遥感的概念与基础（四）：影响地物电磁波信息的因素

4 影响地物电磁波信息的因素

地物的反射特征除了因地物本身（材质，温度等）差异而不同外，还会受到其他众多因素的影响。影响的因素包括但不限于：太阳高度与方位、大气、地形、海拔、传感器、物体表面物理特征。

4-1 大气

在所有的被动遥感系统中，传感器所接收能量的强度和光谱组成都会明显受到大气的影响。大气窗口会直接影响传感器探测波段的选择。在给定的大气窗口中，介于传感器与地面之间的大气层会对来自地面的辐射产生影响，这种影响主要取决于大气吸收、散射和辐射的程度。

一方面：大气层中的烟雾和悬浮颗粒物会吸收来自地物的辐射，导致到达传感器的能量减少；地物接受到的能量也可能因为悬浮颗粒物的存在而散射变弱。另一方面：大气中的烟雾和悬浮颗粒物自身也可能会产生辐射，会增加到达传感器的能量。因此大气吸收和散射都会使得来自地面的物体看起来比实际上更「冷」，而大气辐射会使得地面物体看起来比实际上更「热」。

至于两者的影响哪个更大，则取决于当时的大气环境。两者都与被接受的辐射通过大气的路程直接相关。

4-2 辐射与地物的相互作用

遥感所需要的信息通常是地物所发出的辐射信息。从一个物体辐射出的能量往往是其接收了来自其他物体的辐射后的结果。入射能量与地物相互作用的分布关系为：$$E_I=E_A+E_R+E_T$$其中 \(E_I\) 是入射能量，\(E_A\) 是被吸收的能量，\(E_R\) 是被反射的能量，\(E_T\) 是被透射的能量。上式可以写成：$$\alpha_{(\lambda)}+\rho_{(\lambda)}+\tau_{(\lambda)}=1$$其中 \(\alpha_{(\lambda)}\) 是吸收率，\(\rho_{(\lambda)}\) 是反射率，\(\tau_{(\lambda)}\) 是透射率。

基尔霍夫热辐射定律（Kirchhoff's law of thermal radiation）认为，在热平衡状态下，物体的发射率等于其吸收比（实际物体的辐出度与相同温度下黑体的辐出度之比），即：$$\epsilon_{(\lambda)}=\alpha_{(\lambda)}$$该关系对于大多数遥感条件都成立。将上式代入上上式可以得到：$$\epsilon_{(\lambda)}+\rho_{(\lambda)}+\tau_{(\lambda)}=1$$且在多数遥感应用中，总假定待测物体的透射率为 0，即：\(\tau_{(\lambda)}=0\)。因此，可以得到：$$\epsilon_{(\lambda)}+\rho_{(\lambda)}=1$$

上式说明了物体的发射率与反射率具有直接的关系：物体的发射率越低，其反射率就越高，反之亦然。例如水在热光谱区的反射率几乎可以忽略不计，所以其发射率接近于 1；相反，金属薄片这类物质的反射率相当高，故其发射率远远小于 1。

基于斯忒藩-波尔兹曼定律，将其推广至所有物体，可以得到：$$M=\epsilon\sigma T^4$$即由于发射率的不同，即便地物的温度相同，其辐射度也会不同。