电子科技大学：《定量遥感》课程教学资源（课件讲稿）第2章 大气辐射传输模型

第2章大气辐射传输模型 2.1 大气的基本特性 2.2 大气辐射传输方程 2.3 大气辐射传输方程求解原理 2.4 大气校正模型 2.5 遥感图像的大气校正实例 2.6 大气参数遥感反演实例

第2章 大气辐射传输模型 2.1 大气的基本特性 2.2 大气辐射传输方程 2.3 大气辐射传输方程求解原理 2.4 大气校正模型 2.5 遥感图像的大气校正实例 2.6 大气参数遥感反演实例

2.1大气的基本特性 Atmospheric Backscattering Adjacency Reflection Direct Reflection

2.1 大气的基本特性

Reflection,Scattering, and Absorption of Incoming Sunlight Incoming Solar Radiation 4% 100% 6% 20% 30% Reflected Scattered Reflected Lost to Upward Upward Upward Space Top of Atnosphere 169% 19% Absorbed by Absorbed in Gases and Dust the Atmosphere 3%Absorbed by Clouds 21% 51%Absorbed 6既 Direet Radiation Absorbed Radiation 20% at Surface as Radiation Direct and Scattered Reflected Indirect 圆ownwand D0anta国 Radiation 1997 Oklahoma Climatological Survey. All rights reserved

常见的大气窗口 INFRARED MICROWAVE K X TRANSMISSION FOR 1 KM PATH RADAR BANDS t0的 FREQUENCY 1054 t01 1017 1o: 100 料z 10 MOSTLY OPAQUE DUE TO H2O 0 0 TTTT 10m 10 cm 100Gm WAVE LENGTH 100% 大气 透过率 0% 0.3m 1.0um 3.0m 10.0um 1mm 1cm 1m

常见的大气窗口 0.3 μm 1.0 μm 3.0 μm 10.0 μm 100% 0% 大气 透过率 1 mm 1 cm 1 m

大气窗口 波段 透射率/% 应用举例 反射光谱 0.3≈1.3μm >90 TM1-4、SPOT的HRV 近红外 1.5~1.8μm 80 TM5 近-中红外 2.03.5μm 80 TM7 反射和发射 3.5~5.5μm NOAA的AVHRR 发射光谱 8~14μm 60~70 TM6 微波 0.8~2.5cm 100 Radarsat

大气窗口 波段 透射率/% 应用举例 反射光谱 0.3～1.3 μm ＞90 TM1-4、SPOT的HRV 近红外 1.5～1.8 μm 80 TM5 近-中红外 2.0～3.5 μm 80 TM7 反射和发射 3.5～5.5 μm NOAA的AVHRR 发射光谱 8～14 μm 60～70 TM6 微波 0.8～2.5cm 100 Radarsat

大气散射 单次散射 多次散射 散射的概念：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传 播方向的一种现象。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 ~大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。 对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像 模糊不清。 散射主要发生在可见光区。 ÷大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d〈《入 米氏散射：d≈λ 非选择性散射：d>>

大气散射 散射的概念：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传 播方向的一种现象。 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。 对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像 模糊不清。 散射主要发生在可见光区。 大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d >λ Ω0 Ω 单次散射 多次散射

瑞利散射 X=2πr/入 微粒的直径比辐射波长小得多时（散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波 长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光 是4微米红外线散射的1万倍。 >瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微 波的影响可以不计。 颜色 红 橙黄 黄 绿 青兰 紫 紫外线 波长 0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3 散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0

瑞利散射 微粒的直径比辐射波长小得多时（χ<0.01），此时的散射称为瑞 利散射。 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波 长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光 是4微米红外线散射的1万倍。 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微 波的影响可以不计。 颜色 红 橙黄 黄 绿 青兰 紫 紫外线 波长 0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3 散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0 χ=2πr/λ

米氏散射 →当微粒的直径与辐射波长接近（0.1<<50)的大气散射。 →云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对红外线 的米氏散射不可忽视。 →米氏散射的特征： (1)电磁波可以穿透介质表面而深入到散射颗粒的内部。 (2)由于颗粒尺度与波长可以比拟，所以颗粒的不同部位 往往处在不同的电场强度下，导致诱发电流的产生，一方面这 高度电流会产生高变的磁场，另一方面电流的存在意味着焦耳 热损耗的出现一电磁波的吸收

米氏散射 当微粒的直径与辐射波长接近（0.1<χ<50）的大气散射。 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对红外线 的米氏散射不可忽视。 米氏散射的特征： （1）电磁波可以穿透介质表面而深入到散射颗粒的内部。 （2）由于颗粒尺度与波长可以比拟，所以颗粒的不同部位 往往处在不同的电场强度下，导致诱发电流的产生，一方面这 高度电流会产生高变的磁场，另一方面电流的存在意味着焦耳 热损耗的出现——电磁波的吸收

2.2大气辐射传输方程 如不考虑极化效应，大气辐射传输方程可表示为： dl(s) -K(I-丁) ds 这是特定方向(s)上关于辐射强度(I)的微积分方程。 假设大气是水平均一的，只是在垂直方向上有变化，在太阳 反射波谱区，各方向辐射强度()的基本辐射传输方程：

2.2 大气辐射传输方程 如不考虑极化效应，大气辐射传输方程可表示为： 这是特定方向(s)上关于辐射强度（I）的微积分方程。 假设大气是水平均一的，只是在垂直方向上有变化，在太阳 反射波谱区，各方向辐射强度(I)的基本辐射传输方程： ( ) ( ) K I J ds dI s   

dI(z,u, dz 7(2,4,p) ”∫(2，，p,,p,4,p,)d4,o,- 如果粒子看成是各向同性 dI(,u,p) dr =O。1(x,h,p) 元∫4，，.“0，，-

0 2 0 1 1 ( , , ) ( , , , ) ( , , ) ( , , ) I z d d J I z dz dI z i i s i i i i e                      如果粒子看成是各向同性 0 2 0 1 1 ( , , ) ( , , , ) 4 ( , , ) ( , , ) I d d J I d dI i i s i i i i e                           