搜索
遥感概论课后答案1、试述热辐射定律的主要内容，及其在遥感技术中的意义。热辐射：自然界中的一切物体。当温度高于绝对零度（-273℃）时，都会不断向四周空间辐射电磁波，这种由物体内部粒子热运动所引起的电磁辐射称为热辐射。热辐射能量的大小及波长λ分布取决于物体本身的温度T。地物发射电磁辐射的能力用发射率ε来表示。地物的发射率以黑体辐射作为基准。2、遥感技术中常用的电磁波波段有哪些？各有哪些特性？电磁波谱中，波长最长的事无线电波，无线电波根据波长不同又分为长波、中波、短波、超短波，其次是微波、红外线、可见光、紫外线，再次是X射线，波长最短的是γ射线，见下图：紫外波段0.01-0.38μm可见光波段0.38-0.76μm紫色光0.38-0.43μm蓝色光0.43-0.47μm青色光0.47-0.50μm绿色光0.50-0.56μm黄色光0.56-0.59μm橙色光0.59-0.62μm红色光0.62-0.76μm近红外（摄影红外）波段0.76-1.2μm近红外（反射红外）波段0.76-3.0μm中红外波段（热红外）3.0-6.0μm远红外波段（热红外）6.0-15.0μm超远红外波段15.0-1000μm微波波段1.0mm-1m毫米波1.0-10mm厘米波1.0-10cm分米波0.1-1.0m共性：在真空中具有相同的传播速度，smc/100.38遵守相同的反射、折射、干涉、衍射及偏振定律紫外波段的特性：波长0.01-0.38μm，属于太阳辐射的范畴。波长小于0.28μm的紫外线，被臭氧层及其它成份吸收。只有波长0.28-0.38μm的紫外线，能部分穿过大气层，但散射严重，只有部分投射到地面，并使感光材料感应，可作为遥感工作波段，称为摄影紫外。主要用于探测碳酸盐分布和监测水面油污。碳酸盐在0.4μm以下的短波区对紫外线的反射比其它类型的岩石强，水面油膜比周围水面对紫外反射强烈。空中探测高度大致在2000m以下，不适宜高空遥感。可见光波段特性：波长0.38-0.76μm；人眼可见，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光组成；在太阳辐射能中所占比例高，能透过大气层；地面物体对七色光多具有其特征的反射和吸收特性，故信息量最大，是鉴别物质特征的主要波段；遥感中可以用光学摄影、扫描等各种方式成像，可全色，可分波段，是遥感最常用的波段。可见光波段的遥感技术最成熟，但仍然有很大潜力。当前分辨能力最好的遥感资料，仍然是在可见光波段内。红外波段的特性：波长0.76-1000μm，可分为近红外波段（0.76-3μm），中红外（3-6μm），远红外（6-15μm）和超远红外（15-1000μm）。近红外波段是地表层反射太阳的红外辐射，故又称反射红外。其中靠近可见光红光的0.76-1.2波段可使胶片感光，故又称摄形红外。而中、远、超远红外是地表物体发射的红外线，故称热红外。热红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成象。红外遥感采用热感应方式探测地物本身的辐射(热污染、火山森林火灾等)，可以全天时遥感，是一个很有发展潜力的遥感波段。微波波段的特性：波长1mm-1m。可分为毫米波（1-10mm）、厘米波（1-10cm）和分米波（1-10dm）。微波的特点是能穿透云雾和一定厚度的植被、冰层和土壤，可获得其它波段无法获得的信息；具有全天候的工作能力；可以主动和被动方式成像。因此在遥感技术上是很有潜力的一个波段。3、请详细阐述太阳辐射穿过大气层能量衰减的原因。太阳辐射能主要集中在0.3-3μm波段。最大辐射对应的波长约为0.48μm。由于太阳辐射的大部分能量集中在可见光波段，所以称为短波辐射波长/μm波段能量（%）波长/μm波段能量（%）10.3X、γ射线0.020.76～1.5近红外36.810.3～0.2远紫外1.5～5.6中红外120.2～0.31中紫外1.955.6～1000远红外0.410.31～0.38近紫外5.321000微波0.38～0.76可见光43.5太阳辐射在大气中的损耗大气散射：22%大气散射概念大气散射：电磁波在传播的路径上遇到原子、分子或气溶胶等小微粒时，会改变传播方向，向各个方向散开，这种现象称为散射。散射现象的实质是电磁波在传输过程中遇到大气微粒而产生的一种衍射现象，因此，这种现象只有当大气中的分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。散射主要集中在太阳辐射能量较强的可见光区，所以散射是造成太阳辐射衰减的主要原因。瑞利散射当微粒的直径d比辐射波长λ小得多，此时散射为瑞利散射。此时，414，，主要是由大气分子对可见光的散射引起的，所以也叫分子散射。由于散射系数与波长的四次方成反比，当λ1μm时，瑞利散射可以忽略不计，因此，红外微波可以不考虑瑞利散射的影响。但是对于可见光来说，由于波长较短，瑞利散射影响较大。米氏散射微粒半径与波长接近时，取212，，称米氏散射。散射主要由大气中的烟尘、气溶胶、小水滴等引起，米氏散射的方向性明显，在光线向前方向比向后方向更强。如云雾的粒子大小与红外线（0.76-15μm）的波长接近，所以主要是米氏散射，因此，潮湿天气米氏散射影响较大。无选择性散射当微粒的直径比波长大得多时，所发生的散射称非选择性散射。此时，常数，0，散射与波长无关，对任何波长的散射强度相同。对于近红外、中红外也满足dλ，属非选择性散射。大气中的云、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳辐射常出现这种散射，且云、雾对各种波长的可见光散射均相同。——为什么云雾看起来是白色的？这种散射使传感器接受到的数据严重衰减。散射造成太阳辐射衰减，但是散射强度遵循的规律与波长密切相关。在可见光和近红外波段，瑞利散射是主要的。当波长大于1μm时，可忽略瑞利散射的影响。在短波中，瑞利散射与米氏散射相当；但在波长大于0.5μm时，米氏散射超过了瑞利散射的影响。大气层越厚，散射越强。大气及其它成份反射：30%主要是云层反射云层越厚反射量越大：厚度大于50m时，反射量达50%以上，厚度为500m时，反射量超过80%大气层中直径大于10.6m的其它微粒也会产生反射作用。故对地球温度有调节作用。大气吸收：17%在紫外、微波之间，具明显吸收作用的主要是O3、O2、CO2和H2O；此外N2O、CH4对电磁辐射也有吸收，多种成份对电磁波有不同的吸收能力，从而形成相应的吸收带。氧（O2）：大气中氧气含量约占21%，它主要吸收小于0.2μm的太阳辐射能量，在波长0.155μm吸收最强，在0.6μm和0.76μm附近，各有一个窄吸收带，吸收能力较弱。抽样（O3）：大气中含量很少，只占0.01-0.1%，但对太阳辐射能量吸收很强，有两个吸收带：一个为波长0.2～0.36μm强吸收带，另一个为0.6μm附近的吸收带。主要分布在30km高度附近，因此对小于10km的航空摄影遥感影响不大，而主要影响航天遥感。水（H2O）：是吸收太阳辐射能量最强的介质，主要吸收带位于红外和可见光的红光波段，其中红外部分吸收最强。在0.5～0.9μm有四个窄吸收带，在0.95～2.85μm有五个款吸收带，在6.25μm附近有一个强吸收带。因此水汽对红外遥感有很大影响。液态水的吸收水比水气吸收更强，但主要在长波方面。CO2：大气中含量很少，占0.3%，吸收带主要在红外区内，在1.35～2.85μm有3个宽的弱吸收带，在2.7μm、4.3μm与14.5μm为强吸收带。——对太阳辐射的吸收可忽略不记。尘埃：对太阳辐射有一定的吸收作用，但吸收量很少。当有沙暴、烟雾和火山爆发发生时，大气中的尘埃几句增加，这时，它的吸收作用才比较明显。到达地面：31%大气透过率大气透射率（）与所通路程密切相关，其中路程与太阳高度角和传感器的入射角有关。当高度角越大、入射角越小，大气厚度L就越小，透射率就大；反之，透射率就小，能量衰减越大。大气的吸收、散射则与大气成分和微粒大小有关。太阳辐射短波能量的衰减比长波部分大。4、什么是大气窗口和大气屏障，常用于遥感的大气窗口有哪些？大气窗口：指电磁辐射在大气传输过程中较少被反射、吸收和散射的透射率较高的波段。大气屏障：有些波段的电磁波在大气传输过程中被严重反射、吸收和散射，几乎不能到达地面，这些波段称大气屏障。大气窗口的光谱段主要有（常用于遥感的大气窗口）：0.3-1.3μm：包括全部可见光、部分紫外和摄影红外波段。是摄影成像的最佳波段，也是扫描成像的常用波段。应用范围广，如Landsat卫星的TM的1.4波段，SPOT卫星的HRV波段。属地物的反射光谱，透射率达到90%以上。1.5-2.5μm：近红外波段。属地物反射光谱，只能用光谱仪和扫描仪记录地物的电磁波信息，白天强光照射下扫描成像。在波段（1.5-1.75μm）和波段（2.1-2.4μm），透射率接近80%，如TM（1.5-1.75μm）和（2.08-2.35μm）波段的影响可以用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。3.5-5.5μm：中红外波段，白天或黑夜都可用，扫描方式成像。该波段除了反射外，地面物体也可以自身发射热辐射能量，如NOAA卫星的AVHRR传感器用3.55-3.93μm探测海洋温度、获得昼夜云图。8-14μm：远红外（热红外）波段，属热辐射波段范围内，采用扫描或红外辐射计检测，白天、黑夜都能成像。由于O3、水汽、CO2的影响，透射率仅约为60-70%0.8-2.5cm：属微波段，不受大气干扰，透射率可达到100%。采用雷达成像或微波辐射计检测，可全天候工作。5、什么是地物的波谱特性？水、植被、土壤、雪的反射光谱各有哪些特点？自然界任何地物都有其自身特有的电磁辐射规律，都具有吸收和反射一定波长电磁波（紫外线、可见光、红外线和微波）的特性；又具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有投射某些波长电磁波的特性。各种地物由于组成物质的分子、原子性质和结构规模不同，因而对不同波长的电磁波反射、发射及透射本领也有差异。这种地物反射、发射及透射电磁波的本领随入射波长改变而改变的特性称为地物的光（波）谱特性。波普信息是一切其它遥感信息的基础。水体的波谱特征（清洁的深水）：反射率在各波段内都低（一般在3%左右），在可见光部分为4-5%，在0.6μm初降至2-3%，到0.75μm以后的近红外波段，水成了全吸收体。植物的波谱特征：不同种类的植物均具有类似的反射波普曲线可见光区域，由于叶绿素的强烈吸收，植物的反射、透射率均低，仅在0.55μm附近有一10-20%的反射峰而呈绿色。近红外区域，在0.7-1.3μm之间形成50-60%的强反射峰，由于不同种植物的叶细胞结构差异大，不同种植物的反射率在该波段具有最大的差值，故是区分植物种类的最佳波段。1.45μm、1.95μm、2.7μm为中心得三个吸收带，这三个吸收带之间有两个较强的反射峰（1.65μm及2.2μm）。土壤的波谱特征：反射率：与土壤质地、有机质含量、氧化含量和含水量及盐份等因素有关；粉沙砂土腐殖土。反射光谱曲线由可见光到红外呈舒缓向上的缓倾延伸湿地的波谱特征；湿地：在整个波长范围内的反射率均较低，反射率与含水量有关，当含水量增加时，其反射率就会下降，因此在黑白像片上，其色调呈深暗色调。雪地的波谱特征：雪：在0.4～0.6μm波段有一个很强的反射峰，反射率几乎接近百分百，所以颜色接近于白色，随波长增加反射率逐渐降低，进入近红外波段吸收逐渐增强，而变成了吸收体。沙漠的波谱特征：沙漠：在程红光波段0.6μm附近有一个强反射峰，所以呈现出橙红色，在波长达到0.8μm以上的长波范围，其反射率比雪还强。