遥感的概念与基础（二）：大气中的能量作用

2 大气中的能量作用

大气对辐射传输的影响随路径长度的不同而变化，也随传感器探测能量信号的大小、当时的大气条件以及使用的波长而变化。

本文仅介绍大气对任何传感系统接收的辐射度和波谱成分产生的影响。主要通过大气散射和大气吸收来讨论。

2-1 大气散射

大气散射是由大气层中粒子引起的不可预测的漫射反射。

2-1-1 瑞利散射

当大气分子和其他微粒的直径比与之相互作用的辐射波长小很多时，通常产生瑞利散射（Rayleigh scattering）。瑞利散射的散射率与波长的四次方成反比。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响较小，对微波的影响可以忽略不计。

瑞利散射是多波段遥感中不使用蓝紫光波段的主要原因。

瑞利散射会导致「蓝色天空」的现象。无散射时的天空应为黑色。由于日光和地球大气的相互作用，较短波长的蓝光比其他波长的可见光更容易被散射。因此，当我们看向天空时，看到的是被散射的蓝光。但在日出日落时，由于光线经过更长的大气路径，蓝光被散射得非常彻底，因此我们看到的是散射较少的、波长较长的橘黄色、红色光线。

瑞利散射是导致遥感图像中产生「霾」的主要原因。霾在视觉上降低了图像的对比度，使图像中的细节难以分辨。在彩色摄影中，特别是从较高的地方拍摄时，通常会得到蓝灰色调的图像。这种现象可通过在镜头前安装无法透过短波的滤光片来消除。

2-1-2 米氏散射

当大气颗粒的直径与辐射波长相当时，通常产生米氏散射（Mie scattering）。水蒸气、尘埃和气溶胶等是造成米氏散射的主要因素。米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比，且在光线先前方向比向后方向更强，方向性明显。

与瑞利散射相比，米氏散射更容易影响较长的波长。在通常情况下，瑞利散射占主导地位，但在阴天时米氏散射也很值得注意。

2-1-3 非选择性散射

当引起散射的颗粒的直径远远大于被检测到能量的波长时，会出现非选择性散射。例如水滴会引起这种散射，其等量地散射所有可见光、近红外和中红外波长的辐射。因此雾和云呈白色。

2-2 大气吸收

相比大气散射，大气吸收会导致更大能量损失。这通常涉及到某一波段能量的吸收。太阳辐射大多被水蒸气、二氧化碳和臭氧吸收。

辐射能量所能穿过大气的波长范围称为大气窗口（atmospheric window）。下图中的阴影部分显示了大气阻挡能量的光谱范围。

在选择传感器的时候，必须考虑在所希望探测的光谱波段区间是否存在大气窗口。

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