特 征：与温度有关。 微 波：波长：1mm —30cm。大于30厘米的波称无线电波。
产生：内部分子的转动引起的。
Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
= c, E = h v = h c /
E = Energy (joules, or j), h = Planck’s constant = 6.63 x 10-34 j -s, v = frequency (1/s or s-1)
c = speed of light in a vacuum (m / s), = wavelength (m)
• 例如：紫外线：uv-C(0.150-0.28) uv-B(0.28-0.315), uv-A(0.315-0.4), unit: um • 红外线：近红外(0.7-2.5)，远红外(2.5-1000)；微波：1mm到1m波段。
电磁波谱
太阳
地球大气 辐射
电离
电磁振荡
电子跃迁
分子振动转动
r
宇
射
宙
线
特征：波长短，频率高能穿透密 度很大的物质。 紫外线：波长10-5-0.35 m，产生：原子和分子内部的电子状 态改变；
特征：频率较高，各种物质对短的紫外线有吸收。 可见光：波长0.35 -0.76 m，产生：原子内部的电子状态；
特征： 对人眼有特殊的刺激。 红外线：波长0.76 -1000 m，产生：分子、原子的振动转动；
第一节 辐射基础
一、电磁波谱
• 不同波长的电磁波有不同的物理特性，因此可以用波长来区分辐 射，并给以不同的名称，称之为电磁波谱。
• Most significant spectral regions associated with radiative energy transfer in atmosphere lie between ultraviolet light and microwaves.
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。
二.描述辐射的基本物理量
2.1 描述辐射场的物理量
预备知识 ① 通量的概念
② 平方反比定律：表示辐射能通过空 间传播方式的原则,表示光的强度与 到光源的距离的平方成反比。
卫星气象学
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。
• 第一节 辐射基础
• 第二节 地球大气与辐射的相互作用
• 第三节 辐射在大气中的传输与卫星接 收到的辐射
远红外
1.5
15
紫 蓝青 绿 黄 橙 红
0.40 0.43 0.45 0.50 0.57 0.60 0.63
0.76微米
750 m
产生 机制
光谱区
波长 频率 (Hz)
r 射线： 波长10-11 -10-4nm，产生：放射性元素蜕变； 特征：具有很高的能量，几兆电子伏特。
x 射线： 波长10-5 -0.0045m，产生：原子内部的电子从激发 态恢复到稳态；
③ 立体角概念：锥体所拦截的球面积σ与半径r的平方之比，单位 为球面度（sr: Steradians）。



r2
Solid angle units are steradians [sr]. For a sphere of surface area 4r2, the solid angle subtended by the entire sphere is 4, by a hemisphere is 2, etc.
单位时间内通过任意表面的辐射能量，单位J/s。
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech.(NUIST)
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。
立体角的计算
d rd r sind
d d sin d d
r2
辐射场物理量包括： • 辐射能； • 辐射功率； • 辐射强度； • 辐射通量密度； • 辐亮度，等。
• 辐射能Q：焦耳、热力学卡（1k=4.1840J）； • 辐射功率φ（或Radiant Flux 辐射通量W）：
射
线
紫可 红
外 线
见
外
光线
亚毫 厘 分 毫米 米 米 米波 波 波 波
微波
超 短
短中
长
波 波波 波
X 射线
无线电波
迟缓电振荡
1nm
1m
1cm
1m
31022 31020 31018
31016 31014 31012 31010 3108 3106 3104 3102
可见光 近 红 外 中红外
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）
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
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