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1、自习提纲,绝对黑体的概念 黑体辐射规律：普朗克定律、斯特藩-波尔兹曼定律、维恩位移定律的意义 实际物体的辐射：基尔霍夫定律的意义 比辐射率的概念,四、黑体辐射,绝对黑体 对于任何波长的电磁波都全部吸收 恒星和太阳的辐射接近黑体辐射 电磁波入射到一个不透明的物体上，在物体上只出现对电磁波的反射现象和吸收现象时，这个物体的光谱吸收系数与光谱反射系数之和恒等于1。,四、黑体辐射,黑体辐射规律 普朗克公式 斯忒藩-玻尔兹曼定律 维恩位移定律 实际物体的辐射 地物的发射率 基尔霍夫定律,普郎克公式,c：真空中的光速 k：玻尔兹曼常数， K=1.3810-23J/K h:普朗克常数,h=6.6310-34
2、Js M(,T):辐射出射度,维恩位移定律,b为常数,b =2.89810-3mK,维恩位移定律（揭示温度和波长的关系） 1、当物体温度一定时，物体在某波长上的辐射量最大 2、随着物体温度升高，物体辐射量最大的电磁波波长向短波方向移动 3、如果辐射最大值落在可见光波段，物体的颜色会随着温度的升高而变化：波长逐渐变短，颜色由红色逐渐变蓝,绝对黑体温度与最大辐射所对应波长的关系,根据维恩位移定律计算不同温度绝对黑体的最大辐射所对应的波长 自然界一般物体不是黑体,但在某一确定温度T时,物体最强辐射所对应的波长也可用维恩位移公式进行近似计算,实际物体的辐射,自然界中黑体辐射是不存在的，一般地物辐射能量
3、总要比黑体辐射能量小。如果利用黑体辐射有关公式，则需要增加一个因子，那就是发射率（比辐射率） 发射率：指地物的辐射出射度（即地物单位面积发出的辐射总通量）M与同温度的黑体辐射出射度（即黑体单位面积发出的辐射总通量）M黑的比值,基尔霍夫定律,给定温度下，任何地物的辐射出射度M与同温度下黑体的辐射出射度M黑之比是常数，即等于吸收率和比辐射率:,一个好的吸收体也是一个好的发射体。 温度相同的两物体，对于某波长的的辐射，如果甲比乙吸收得多，则甲比乙发射得也多 物体不吸收某波长的辐射，也就不发射该波长的辐射 一般物体的热辐射出射度小于同温度的绝对黑体的辐射出射度,定义物体的辐射能力与黑体辐射能力之比为物
4、体的比辐射率或发射率，即：,故有：,即物体的吸收率就是它的比发射率 比辐射率反映了物体的固有属性，可以根据比辐射率反推物体的种类。,练习,已知人体的皮肤温度是33摄氏度，且将人体近似看做黑体，求人体的辐射出射度和人体辐射光谱中辐射最强的波长。假设人体皮肤的表面积为0.62平方米，求人体的总辐射出射量？,答案,辐射出射度为497W/m2； 辐射最强波长为9.47微米； 总辐射出射量为298W；,第二节 太阳辐射及大气对辐射的影响,太阳辐射 大气的成分和结构 大气对太阳辐射的影响 大气窗口,1 太阳辐射,太阳辐射是地球上生物、地球大气运动的能源，也是被动式遥感系统中遥感器接收信息的主要来源。 太阳
5、辐射是可见光和近红外遥感的主要辐射源。 地球距太阳1.5亿KM，太阳辐射能经500秒方到达地球，地球仅接收太阳辐射能约二十二亿分之一。 太阳辐射是一种十分复杂的连续电磁波光谱，从波长10-4或更短的X射线延伸到大于100m的无线电波，但辐射能主要集中在0.31-5.6um波段内。,太阳辐射,太阳电磁辐射强度 用太阳常数表示。 太阳常数： 在日地距离上（指大气层顶部平均日地距离处），垂直于太阳入射光线的单位面积上，单位时间内接收到的太阳辐射的总能量. 太阳常数=135.3毫瓦/厘米2=1352w/m2,1 太阳辐射,（2）太阳辐射的光谱,太阳辐射各波段的百分比,从太阳辐照度分布曲线可以看出： 太
6、阳辐射的光谱是连续的 它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致 从近紫外到中红外（0.3-6m）这一波段区间能量最集中而且相对来说较稳定；被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射,2 大气的成分和结构,大气成分 大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关 大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因,地球大气成分,大气结构 地球大气层包围着地球，大气层没有一个确切的界限，它的厚度一般取1000公里 大气在垂直方向上可分为： 对流层 平流层 电离层 大气外层,对流层: 距地面12KM以内 集中了大气质量的3/4,有垂直运动 平流层: 距地面1235
7、KM 无垂直运动，有季节性强风 中间层: 距地面3585KM 热 层：距地面85800KM 外大气层: 距地面800KM 对电磁辐射传输有显著影响的主要是对流层。,3 大气对太阳辐射的影响,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,3 大气对太阳辐射的影响,大气对电磁波传输过程的影响： 吸收、散射及反射作用 可见光波段：引起电磁波衰减的主要原因是分子散射。 紫外、红外与微波区：引起电磁波衰减的主要原因是大气吸收。,大气的反射,1. 大气对太阳辐射的反射作用主要是水蒸气造成的。 2. 影响最大的就是云。其影响程度与云量和云的厚度有关。 3. 选择
8、无云的天气接收遥感信号。,2.2 大气的吸收,在紫外微波之间，具明显吸收作用的主要是O3、O2、CO2和H20；此外NO2、CH4对电磁辐射也有吸收，多种成份吸收特定波和的电磁波，形成相应的吸收带。 1 氧和臭氧吸收带 2 水汽吸收带 3 二氧化碳吸收带 4 水滴和尘埃,大气对辐射的吸收,大气中不同成分对太阳辐射的吸收谱,氧和臭氧吸收带,氧的吸收带主要在0.176-0.202um和0.242-0.260um，在0.69-0.76um也有一狭小的吸收带。臭氧对0.3um以下的短波光能全部吸收。,水汽的吸收,对太阳辐射的吸收作用最为显著，范围很广，但集中在红外波段，其中0.7-3.0um波段是强吸
9、收带。,二氧化碳、水滴和尘埃吸收带,二氧化碳吸收带：主要发生在大于2um的红外区内 吸收的范围较宽，但主要吸收0.7-3um的红外线,大气的散射,概念：电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开。 实际工作中，通常把散射分为以下两种类型： 选择性散射： 瑞利散射( Rayleigh scattering) 。 米氏散射( Mie scattering ) 无选择性散射( nonselective scattering ),选择性散射和无选择性散射,选择性散射:散射光的强度分布的方向不对称，某些方向强，某些方向弱。,瑞利散射的散射光强分布,米散射的散射光强分布,入射光,无
10、选择性散射:散射光的强度分布的方向均匀对称，每个方向都一样强。,选择性散射-瑞利散射,概念：当大气中粒子的直径比波长小得多时(a1/10)发生的散射。 由大气中的原子和分子引起（氮、二氧化碳等）。 散射强度与波长的四次方成反比。波长越短，散射越强。 瑞利散射对可见光的影响较大，而对红外的影响很小，对微波基本没有影响。,瑞利散射示意图,瑞利散射与波长的关系示意图,瑞利散射的特点？,哪种波长的光穿透能力最强？,解释：,无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？ 朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？,选择性散射-米散射,当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时(a )发生的散射。 由大气中的微粒引起（烟、尘埃、气溶胶等）
11、。 散射强度与波长的二次方成反比。 大气中云、雾等悬浮粒子的大小与0.76-15 m的红外线的波长差不多，因此，潮湿天气云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。,米散射,散射的种类,选择性散射：各个方向上的散射光强度不同。 非选择性散射：各个方向上散射光强度基本相同。,无选择性散射,无选择性散射的条件：大气中粒子直径远大于光的波长。 特点：散射光强分布与入射光的波长和散射方向无关。,三、大气窗口,大气窗口大气的衰减作用相对较轻、透射率较高、能量较易通过的电磁波段。 只有位于大气窗口的波段才能被用于生成遥感图像在VISIR区段，常用的大气窗口有：0.31.3m、1.51.8 m、2.02.6 m、3.0-4.2 m、4.35.0 m、814 m。在微波区段，主要采用的大气窗口为8mm附近和频率低于20GHz的波段。,大气窗口,课堂小结,什么是绝对黑体？ 什么是发射率（比辐射率）？ 大气对太阳辐射的影响？ 大气中主要的吸收带？ 大气散射的种类？ 大气窗口的概念？,
