第3章_遥感的理论基础_002_电磁波谱

一. 电磁波谱(electromagnetic spectrum) ===》
1. 概念: 按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图表叫做电磁波谱。
2. 特点: 在电磁波谱中，从左到右，波长逐渐增大。从左到右依次是宇宙射线、γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、以及其它无线电波等。

 

 

二. 遥感中常用的电磁波段 ===》
1. 紫外线(Ultraviolet, UV): 波长范围[0.01, 0.38](μm)，1μm = 10^-6m。
--(1). 由于紫外线在大气中传输时受到很大衰减，在传统RS探测中很少被应用 ===》
　　1st. λ ＜ 0.30(μm)的波段被大气层吸收，如处于大气上层平流层的臭氧;
　　2nd. λ ∈ [0.30, 0.38](μm)的波段(近紫外, NUV)可以穿过大气层，这样我们可以利用感光胶片和光电探测器探测到紫外线，但是由于紫外线的波长比较短，以至于即使在大气中遇到了一些很小的微粒(如吸收性气溶胶)也会发生散射;

--(2). 紫外线在现代RS中的应用领域 ===》
　　1st. 海面石油污染的范围和油膜的厚度，以及利用紫外线到达碳酸盐岩后发出特定荧光这一特性来测定碳酸盐岩的分布;
　　2nd. 紫外线从空中可探测的高度 < 2000m，不适用于高空的航天遥感，只能用于地面和航空遥感;
　　3rd. 但是我们来一波反向思维，由于紫外线受大气的影响很大，所以我们就可以利用紫外波段的遥感探测信号的变化的强弱来测定大气中的气溶胶、臭氧...等的分布情况。所以说紫外遥感可探测大气密度(atmosphere density)、臭氧(Ozone)、气溶胶(aerosol)...等的三维分布，已经成为大气遥感中的不可或缺的一部分;
　　4th. 植被遥感也开始注意到紫外线遥感探测;

aerosol is one of the main quatitative inversion components in  atmosphere remote sensing.
译文: 气溶胶是大气遥感中一个主要的定量反演成份。
1. 气溶胶的定义: 由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系;

2. 气溶胶的分散相和分散介质: 其分散相为固体或液体小质点，分散介质为气体;

3. 气溶胶微粒的大小范围: [0.001, 100]μm;

4. 气溶胶的范畴: 雾、烟、霾、轻雾(霭)、微尘和烟雾等;

5. 气溶胶的分布 ===》
--(1). 从大气层的垂直结构来看 ===》
    1st. 在对流层(大气层的垂直结构当中的最底层)中，气溶胶粒子浓度随高度的增加呈指数减少;
    2nd. 平流层气溶胶粒子浓度随高度增加而增加，在15～20公里附近出现极大值;
--(2). 从微粒的大小来看 ===》
    1st. 半径小于0.1μm的粒子，密度随离地面高度的增加而减小，来源于地表;
    2nd. 半径0.1～1μm的粒子，密度在对流层顶上部随高度逐渐增加;

6. 气溶胶的作用: 降低底层大气的温度，提高高层大气的温度(平流层中有臭氧，会吸收紫外线，导致升温);

2. 可见光(VI): RS中最早和最常使用的波段，波长范围[0.38, 0.76](μm)，由红橙黄绿青蓝紫7色光组成 ===》
--(1). 可以粗略的分成红绿蓝三色 ===》
　　1st. 红: 波长范围[0.60, 0.76](μm);
　　2nd. 绿: 波长范围[0.50, 0.60](μm);
　　3rd. 蓝: 波长范围[0.38, 0.50](μm);
--(2). 可见光探测所用的传感器: 摄影测量、光电扫描测量...等各式各样的传感器，而且具有高空间分辨率的特性;
--(3). 传感器记录的光谱和主要反映: 目标反射的太阳辐射的光谱，所以主要反映地表覆盖的反射特征表达;
--(4). 适用的条件: 天气晴朗的白天;

3. 红外线(IR): 波长范围[0.76, 1000](μm)，分为4个光谱段 ===》
--(1). 近红外(NIR)，波长范围[0.76, 3.00](μm)，通常与可见光组合形成多光谱 ===》
　　1st. 在性质上与可见光相似，采用摄影(< 1.4μm)和扫描方式，可接收和记录反射光谱;
　　2nd. 高分辨率;
　　3rd. 地物的反射特征;
　　4th. 短波红外(> < 1.4μm)对水分的敏感;(Shortwave Infrared)

--(2). 中红外(MIR): 波长范围[3.00, 6.00](μm)，可接收和记录反射光谱和发射光谱(热红外)，利用中红外时必须将反射光谱和发射光谱进行分离，因为两者反映的是不同的特征，有时甚至相反。

--(3). 远红外(FIR): 波长范围[6.00, 1000.00](μm)，发射光谱(热红外) ---> 传感器: 光机扫描(红外辐射计)。

由于中、远红外都有能反映地物自身热辐射特性的发射光谱，所以两者都称为热红外波段 ===》
1. 热红外对温度(与温度的4次方成正比)、粗糙度(越粗糙热辐射的能量越强)、水分(水分吸收电磁波)等敏感;
2. 热红外空间分辨率较低，因为在温度不是很高的情况下，地物向外发出的辐射就会低一些，所以就要增大传感器接收的面积; 
3. 受大气吸收影响大(特别是大气中存在的水蒸气);
4. 热红外RS采用热感应方式探测地物本身的热辐射;

红外的特点: 在云、雾、雨中传播时，受到严重的衰减。因此红外RS不是全天候RS，但热红外不受日照条件的限制(全天时);

4. 微波(Microwave)，波长范围[1.00, 1000.00](mm)，分为毫米波、厘米波和分米波 ===》
--(1). 与热红外中的远红外的长波波段的特征相似性: 都属于热辐射性质，但是只是与温度的一次方成正比;
--(2). 对大气的穿透性非常强，能穿透云雾、小雨，可全天候遥感，昼夜均可进行(全天时);
--(3). 微波到达地面后，依然具有较强的穿透力: 穿透植被、冰雪、干沙、干土，常被用来探测被冰雪、植被、沙土所遮掩的地物;
--(4). 物体辐射微波的能量很弱，不能用于成像的遥感方式，如果需要成像则要用主动传感器;