-800ºC。 对可见光、红外直至微波的影响较小，基本上是 透明的。它是人造地球卫星绕地球运行的主要空 间层。
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瑞利散射
当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多时， 即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利散 射。
γ∞1/λ4
可见光对瑞利散射的影响较大。 常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗 粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小， 把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征 《遥感导论》课件
氧（O2）：
在波长0.155μm处吸收最强。在低层大气内几乎 观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm 和.76μm附近，各有一个窄吸收带。
按电磁波波长的长短（或频率的大小）， 依次排列制成的图表称电磁波谱。
三、遥感应用电磁波段
紫外线、可见光、红外线、微波
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遥感应用各电磁波波长
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米氏散射
当大气中微粒的直径与辐射波长相近时，即d≈λ， ϕ=2 ，发生的散射称为米氏散射。
γ=1/λ2 它是由大气中气溶胶所引起的散射。云雾等悬浮 粒子的大小与0.76-15μm的红外线的波长差不多， 因此，云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。
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大气外层
该位于离地面1000km高度以上直至几万公里， 该层空气极为稀薄。并不断向星际空间散逸。 该层对卫星运行基本上没有影响。
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2 大气成分
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3 大气层对太阳辐射的影响
太阳辐射在通过大气层时，约有30％被云层和其 它大气成分反射回宇宙空间，约有17 ％被大气吸 收，约有22％被大气散射，仅有31％的太阳辐射 直射到地面。 太阳辐射通过大气的透射率（τ ）为：
对流层
为大气的底层，顶部平均位于12km 。高度 每增加1km ，温度下降6.5 K ，气象变化强， 是现代航空遥感主要活动的区域。 在对流层内，由于大气层的吸收作用，使电 磁波传播受到衰减。
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平流层
平流层顶部平均高度80km，层内气流比较稳定， 没有垂直对流。在25km以下气温一般保持恒温 约为-55ºC。在25-315km以上气温随高度递增 （臭氧吸收了太阳紫外光），在该层内电磁波的 传播特性与对流层内的传播特性相似。
3.5-4.2μm：
中红外波段。包括地物反射光谱、发射光谱，属 于混合光谱范围。中红外窗口应用很少，目前多 用于航空多光谱扫描方式成象。
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8-14μm：
远红外波段，热辐射光谱。透射率约为60—70％。 是地物在常温下热辐射能量最集中的波段，在遥 感地质、环境遥感中应用较多。利用扫描仪和热 辐射计来获得地物发射的电磁波信息。
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紫外线
波长范围为0.01-0.4μm。太阳辐射含有紫外线， 通过大气层时，波长短于 0.3μm的能量几乎都被 吸收，只有0.3- 0.4μm波长到达地面。 主要用于测定碳酸盐岩分布，碳酸盐岩对紫外线 的反射比其它类型的岩石要强。另外，紫外线对 水面飘浮的油膜比周围的水面反射强烈，因此可 以用于油污染的监测。
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非选择性散射
当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，
γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。
这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。 如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳 辐射，常常会出现这种散射。 云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波 长的电磁波的散射是一样的。
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第二章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波与电磁波谱 2.2 大气层对电磁辐射的影响 2.3 地物光谱特征
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2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波 二、电磁波谱 三、遥感应用电磁波段
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三、大气窗口
大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐 射的能量。把太阳辐射通过大气层时，反射、吸 收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为 大气窗口。 主要的大气窗口：
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微波
微波的波长范围1mm-lm。微波遥感是借助微波 散射现象来探测地物的性质。 它的优点主要有： （1 ）微波易于聚成较窄的发射波束 （2 ）微波近似直线传播，不受电离层影响。 （3 ）地面目标对微波散射性能好。 （4 ）受自然界中的电磁波干扰小。 （5 ）具有一定的穿透性。
1.3-2.5μm：
近红外波段的中段。仍属于地物反射光谱，但不 能用胶片摄影，仅能用光谱仪和扫描仪来记录地 物的电磁波信息。透射率都接近80％。
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目前近红外窗口应用不多，但在某些波段对区分 蚀变岩石有较好的效果，因此在遥感地质应用方 面很有潜力。TM设有1.55-1.75μm和2.082.35μm两个波段。
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2）大气的散射作用
大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的 主要原因。散射的强弱可用散射系数表示：
ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。
根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可 分为三种：
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二氧化碳（CO2）：
它的吸收作用主要在红外区内。在1.35-2.85μm有3 个宽弱吸收带。另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为 强吸收带。由于太阳辐射在红外区能量很少，这一 吸收带可忽略不计。