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大气遥感考试复习资料-CUIT

大气遥感复习

使用须知:本复习资料为非官方版,难免出现知识点的遗漏与错误,请大家根据自己的需要慎重参考。

注:红色部分为不全、没找到或者错误。

题型:

1、判断题:判断+理由

2、填空题:

3、名词解释:

4、计算题:

5、简答题:

考试重点(80%):

1、MODIS波段特点、空间分辨率等(实验一)

参阅实验一PDF文档

5、热红外辐射与可见光、近红外辐射有什么不同,有何特点

大气热红外辐射的性质

大气的长波辐射性质很复杂,不仅与吸收物质(水汽,CO2与O2)分布有关,而且与大气温度、压力有关。水汽(H2O)在6.3微米有一个较强的吸收带,二氧化碳(CO2)分别在4.3微米和15微米有较强的吸收带,O3 在9.6微米处一个窄的吸收带,所以能称之为窗区的只有3.5—4.0微米,8—9.5微米和10.5—12.5微米三个波段。

水汽红外区吸收带很强,又占有较宽的波段,是最主要的吸收物质,即使在大气窗区也仍然有不可忽略的弱吸收作用,如果对海面温度的测量精度要求在±0.5℃以内,则修正大气效应便成为SST的主要问题。

大气在14微米以上,可以看成是近于黑体。地面14微米以上的远红外辐射,不能透过大气传向空间。

除非有云或尘埃等大颗粒质点较多时,大气对长波辐射的散射削弱极小,可以忽略不计。即使有云时,云中对长波的吸收作用很大,较薄的云层已可以视为黑体。

大气不仅是削弱热红外辐射的介质,而且它本身也发射热红外辐射,有时甚至发射的辐射会超出吸收的部分。

总之,热红外辐射在大气中的传输,是一种漫射辐射在无散射但有吸收又有发射的介质中的传输。

(1)对于近红外与可见光波段,大气自身辐射可以忽略不计,大气路径辐射顶主要来源于大气对太阳辐射的多次散射。

(2)对于热红外波段,多次散射一般可以忽略不计,但大气和地表自身发射必须考虑。

6、几大定律:波尔兹曼定律、维恩位移定律、基尔霍夫定律、普朗克定律等(计算题:主

要写出步骤(即思路),不一定要算出结果)(参阅课本P10~P14)

基尔霍夫定律:

在给定温度下,对于给定波长,所有物体的比辐射率与吸收率的比值相同。在辐射平衡条件下,任何物体的单色辐射通量密度FλT与吸收系数AλT成正比关系,二者比值只是波长和温度的函数,与物体性质无关,比值大小等于Planck函数的通量密度形式:

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物体的发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体,如果不吸收某些波长的电磁波,也不发射该波长的电磁波。

普朗克定律:

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第一辐射常数:

第二辐射常数:

光速c = 3.0?108 m s-1,

普朗克常数h = 6.6262?10-34 J s -1,

波尔兹曼常数k=1.3806?10-23 JK-1。

斯蒂芬-玻耳兹曼定律:黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加,它与绝对温度的四次方成正比。

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维恩位移定律:随着温度的升高,辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。

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9、光学厚度(PPT第四章第10页)

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光学厚度的定义为:(3.4.4)

方程(3.4.2)可改写为:(3.4.5)式中源函数为

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10、辐射传输方程单次散射源函数怎么写(PPT第四章第22~24页)

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对于单次散射,我们假设入射辐射强度的初始值为I0,传播方向为Ω0,则它到达τ处的辐射强度为:

在τ处发生单次散射后,散射到方向Ω的辐射强度即为:

对上式中入射方向Ω0 在4π空间积分,并考虑只有一个入射方向,则上式中的强度变成通

量密度,即有:上式就是单次散射产生的源函数。

11、米散射与瑞利散射相比有什么特点

1.Mie散射的特点:散射波是以粒子为中心的球面发散波。

2.散射波是横波且是椭圆偏振波

3.入射与散射波同频率

4.散射辐射强度是各向异性的,大部分能量集中在前向,随着粒子尺度参数x 的增大,

前向散射光在总散射光中的比值迅速增大,这就是所谓米效应。

5.散射波性质与入射波波长、散射粒子半径、粒子及环境的物理特征等有关。

6.散射截面随波长而变。当x很小时,和瑞利散射一样,与波长四次方成反比;当x

增大时,逐渐变为和;最后当x 相当大时,和波长无明显关系。

Mie与Rayleigh散射的区别与联系:

Rayleigh散射的前后向散射相等,而Mie散射前向>后向,而且x越大,向前散射所

占比越大。但是Mie后向散射仍大于Rayleigh散射时的后向散射。所以Mie散射包含Rayleigh散射,Rayleigh散射是Mie散射的特殊。

13、吸收率与发射率之间的关系(参见课本P13)

14、MODIS近红外与热红外反演大气水汽数据(部分可参阅课本第6章相关章节+ PPT大气

参数反演之水汽反演+实验三)

利用水汽对不同热红外通道吸收差异,建立两个波段间的亮度温度差和水汽之间的关系选取吸收通道与窗区通道,从而通过比值法得到水汽的透射率,进一步算出水汽总含量16、气溶胶(参阅课本第6章相关章节+PPT大气参数反演之气溶胶反演)

气溶胶:气溶胶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。目前常

将气溶胶分成三大类:①雾,指液体粒子的凝聚性气溶胶和分散性气溶胶;②尘,指固态粒子的分散性气溶胶;③烟,指固态粒子的凝聚性气溶胶。

最大浓度出现在城市和沙漠,在对流层,浓度随高度增加而迅速减小。平流层某些高度上,观测到有气溶胶薄层长期存在。

作为水滴和冰晶的凝结核、太阳辐射的吸收体和散射体,并参与各种化学循环。

2、立体角(参阅课本P3)

锥体所拦截的球面积σ与半径r的平方之比,单位为球面度sr,为一无量纲量。

如:对表面积为4πr2的球,它的立体角为4πsr。

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3、辐射传输方程(比尔-布格-朗伯定律)公式推导

定义:是描述辐射传播通过介质时与介质发生相互作用(吸收、散射、发射等)而使辐射能按一定规律传输的方程。

推导过程:参阅课本P27~P29

4、太阳天顶角、怎么表示(参阅课本P46~P47)

天顶角即入射光线与当地天顶方向的夹角,即入射光线于入射光源与地面法线间的夹角。太阳天顶角是竖直线与太阳斜射线的夹角。(百度)

cos θ0 = sin ? sin δ + cos ?cos δ cos h.

7、辐射通量、辐射通量密度、辐射强度等概念

辐射通量:在单位时间内通过的辐射能量称为辐射通量:Φ=?Q/ ?t,单位是瓦特=焦耳/秒(W=J/S)。

辐射通量密度:单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度:E辐照度=?Φ / ?A ,M辐射出射度=?Φ / ?A,辐射通量密度的单位是瓦/米2(W/m2)。

辐射强度:辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的,指在某一方向上单位立体角内的辐射通量:I=?Φ / ?Ω,单位是瓦/球面度(W/Sr)。

辐射亮度:单位面积、单位波长、单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度:L=?3 Φ / ? A ?λ ?Ω,单位是瓦/ 米2?微米?球面度(W/m2 ? μm ? Sr)。

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8、太阳常数(参阅课本P51)

2 r σ

定义:在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单位面积上的太阳能通量,用S表示。

太阳常数是一个表征到达大气顶的总太阳能量(包括整个太阳光谱)的数值。

太阳以6.2×107 W. m-2的速率发射能量。根据能量守恒原理,且假定两点之间没有中间介质,则由太阳发射的能量在某个距离以外必定保持原样,于是:F⊙*4π a⊙2 = S 4π r02

F⊙*代表太阳辐出度,a⊙为太阳半径,r0为日地平均距离。所以:S = F⊙* (a⊙/ r0)2

太阳是各向同性发射体,所以:S = I?πa⊙2/ r02= I?Ω

12、消光系数概念(参阅课本P9)

当消光截面乘以粒子数密度(厘米-3)或当质量消光截面乘以密度(克·厘米-3)时,该量称为“消光系数”,它具有长度倒数(厘米-1)的单位。

15、大气分为哪几层(参阅课本P68~P70)

对流层:对流层顶的高度随纬度和季节变化(低纬17~18km,中11~12km,高8~9km);集中了整个大气质量的3/4和全部的水汽;天气现象都发生在这一层。

平流层:高达50km;气层稳定;T最初微升,30km以上随Z的升高增加很快,达270~290K。这主要是由于O3吸收紫外辐射所致;水汽很少,能见度很高。

中层:高达80~85km;T随Z升高而递减得很快;有强烈的湍流混合和光化学反应。

热层:高达500~600km;T随Z上升而迅速增加,可达1000~2000K,所以称热层;由于波长小于0.175微米的太阳紫外辐射,被热层气体吸收所致。温度是分子运动速度的一个度量;温度一日间有显著变化;热层处于高度电离状态。

外层:热层顶以上是外层,这一层可能一直延伸到约1600km的高空,并且逐步融合到行星空间去。由于地球引力场的束缚力很小,一些高速运动的空气质粒不断向星际空间逃逸,又称外逸层。

电离层:从距离约60km开始向上延伸。在远距离无线电通讯中起着重要作用。与太阳活动密切相关。

磁层:500km以上的高空。受太阳风的作用,看起来像彗星状。

行星边界层:大气层的最低1km左右的层次明显与对流层的其他高度不同,它与地表发生强烈而重要的相互作用,这一层称为行星边界层。

17、粒子的尺度参数

粒子尺度参数,a是粒子半径。

18、什么叫日射

某一给定地点单位水平面上的太阳辐射通量。它主要取决于太阳天顶角,同时也依赖于日地距离的变化。

19、大气质量

大气质量是倾斜路径的光学厚度与垂直路径光学厚度之比。

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