地物发射波谱特征
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发布时间：2022-05-03 10:56
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时间：2022-06-19 05:32
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差异。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差异又小，而物体之间有较小温差就会造成发射辐射能量较大的差异，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，地物的热传导系数差异较大，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。因辐射通量与绝对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差就会引起辐射通量很大的变化，这样在红外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，成为红外找水的理论基础。
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，因此白天红外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，这些在夜间的红外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。据此可用夜间的红外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，但差别都不很大。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裸地温度低。夜晚反过来，白天迅速增温的裸地因强烈辐射而降温，使得裸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差异，因此通过热红外遥感图像的对比分析，很容易区分裸地与植被区，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
城市建筑物的红外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，所以在黎明前的热红外图像上，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
岩矿的热红外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，其最低发射率所对应的波段也有向长波方向移动的迹象 ( 详见第七章第一节) 。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，这对其红外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红外的高光谱成像仪将有助于岩石特别是矿物的识别分类。
在热红外波段 ( 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，热反差最大，夜晚最大的热反差发生在黎明前。对于具有相同热惯量但反射率不同的岩石而言，最大的热反差出现在中午前后，最小的热反差在黎明。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差别而产生的温度反差的最佳时间。因为此时岩石的热惯量的影响最大，而反射率的影响最小，即太阳辐射的影响最小。
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时间：2022-06-19 05:32
