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1、关于辐射基础知识第一页，本课件共有79页第二页，本课件共有79页电磁辐射是气象卫星遥感的基础电磁辐射是气象卫星遥感的基础图象基本识别应用卫星资料探测原理电磁波谱基本辐射量基本辐射定律辐射在地球大气系统传输规律第三页，本课件共有79页一、电磁波谱n n电磁波：电磁波：是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。（高于绝对零度）n n电磁波谱电磁波谱：为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率波长或频率的顺序把电磁波排列起来，这就是电磁波谱电磁波谱第四页，本课件共有79页电磁波跟水波声波等一样-电磁波波长电磁波波长-电磁波频率电磁波频率c-c-电磁波传播速度电磁波传播速度波数波数
2、CC的倒数的倒数第五页，本课件共有79页电磁波谱第六页，本课件共有79页第七页，本课件共有79页n 射线放射性元素蜕变时产生从10-1110-4纳米能量很高，能穿透非常稠密的物质第八页，本课件共有79页n射线原子内部的电子从激发态恢复到稳态产生的有较高的频率0.004510-5微米能穿透密度很大的物质第九页，本课件共有79页n紫外线原子和分子内部电子状态的改变引起的0.350.0045微米频率较高各种物质对短的紫外线波都有强烈的吸收第十页，本课件共有79页n可见光狭窄的波长间隔0.350.76微米对人眼的网膜施以一种特殊的刺激而引起视觉短紫外（紫蓝绿黄橙红）红外长第十一页，本课件共有79页n红
3、外线0.761000微米分子原子的振动转动产生短（近中远）长在红外线照射下，组织温度升高，热辐射、温度辐射第十二页，本课件共有79页n微波1毫米-30厘米微波炉、天气雷达10厘米n无线电波大于30厘米第十三页，本课件共有79页n在气象卫星遥感中，主要采用可见光波段(0.35-0.76微米)红外波段(0.76-1000微米)微波波段(1mm-30cm)（图像）第十四页，本课件共有79页微波1.58厘米探测有云时的洪水第十五页，本课件共有79页AMSU-A微波反演可降水总量第十六页，本课件共有79页(1)与波相关的几个量电磁波在真空中的传播速度是2.9979250.0000031010cm/s3
4、108m/s每秒30万公里二、基本的辐射量二、基本的辐射量第十七页，本课件共有79页n电磁波的量子特性n从量子观点看：电磁辐射可以看作是一粒一粒以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子第十八页，本课件共有79页n光谱任何物体只要其温度大于0K都会发出电磁辐射。n电磁辐射能量的大小与波长成反比，波长越短，能量越大。第十九页，本课件共有79页n与能量相关的几个量n辐射能电磁波携带的能量或物体发射的全部能量用来量度辐射做物理功的本领第二十页，本课件共有79页n辐射通量(j/s,w)单位时间内通过某一表面的辐射能表示了辐射能传递的时间速率第二十一页，本课件共有79页n辐射通量密度(wm-2)通过单位面
5、积的辐射通量第二十二页，本课件共有79页n辐照度投入到平表面上的辐射通量密度n出射度(辐出度,辐射率)辐射体表面射出的辐射通量密度第二十三页，本课件共有79页电磁辐射包括太阳辐射、热辐射、无线电波等，它的波长范围很广从10-10微米（宇宙射线）到1010微米（无线电波）第二十四页，本课件共有79页电磁辐射包括太阳辐射热辐射无线电波等第二十五页，本课件共有79页n太阳高度角：是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角n n太阳方位角：太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线（南向）的夹角第二十六页，本课件共有79页当辐射通过介质时，部分将透过，部分被吸收，部分被反射（散射）
6、。三部分辐射的总和等于入射到介质的辐射能量。第二十七页，本课件共有79页吸吸收收率率反反射射率率透透过过率率第二十八页，本课件共有79页辐射定律（基本辐射定律）第二十九页，本课件共有79页n黑体如果某一物体在任何温度下，对任意方向和任意波长，其吸收率（或发射率）都等于1第三十页，本课件共有79页n灰体如果物体的吸收率与波长无关，且为小于1的常数第三十一页，本课件共有79页n选择性辐射体物体的吸收率（或发射率）随波长而变在自然界中绝大多数物体是选择性辐射体第三十二页，本课件共有79页不少选择性辐射体在某些波长间隔内的吸收率随波长变化很小，可以近似看作灰体在红外波段，不少物体的吸收率近似为1，可看
7、做黑体第三十三页，本课件共有79页n发射率（比辐射率）将辐射体的辐射通量密度与具有同一温度的黑体的辐射通量密度作比值其值介于0与1之间第三十四页，本课件共有79页辐射平衡如果一个物体在某一温度从外界得到辐射能量，恰等于物体因辐射而失去的能量，则物体的热辐射达到平衡，使温度保持不变第三十五页，本课件共有79页大气中没有完全的热力平衡局地热力平衡设想大气中存在如下状态气体的每一体积元处在热力平衡状态中（对这个体积温度而言）第三十六页，本课件共有79页以下定律都在热力平衡条件下成立第三十七页，本课件共有79页当黑体的温度升高时，最最大辐射大辐射值朝短波短波方向移动太阳6000K，最大辐射波长0.47
8、微米地球256K，最大辐射波长10微米维恩位移定律维恩位移定律第三十八页，本课件共有79页第三十九页，本课件共有79页黑体的全波长辐射本领与绝对温度的4次方成正比黑体温度只要有很小的变化，就会引起辐射很大的变化对于用辐射精确推算温度十分有利斯帝芬斯帝芬-波耳兹曼定律波耳兹曼定律第四十页，本课件共有79页第四十一页，本课件共有79页一物体在一定温度下发射某一波长的辐射则该物体在同一温度下吸收这种波长的辐射基尔霍夫定律基尔霍夫定律第四十二页，本课件共有79页一物体是好的吸收体也是好的发射体反之亦然基尔霍夫定律基尔霍夫定律第四十三页，本课件共有79页亮度温度Tb 如果物体发射的辐射亮度（辐射强度）与
9、温度为Tb的黑体辐射亮度相等黑体的温度Tb 叫做该物体的亮度温度第四十四页，本课件共有79页亮度温度比实际温度低第四十五页，本课件共有79页亮度温度是用卫星测到的辐射能的值计算出来的(使用辐射定律)第四十六页，本课件共有79页黑体黑体物体物体卫星卫星100100120100100实际温度实际温度亮度温度亮度温度辐射能辐射能辐射能辐射能第四十七页，本课件共有79页亮度温度10.312.5微米等效黑体温度TBBBlack BodyTemperature第四十八页，本课件共有79页在无云或少云区TBB是地表黑体辐射温度,值较高TBB高值区常与高气压系统相对应第四十九页，本课件共有79页在云区里TBB
10、是云顶的辐射温度,值较低TBB低值区一般为云区尤其是夏季和热带地区第五十页，本课件共有79页冬季高纬地区和青藏高原地表温度很低(等于或低于云顶)难以区分无云区和中低云区第五十一页，本课件共有79页第五十二页，本课件共有79页OLR产品不是卫星观测的直接结果，是要利用经验的理论的方法，通过计算所得到的,属于所谓二次产品。Outgoing Longwave RadiationOLR(5-50微米微米)第五十三页，本课件共有79页Outgoing Longwave RadiationOLR(5-50微米微米)窗区亮温窗区亮温等效通量温度等效通量温度第五十四页，本课件共有79页OLR(W/m2)和TB
11、B不同：物理意义、单位相同：时间变化和空间分布第五十五页，本课件共有79页OLR应用n nOLR与热带大气环流nOLR与大气低频振荡nOLR 反演的热带散度风对ENSO的监测n nOLR与亚洲季风n nOLR 与中国旱涝及西太平洋台风n nOLR 与强地震预报第五十六页，本课件共有79页OLR产品要大范围、长时间的累计，才更能显示出其潜在的价值。第五十七页，本课件共有79页举例n n云量大，OLR低，数值红外云图n n云顶温度低，OLR低，对流强n nOLR小，对流强，上升强，低层辐合，高层辐散；凝结释放潜热量大n n雨量大n n晴空洋面上OLR=SSTn用OLR240 W/m2表征ITCZ，
12、最小值连线第五十八页，本课件共有79页OLROLR表征表征ITCZITCZ第五十九页，本课件共有79页四、太阳和地气系统 的辐射光谱第六十页，本课件共有79页太阳辐射在大气中的传输特性太阳是一个巨大的火球直径约139.14万公里是地球直径的104倍太阳离地球的平均距离为1.495108公里第六十一页，本课件共有79页太阳常数太阳常数是指在不考虑大气作用，在太阳常数是指在不考虑大气作用，在平均日平均日平均日平均日地距离处，地距离处，地距离处，地距离处，垂直于太阳入射的表面上接收到太阳的辐照度。垂直于太阳入射的表面上接收到太阳的辐照度。垂直于太阳入射的表面上接收到太阳的辐照度。垂直于太阳入射的表面
13、上接收到太阳的辐照度。根据高空气球，飞机，卫星测量到的太阳常数数值为太阳常数数值为1353瓦瓦瓦瓦/米米米米2 2，其估计误差为，其估计误差为，其估计误差为，其估计误差为21瓦瓦/米米2。太阳常数的变化与太阳黑子数有关太阳黑子数有关。由太阳常数可以计算单位时间内太阳辐射的总能量第六十二页，本课件共有79页地球表面测量到的太阳辐射光谱曲线它是波长的函数太阳辐射能主要集中于0.33微米辐照度最大值位于0.47微米大约1/4的太阳辐射能在小于0.47波段太阳辐射能总数的46%在0.4-0.76可见光波段第六十三页，本课件共有79页地球表面测量到的太阳辐射光谱曲线地球表面测量到的太阳辐射光谱曲线它是波
14、长的函数它是波长的函数太阳辐射能主要集中于太阳辐射能主要集中于0.330.33微米微米辐照度最大值位于辐照度最大值位于0.470.47微米微米大约大约1/41/4的太阳辐射能在小于的太阳辐射能在小于0.470.47波段波段太阳辐射能总数的太阳辐射能总数的46%46%在在0.4-0.760.4-0.76可见光波段可见光波段第六十四页，本课件共有79页太阳波谱及其辐射能量所占的比重太阳波谱及其辐射能量所占的比重第六十五页，本课件共有79页地球-大气系统的辐射红外辐射95%集中于4-120微米最大辐射相应波长在10微米附近第六十六页，本课件共有79页地球接收太阳的短波辐射，地球接收太阳的短波辐射，放
15、出红外长波辐射放出红外长波辐射第六十七页，本课件共有79页95%95%集中于集中于4-1204-120微米微米最大辐射相应波长在最大辐射相应波长在1010微米附近微米附近第六十八页，本课件共有79页第六十九页，本课件共有79页n n太阳辐射能太阳辐射能0.3-3.00.3-3.0微米，微米，n n太阳温度高达太阳温度高达6000K6000K，n n最大辐射能位于最大辐射能位于0.470.47微米；微米；n n地地球球大大气气系系统统发发出出的的辐辐射射主主要要是是红红外外辐射，温度辐射，温度300K300Kn n地地球球大大气气辐辐射射发发出出的的能能量量的的95%95%集集中于中于4-120
16、4-120微米，微米，n n最大辐射波长最大辐射波长1010微米。微米。第七十页，本课件共有79页第七十一页，本课件共有79页第七十二页，本课件共有79页通过大气的太阳辐射或地球大气系统辐射将被大气中某些气体所吸收，这些吸收随波长的变化很大，在某些波段的吸收很强，而在另一些波段的吸收则很弱，在这些吸收最弱的波段，太阳辐射和地球大气辐射可以象光通过窗户那样透过大气，这些波段称做大气窗。第七十三页，本课件共有79页大气窗地表反射的太阳辐射和地球大气系统发射的辐射在通过大气到达卫星的途中，将被大气中某些气体所吸收，这些吸收随波长的变化很大，在某些波段的吸收很强（这些波段称做吸收带），而在另一些波段的
17、吸收则很弱，在这些吸收最弱的波段，太阳辐射和地球大气辐射可以象光通过窗户那样透过大气，故这些波段称做大气窗第七十四页，本课件共有79页(1)臭氧的吸收主要位于太阳光的紫外区臭氧的吸收主要位于太阳光的紫外区0203微米处微米处，臭氧完全吸收小于0.29微米的短波紫外线辐射，另外在0.320.36微米、06微米(可见光)附 近和475微米也有较弱的臭氧吸收。(2)氧在紫外区的吸收也很强氧在紫外区的吸收也很强,在可见光区也有氧吸收带在可见光区也有氧吸收带,但较弱。但较弱。(3)水汽吸收太阳能最多，在水汽吸收太阳能最多，在07微米以下有几条弱的吸收线微米以下有几条弱的吸收线，在0.70.8微米的近红近
18、红外波段外波段有不同强度宽的吸收带。(4)二氧化碳对太阳辐射的红外部分也有吸收作用二氧化碳对太阳辐射的红外部分也有吸收作用，但不是主要的第七十五页，本课件共有79页吸收带和大气窗大气中的大气中的O3O3与与O2O2将太阳辐射中小于将太阳辐射中小于0.290.29mm 的紫外辐射几乎全部吸收了；的紫外辐射几乎全部吸收了；可见光区，大气的吸收很少；可见光区，大气的吸收很少；在红外区，主要是水汽的吸收，在在红外区，主要是水汽的吸收，在1414mm以外，大气可以看成是近于黑体，地面发射的大于以外，大气可以看成是近于黑体，地面发射的大于1414mm的远的远红外辐射全部被吸收；红外辐射全部被吸收；在在812812mm波段，大气的吸收很弱，被称为波段，大气的吸收很弱，被称为大气的透明窗或大气光谱窗大气的透明窗或大气光谱窗。这一区域中只有。这一区域中只有9.69.6mm附附近有一个较强的吸收带，臭氧主要分布在高空，因此这一吸收带对由大气上界向外的辐射近有一个较强的吸收带，臭氧主要分布在高空，因此这一吸收带对由大气上界向外的辐射有明显作用。有明显作用。第七十六页，本课件共有79页大气气体的长波吸收二氧化碳 15微米水汽 6.7微米臭氧 9.6微米第七十七页，本课件共有79页第七十八页，本课件共有79页感感谢谢大大家家观观看看第七十九页，本课件共有79页