大气与地物的波谱特征

自然界中的物质在一定波长范围内，具有不同的反射、吸收、散射、透射和发射等磁波特性，是遥感识别物体信息和定量反演地表参数的物质基础。在可见光一反射红卜波段，大气对电磁波的作用主要包括散射和吸收，而地表对电磁波的作用则主要包括反射和吸收。在热红外波段，主要有大气的吸收和发射以及地表的发射。在微波波段，上要有微波的散射和透射。下面简要介绍若干主要的大气成分与典型地物的波谱特征。

这些物质的波谱特征及差异性是遥感图像识别和定量反演的基础。

大气的散射特性主要取决于电磁波波长和大气粒子大小，而大气的吸收特性取决于大气的分子运动和原子跃迁状态，因而大气吸收表现出较为固定的谱线特征。每种大气成分都具有特定的吸收谱线。可以看出，CHa和N₂O气体对电磁辐射的总吸收较弱，但CHa在3.0μm和7.0μm附近的中红外波段存在一个较强的吸收带，而NO则在4.8μm和7.3μm附近对电磁辐射吸收较强；O₃除了在紫外（0.22～0.32μm）和远红外0.96μm处各有两个强吸收带外，还在0.6μm处有一个较弱的吸收带。O₂的紫外吸收带有从0.260μm向短波方向发展的Herzberg连续吸收带。CO₂在中一远红外区段均有较强的吸收带，其中最强的吸收带出现在13～17.5μm的远红外段。由于大气水汽分子的倍频和合频作用，在可见光近红外波段0.57μm、0.72μm、0.73μm、0.91μm、0.94μm、0.98μm、1.14μm、1.38μm和1.39μm处具有水汽吸收特征。短波红外波段范围为1.4～3μm，由水分子的振动产生的水汽吸收峰在2.7μm附近。中红外波段范围为3～8μm，由水分子振动产生的水汽吸收峰在6.3μm处。

在可见光波段，土壤的光谱反射率曲线没有明显的峰值和谷值，变化趋势一般随波长的增加而增加。影响土壤光谱反射率曲线变化的因素有很多，包括土壤有机质含量、水分含量、土壤结构、表面粗糙度等，但由于曲线总体来说较为平滑，所以在不同谱段的遥感影像上，不同类型土壤的亮度区别不明显。

在反射波段上，土壤反射率一般低于50%，在1.6～2.6μm和3.7～4.7μm区间内有比较明显的反射峰。

健康植被的光谱特征在可见光谱段内主要受叶内各种色素的影响，其中影响最强烈的是叶绿素。由于色素的强烈吸收，叶面反射和透射均很低，在045μm（蓝波段）和0.67μm（红波段）附近吸收较强烈，而在0.54μm附近吸收相对较少，形成10%～20%的绿色反射峰，从而使叶面呈现绿色。在近红外波段，植物的光谱特征主要取决于叶片内部的细胞结构，叶片的反射及透射能力较强（45%～50%），而吸收较低（<5%）。在0.74μm附近，反射率迅速增加，在0.74～1.3μm区间形成较高的反射。在短波红外谱段内，受叶片含水量的控制，叶子的反射与吸收较低，透射较低，在1.4μm、1.9μm和2.7μm附近因水的吸收而形成反射谷。植被发射率通常较高，在10μm的大气窗口，辐射率一般为90-99%.对植被面言，其波谱特征主要受三方面因素的影响：①植被冠层本身组分：②植被冠层的形状结构；③辐照与观测方向，而这些因素又强烈依赖于叶的类型、植被生长阶段及环境控制。

雪的反射率峰值集中在可见光到0.8μm附近，反射率几乎接近100%，因此雷看上去是白色，随着波长的增加，反射率逐渐下降。不同粒度雪的反射率具有一定差异，在0.8～2.7μm波段处相差最明显，结冰雪在此波段范围内的反射可达10～40%左右。

水的反射主要集中在蓝光波段，其他波段的吸收很强，特别是在近红外波段，吸收作用最强，在图像上呈黑色。水的波谱特征主要受到水的浑浊度、微生物含量、叶绿素含量及水深等因素的影响。对于水体而言，纯净水体的反射率一般较低，但当其他杂质含量增加时，其反射率急剧增加。由于水的吸收特性，1.2μm以上的反射可忽略不计。在10μm大气窗口，水体发射率通常大于99%，可以视为黑体。