按发射率变化情况将地物分为 发射率随温度变化

发射率详细资料大全

发射率也叫比辐射率或发射系数，是指地物发射的辐射通量与同温度下黑体辐射通量之比。地物的发射率与地物的性质、表面状况(如粗糙度、颜色等)有关，且是温度和波长的函式。

按发射率变化情况将地物分为 发射率随温度变化

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按发射率变化情况将地物分为 发射率随温度变化

基本介绍 中文名 ：发射率 外文名 ：emissivity / emittance 称为 ：辐射率，比辐射率 标准 ：美国的ASTM C1371 定义,测试方法,具体步骤如下, 定义 发射率（emissivity / emittance）指物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比称为该物体的 发射率 或 黑度 ，也称为辐射率，比辐射率。 这是针对所有波长而言的，因此应称为全发射率，通常就简称为发射率。英语上的emissivity指单一物质的物理特性，跟辐射传热公式中的epsilon互通，emittance指某一样本的发射率。 实际物体的发射率与物体的表面状态(包括物体表面温度、表面粗糙度以及表面氧化层、表面杂质或涂层的存在)有关。 金属的发射率随表面温度的上升而增大，而非金属的发射率一般是随表面温度的上升而减小。金属的发射率比非金属的小得多。 黑体在单位时间内发出的热辐射能量由斯忒藩-波尔兹曼定律揭示为：Φ=AσT4（温度四次方） 在检测活动中经常会用到这个辞汇,它是检测仪器在检测过程中所测目标的能量与所收集到的能量所成的比例. 测试方法 认可的发射率的测试方法要主是美国的ASTM C1371标准，技术要求根据ASTM C1371程式使用发射率测试仪器得出发射率。 有个很简单的办法：就是与标准的接触式测温仪进行比对。计算公式为：发射率=实测值/标准值，式中的实测值就是线测温仪或是热像仪测得的温度，而标准值为接触式测温仪测得的温度，由于任何物体都不可能完全没有反射（黑体），所以往往这个修正系数都会小于1。 具体步骤如下 1.将线测温仪或是热像仪的发射率线调整为1 2.将被测物保持为恒温状态 3.用标准的接触式测温仪测出当前的标准值温度 4.用线测温仪或是热像仪测出当前的实测值温度（注意检测点尽可能一致） 5.将两组数据带入公式：发射率=实测值标准值 进行计算得出发射率 以上是我们常用的确定发射率的方法，还有几种方法也能帮助我们在不同的情况下计算出发射率： 1.对于温度不太高的物体，可以在被测物体表面贴上一块发射率已知的纸片或其它薄片，在温度达到平衡状态时，用测温仪分别测量未覆盖和覆盖部分的温度。便可求出被测物的辐射率。也可通过在被测物体表面涂上辐射率已知的油漆物质来实现。 2.对于高温物体，除用第二种方法外，还可以在被测物表面钻一空腔。空腔的深度与口径比应为6：1，可以认为空腔的辐射率近似于黑体。 3.查询金属发射率参照表和非金属发射率参照表

地物发射波谱特征

用曲线表示某物体的辐射发射率随波长变化的规律，此曲线称为该物体的发射波谱。目前对物体发射波谱的研究主要集中在 3 ～ 5μm 和 8 ～ 14μm 间波段。地物在不同波段中的发射率是不同的; 在同一波段的不同波长，同一地物的辐射发射率也有异。表 2-5 列出了在常温下 ( 20℃) 常见地物在 8 ～14μm 间波段中的发射率，由表可见，地物的发射率取决于地物的物质成分、表面的粗糙度、颜色、形态等，因此可以通过地物发射波谱曲线来区别地物。

由于测定物体的发射率要比测定物体的温度更困难，加之地物之间的发射率异又小，而物体之间有较小温就会造成发射辐射能量较大的异，因此在应用时往往用测量温度或发射辐射能量———热来区分地物。

表2-58～14μm波段地物的发射率(20℃) 热惯量 ( P) 是描述物体热特性的一个宏观物理量，是物体对环境温度变化的热反应灵敏性的一种量度。热惯量与物体的密度及热学参量的关系如下:

遥感地质学

式中: P 为热惯量，单位为 ; k 为热扩散系数，单位为 cm2/ s; ρ 为密度，单位为 g/cm3; с 为比热容，单位为 J/ ( g·K) 。

物体的热惯量越大，对环境温度变化的热反应越迟钝。当物体吸收或损失的热能相同时，它们的温度变化幅度与热惯量的大小成反比，热惯量大的物体温度变化的幅度小; 热惯量小的物体温度变化的幅度则大。

1. 水体的发射波谱特征

太阳是地表大部分物体的热辐射源，也是水体的热辐射源。白天地物增温，夜晚向外辐射电磁波。地物的增温率取决于热传导系数，地物的热传导系数异较大，这就产生地物温度变化与太阳辐射变化在时间上的不同步。因辐射通量与温度的四次方成正比，即 W = εδT4，故水体与周围地物之间微小的温就会引起辐射通量很大的变化，这样在图像上的反映就十分清晰。无论白天或黑夜，水体的辐射都有明显特征，成为找水的理论基础。

水体的比热容大，热惯量大，温度变化慢，流动的水增温比静止的水慢。在白天，水吸收太阳热能并储存起来，因此白天图像上的水表现为冷色调 ( 黑色) 。一旦有热水或污水排入水体，图像上就能反映出水温的变化，呈不同等级的灰色调，这些在夜间的图像上是得不到反映的，原因是夜间水的温度比背景温度高，水体均呈白色。据此可用夜间的图像来寻找在可见光图像上不易发现的水体，如泉眼、小溪、水塘等。

2. 植被的发射波谱特征

植被的发射波谱特征受植物从地面和太阳辐射获得并储藏热量多少的影响。在 2. 5 ～14μm 之间波段内，植物的发射率都相当高，尤其是针叶林，发射率高达 98% ，非常接近黑体，阔叶林和草本相对低些，但别都不很大。另一方面，植物体在白天强烈吸收太阳辐射能进行光合作用，同时又通过叶片蒸腾散发热量而降温，故白天有植被的林地、农田、草地比周围无植被覆盖的地温度低。夜晚反过来，白天迅速增温的地因强烈辐射而降温，使得地温度明显低于植被区。另外，不同种群和长势的植被其增、降温的幅度往往也有明显的异，因此通过热遥感图像的对比分析，很容易区分地与植被区，甚至可能识别区分升、降温幅度有所不同的植被种群及其长势。

3. 土壤的发射波谱特征

土壤的发射波谱特征主要是由土壤温度、湿度状况决定的。遥感测量的主要是土壤表层的温度。当地表潮湿时，表层土温度在一定程度上会受蒸发控制。当表层土比地下土层干时，温度将由土壤热惯量决定，热惯量大的土壤，昼夜之间具有较均一的表面温度。如黏土的热传导系数为 3612J/ ( kg·K) ，干沙的热传导系数为 1428J/ ( kg·K) ，黏土的热惯量比干沙大，表面温度较均一。

4. 城市建筑物的发射波谱特征

城市建筑物的发射特性取决于建筑材料的热特性，其温度上升速度与建筑材料的热惯量有关。沥青路面和混凝土路面热惯量较大，白天增温慢，而晚上发射辐射强，温度比周围地物高，所以在黎明前的热图像上，城市道路为白色网络。金属热惯量较小，易增温也易散热，凌晨时辐射温度比周围低。其他建筑物的热性能可由此推定。

5. 岩石的发射波谱特征

岩矿的热发射率普遍低于水体和植物，并有随岩矿表面粗糙度增加和 SiO2含量降低而增高的趋势，随着 SiO2含量的减少，其发射率所对应的波段也有向长波方向移动的迹象 ( 详见第七章节) 。例如，酸性花岗片麻岩在 8. 8μm 处，中性安山岩在9. 7μm 处，基性玄武岩在 10. 4μm 处，超基性橄榄岩在 10. 7μm 处。已有的研究还表明，岩矿中各种阴离子基团的振动强度大，这对其谱段的特征常起着决定性的作用。例如，SiO2 －3含量高的硅酸盐类岩矿，分别在 9. 1 ～ 11. 0μm、12. 0 ～ 12. 5μm 和 20. 0 ～25. 0μm 间 谱 段 有 明 显 的 吸 收 带，而 含 CO2 －3的碳酸盐矿则在 6. 9 ～ 7. 1μm、11. 4 ～11. 6μm 和 13. 5 ～ 14. 7μm 间等较窄的波段有突出的吸收带，谱段完全不同。由此可以推断，能够细分波段并延伸到热的高光谱成像仪将有助于岩石特别是矿物的识别分类。

在热波段 ( 8 ～14μm) ，岩石的物理性质对热辐射有重要的影响。对于反射率相同的岩石来说，热惯量高的岩石比热惯量低的岩石温度变化要小些。白天午后，热反，夜晚的热反发生在黎明前。对于具有相同热惯量但反射率不同的岩石而言，的热反出现在中午前后，小的热反在黎明。值得注意的是，深色岩石 ( 低反射率) 比浅色岩石 ( 高反射率) 有较高温度和较大的温度范围。因此，黎明时刻是记录由于岩石热性质别而产生的温度反的佳时间。因为此时岩石的热惯量的影响，而反射率的影响小，即太阳辐射的影响小。

几种常见地物反射光谱特征

城市道路、建筑物的反射波谱特性

在城市遥感影像中，通常只能看到建筑物的顶部或部分建筑物的侧面，所以掌握建筑材料所构成的屋顶的波谱特性是我们研究的主要内容之一。从图2-16中可以看出，铁皮屋顶表面成灰色，反射率较低而且起伏小，所以曲线较平坦。石棉瓦反射率，沥青粘砂屋顶，由于其表面铺着反射率较高的砂石而决定了其反射率高于灰色的水泥平顶。绿色塑料棚顶的波谱曲线在绿波段处有一反射峰值，与植被相似，但它在近波段处没有反射峰值，有别于植被的反射波谱。军事遥感中常用近波段区分在绿色波段中不能区分的绿色植被和绿色的军事目标。

城市中道路的主要铺面材料为水泥沙地和沥青两大类，少量部分有褐色地，它们的反射波谱特性曲线（图2-17）形状大体相似，水泥沙路在干爽状态下呈灰白色，反射率，沥青路反射率。

图2-15同一作物( 春小麦 )在不同生长阶段的波谱特性曲线

图2-16各种建筑物屋顶的波谱特性 图2-17各种道路的波谱特性

1—塑料顶棚；2—铁皮屋顶；3—水泥屋顶；4—沥青砂石房顶；5—石棉瓦顶

· 水体的反射波谱特性

我们知道，水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收率很强，特别在近、中波段有很强的吸收带，反射率几乎为零，因此在遥感中常用近波段确定水体的位置和轮廓，在此波段的黑白正片上，水体的色调很黑，与周围的植被和土壤有明显的反，很容易识别和判读。但是当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。水含泥沙时，由于泥沙的散射作用，可见光波段发射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含有叶绿素时，近波段明显抬升，这些都是影像分析的重要依据。

· 土壤的反射波谱特性

自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土壤的光谱特性曲线与以下一些因素有关，即：土壤类别、含水量、有机质含量、砂、土壤表面的粗糙度、粉砂相对百分含量等。此外肥力也对反射率有一定的影响。土壤反射波谱特性曲线较平滑，因此在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显。

· 植物的反射波谱特性

由于植物均进行光合作用，所以各类绿色植物具有很相似的反射波谱特性，其特征是：在可见光波段0.55μm（绿光）附近有反射率为10%~ 20%的一个波峰，两侧0.45μm（蓝）和0.67μm（红）则有两个吸收带。这一特征是由于叶绿素的影响造成的，叶绿素对蓝光和红光吸收作用强，而对绿色反射作用强。在近波段0.8μm~ 1.0μm间有一个反射的陡坡，至1.1μm附近有一峰值，形成植被的特征。这是由于植被叶的细胞结构的影响，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中波段（1.3~2.5μm）受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率大大下降，特别是以1.45μm、1.95μm和2.7μm为中心是水的吸收带，形成低谷。如图2-18。

图2-18绿色植物反射波谱曲线

植物波谱在上述基本特征下仍有细部别，这种别与植物种类、季节、病虫害影响、含水量多少有关系。

· 岩石的反射波谱特性

岩石成分、矿物质含量、含水状况、风化程度、颗粒大小、色泽、表面光滑程度等都影响反射波谱特性曲线的形态。在遥感探测中可以根据所测岩石的具体情况选择不同的波段。

如图2-19

图2-19几种岩石的反射波谱曲线

按反射率变化情况,将地物分为哪些

按反射率变化情况,将地物分为：太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等。

太阳位置主要是指太阳高度角和方位角，如果太阳高度角和方位角不同，则地面物体入射照度也就发生变化。为了减小这两个因素对反射率变化的影响，遥感卫星轨道大多设计在同一地方时间通过当地上空，但由于季节的变化和当地经纬度的变化，造成太阳高度角和方位角的变化是不可避。

常见类型

海水对于短波辐射的反射率（反照率）一般仅为5%，也就是说，海水可以吸收太阳热辐射能量的95%，而白色冰雪的反射率却高达30%-80%，二者相6~16倍。

不透明介质如镜面的反射率为，非镜面则与颜色、温度、光的属性等诸方面因素有关。透明介质的反射率的大小与光的入射角有关,入射角越大,反射率越大，例如,光从光密介质进入光疏介质时,当入射角达到临界角时,发生全反现象，小于临界角时,则是部分反射。

物体的热辐射

(一)黑体及其辐射定律

任何温度高于零度(0K=-273.16℃)的物体都存在着分子热运动,并能产生中、远的电磁辐射。这种由物体内部粒子的热运动所引起的电磁辐射叫做热辐射。大量事实证明;处于不同温度的物体,发出的电磁辐射的强弱及其按波长的分布是不同的。因此用温度作为热辐射能量的度量是一种很方便的方法。

为了便于讨论物体的热辐射性质,需要有一个理想的标准热辐射体作为参照源,这就是黑体。黑体的定义为:在任何温度下,对任何波长的入射辐射的吸收系数(率)α(λ,T)恒等于1,即α(λ,T)=1的物体称为黑体,简称黑体。显然,黑体的反射率γ=0,透射率c=0。

黑体是一种具有辐射能力的物体。一般物体的辐射都比黑体辐射小,因此,以黑体为基准所表达的就是发射率,又叫比辐射率,它的定义是目标物体的辐射量与同温度下的黑体辐射量之比,常用ε表示。分光发射率是指特定波长下每单位波长宽度的辐射量之比。

1860年,基尔霍夫在实验中发现:在同一温度下,任何物体发射某一波长电磁波的能力,与它对该波长电磁波的吸收能力成正比。黑体吸收电磁波的能力强,因而它发射电磁波的能力也强。

1900年,普朗克用量子论概念推导出热辐射定理,其解析式为:

遥感地质学

式中,c为真空中的光速;h为普朗克常数,其值为6.626×10-34焦耳·秒;k是波耳兹曼常数,数值为1.3806×102-3焦耳/开。

由普朗克公式与实验求出的各种温度下的黑体辐射波谱曲线(图2-2)能够很好符合。从图中可直观地看出黑体辐射的三个特性:①与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度是随温度下的增加而迅速增加的。从零到无穷大的波长范围内,对普朗克公式进行积分,得到从单位面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量表达式为:

遥感地质学 图2-2 各种温度下的黑体波谱曲线

式中, 称为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。由此可见，黑体辐射通量密度的增加与温度的四次方成正比,称为斯蒂芬-玻尔兹曼定律。②分光辐射通量密度的峰值波长λmax随温度的增加向短波方向移动,称为维恩位移定律。图2-2中的虚线就是这些峰值的迹线。③每条曲线彼此不相交,故温度越高,所有波长上的波谱辐射通量密度也越大,即随T的增加而增大。

物体按其发射辐射特性一般分为三种类型:种是黑体,它的发射辐射(发射率为1),发射率与波长无关。第二种是灰体其发射率与波长无关(图2-3),但它的发射辐射比黑体小。例如土壤在20℃时发射率为0.92-0.95,水在同样温度下的发射率为0.96,它们都是与黑体颇为接近的灰体。第三种是选择性辐射体,其发射率随波长而改变,这是原子和分子的辐射吸收效果都比较强的物体,例如水银灯和氙灯等。

黑体、灰体和选择性辐射体的辐射通量密度按波长分布的波谱是不相同的。应该指出的是,黑体并不一定是黑色的,灰体也不一定是灰色。例如,大理石在可见光下呈白色,但它在814μm的波段发射率为0.95,几乎是黑体。

图2-3 物体发射辐射的三种类型

(二)物体的热惯量

热惯量(P)是物体对环境温度变化的热反应灵敏性的一种量度,热惯量越大,对环境温度变化的热反应越迟钝。它是描述物体热特性的一个宏观物理量。与物体的密度及热学参量的关系如下:

遥感地质学

单位为焦尔/厘米2·秒1/2·度。式中k为热扩散系数,单位为厘米2/秒,表示物体内温度变化的速率。ρ为密度,单位为克/厘米3。c为比热,单位为焦尔/克·度。

由牛顿冷却定律及热传导方程可以证明,当物体吸收或损失的热能相同时,它们的温度变化幅度与热惯量的大小成反比。热惯量大的物体温度变化的幅度小,热惯量小的物体温度变化的幅度则大。表7-6给出部分岩石和水的热参量值。

图2-4示出白云岩、灰岩和花岗岩在一个太阳日周期内的温度变化曲线。据表7-6给出的热惯量值,三种岩石的热惯量的大小顺序为:P白云岩>P灰岩>P花岗岩。因而,三种岩石在一个太阳日周期内的温度变化幅度有明显别,昼夜温的顺序为:ΔT白云岩<ΔT灰岩<ΔT花岗岩。一幅地表热遥感图像基本上就是一幅地物的辐射温度分布图。

图2-4 三种不同热惯量岩石的温度日变化曲线

热遥感的佳探测时间是在黎明前后和中午。其中,黎明前后的热图像反映出各种物体的热特性,热惯量大的物体在图像中显示出“暖”特征,热惯量小的物体则显示出“冷”特征;中午的图像反映出地物的反射特征,并且显示出地形特征,用此两种图像的信息特征,可以达到鉴别、区分地物的目的。

热遥感巳广泛用于环境监测,例如监测火山活动、森林火灾、地下煤自燃及江,河、湖、海的污染以及资源调查等。例如,寻找水源、地质填图、探查地热、矿及硫化矿床等。

地物光谱特征的地物光谱特征分类

不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的，通常采用反射率来表示。当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象，称之为反射。反射的特征可以通过反射率表示，它是波长的函数，故称为光谱反射率r(l)。

为什么没有人整理一下地图学与地理信息系统的试卷呢？

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