大气对电磁辐射的影响

(一)大气的吸收

大气对电磁波的吸收严重影响遥感传感器对电磁辐射的探测。当太阳辐射穿过大气时，大气分子的吸收导致这些波段的太阳辐射强度衰减。吸收越强，辐射强度衰减越大，甚至有些波段的电磁波根本无法穿过大气层。因此，当太阳辐射到达地面时，会形成电磁波的一些吸收带，从而在太阳辐射的连续光谱上产生许多吸收暗带。吸收太阳辐射的主要大气成分是O2、H2O、CO2和O3。

氧气主要吸收小于0的太阳辐射能量。波长为0时吸收最强。155 μ m。由于吸收氧气，紫外线小于0。在低层大气中几乎观测不到2μm，在0。6μm和0。7μm，吸收能力弱。因此，紫外波段很少用于高空遥感。

臭氧在大气中的含量很少，仅占0。01% ~ 0.1%，但吸收太阳辐射能量强烈。臭氧有两个吸收带:一个强吸收带，波长为0。2-0.36微米和波长约为0。6μm，处于太阳辐射最强的部分，所以吸收最多。臭氧主要分布在30km高度附近，对高度小于10km的航空遥感影响不大，主要影响航天遥感。

水是吸收太阳辐射能量最强的大气成分。从可见光、红外线到微波，都有水的吸收带。水的主要吸收带为0。以7 ~ 3.0微米为例，在0。5～0.9微米，在0.5°处有五个宽吸收带。95～2.85微米，在6附近有一个强吸收带。25微米..因此，水汽对红外遥感的影响很大，水汽含量随时间和地点而变化。液态水的吸收强于水蒸气，但主要在长波波段。

二氧化碳对太阳辐射的吸收主要在红外区。例如，在1.35 ~ 2.85 μ m之间有三个宽而弱的吸收带，另外，在2。7μm，4。3μm和14.5微米..因为太阳辐射在红外区几乎没有能量，所以对于太阳辐射，这个吸收带可以忽略。

灰尘也会在一定程度上吸收太阳辐射，但吸收量很小。沙尘暴、雾霾、火山爆发时，大气中的粉尘急剧增加，此时其吸收更显著。

(2)大气散射

悬浮在空气中的粒子(分子、灰尘、煤烟、水滴等不同直径的粒子)引起电磁波方向变化的现象称为散射。散射现象的本质是电磁波在传播过程中遇到大气粒子的一种衍射现象。只有当大气中的分子或其他粒子的直径小于或等于辐射波长时，才会出现这种现象。根据辐射波长与散射粒子大小的关系，散射可分为三种:瑞利散射、米氏散射和非选择性散射。

1.瑞利散射。比较RAMAN EFFECT

瑞利散射是大气中粒子直径远小于辐射波长时发生的散射，主要由大气中的原子和分子引起。散射强度与波长的四次方成反比，即I ∝ λ-4，具有方向性。电磁波的波长越短，散射越强。比如波长为0的紫外光的瑞利散射能力。3μm是波长为0的红光的30倍。7μm，所以波长较短的紫外光和蓝光散射强烈。在遥感技术中，由于瑞利散射的影响，很难使用紫外波段，而蓝色波段可以使用(如TM1)，但其图像质量明显不如其他波段，对比度小，需要处理后才能使用。

2.米氏散射

当大气中粒子的直径相当于辐射的波长时，就会发生米氏散射。主要由大气中的粒子引起，如烟雾、水滴、气溶胶等，散射强度与波长的二次方成反比，即I ∝ λ-2。影响散射强度的因素包括粒子的数量、分布、直径和气候条件。米氏散射的方向主要是前向散射，方向性明显。比如云的粒子大小接近红外线的波长，所以云对红外线的散射主要是米氏散射，所以米氏散射对潮湿天气的影响很大。

3.非选择性散射

非选择性散射是指当大气中粒子的直径远大于辐射波长时，散射强度与波长无关。比如在可见光波段，云中的粒子比可见光波长很多。要产生这种非选择性散射，可见光中每个波长的光散射强度是一样的，所以人们看到的云是白色的。

(3)大气的反射

电磁波传播过程中的反射现象主要发生在云顶，取决于云量和云量，不同波段其影响不同，从而减弱太阳电磁辐射的强度。比如云的厚度达到50m时，反射达到50%以上；厚度为500m时，反射超过80%。此外，大气中直径大于1μ m的颗粒物也会产生反射。

(4)大气折射

电磁波通过大气时，会改变传播方向，这种现象称为大气折射。主要受大气密度的影响，大气密度越大，折射率越大。折射率的变化使得电磁波在大气中的传播轨迹呈曲线状。早上太阳的圆面比中午大，有时太阳还没升到地平线就能看到，这是大气折射造成的。