遥感地质学课件第七章 热红外遥感.PPT

第七章 热红外遥感 热红外遥感是探测目标物的热辐射信息，根据黑体热辐射维恩位移定律公式计算，地表平均温度约288K，热辐射峰值波长为10．06μm，高温(500K～800K)地物辐射峰值波长在3.6—5.8μm。常温、高温地物最大的热辐射波长范围在中、远红外，热红外传感器可接收到足够辐射能量，因此对于地球资源和环境调查及监测，热红外遥感工作波段选择在中、远红外。 中、远红外大气窗口有3.5～5μm和8～14μm，臭氧在9～l0μm范围内有弱的吸收作用，因而在 9～l0μm 范围内，在臭氧层下的机载热红外系统探测不受影响，航天热红外系统探测应给于考虑。 ? 地球表面有少数物体其能量来源(即物体的温度)于地球内部的能量和放射性元素蜕变释放的能量、化学变化释放的能量，它们的温度高于周围地物的温度，这种温度异常热红外遥感很容易探测。 绝大多数物体其温度和能量来源于太阳，太阳日周期性辐射对地物的温度影响很大，白天在日照条件下地物增温，日落后地物降温。不同地物在太阳辐射的日周期变化下，白天增温的幅度与夜间降温的幅度却是不同的。 如图3—39，岩石和土壤的温度在白天温度上升幅度大，在夜间降温幅度大；而植物、水体在白天增温幅度小，在夜间降温幅度小，这一特点主要取决于地物本身的热学性质。不同热学性质的物体在白天或夜间其温度是不同的，因而引起它们热辐射的差异，因此热红外遥感又可探测具有不同热学性质的地物。 (一)地物的热学性质 地物的热学性质可以用地物的热惯量、热传导率、热容量及热扩散率加以表述。其中热惯量是影响地物表面温度的决定因素。 1，物体的热惯量(P) 物体的热惯量是指物体阻止其温度变化程度的一种量度，换句话说，是物体对外界温度变化反应敏感程度的量度。热惯量大的物体对外界温度变化反映缓慢，热惯量小的物体，对外界温度变化反映较敏感。热惯量（P）可表示为 P＝√KρC 式中K为物体的热传导率，ρ为物体密度，C为热容量 从上式中可看出，物体的密度、传导率、热容量不同，其热惯量不同。在太阳日周期变化条件下，其温度上升、下降的幅度也是不同的，因此地面物体的热惯量值是进行热红外图像解译的必不可少的物理参数。 不同岩石的热学性质参数见表3—10，从表中可以看出沉积岩热惯最值最高，在0.092～0.0643之间，其中白云岩最高，其次水镁大理岩、石英岩、石英砂岩；页岩的热惯量值最低。变质岩热惯量值居中，岩浆岩热惯量值均偏低，在0.0623～0.047之间，由中性一酸性一碱性岩有逐渐变小的趋势。粗粒结构的岩石比细粒结构的岩石的热惯量要低。 通过实验测量表明，影响岩石热惯量的因素主要是热传导率，其次是比热和物质的密度，而Si02含量对物质的热惯量没有影响。 水体的热惯量极大，平静的水体P＝13400，慢流水P＝330000，而快流水P ＝710000(这里P的单位为 焦耳／米2·秒1/2K)。 2、热惯量影响地物温度变化的规律 地物在太阳昼夜变化下，具有不同热惯量的物体其温度变化如图3—40，从图中可以看出，在五种不同岩性中，白天热惯量最大的白云岩温度最低，在夜间温度最高，温度日周期变化为15℃，而热惯量小的闪长岩，白天温度最高，夜间温度最低，温度日周期变化为27℃。不同热惯量的五种岩性的日周期温度变化曲线有两个交点，即岩石表面温度基本一样，在日出和日落后1，5小时左右，最大的温度差在中午12点～16点和午夜零点到凌晨6点。 在白天热惯量大的白云岩分布区为“冷区”，闪长岩分布区为“暖区”；在夜间白云岩分布区为“暖区”，闪长岩分布为“冷区”。 在白天水体与岩石、土壤，岩石、土壤分布区为“暖区”，水体分布区为“冷区”；在夜间，水体分布区为“暖区”，岩石、土壤分布区为“冷区”(图3—39)。这些地物热学性质的差异表现出的温度差，在热红外遥感图像上可显示出来，尤其在夜间的热红外图像上所表现出的温度差更为明显。 (二)地物的发射率 物体的发射率取决于物体成分、结构及其表面状况等物理性质，在同温度下发射率是波长的函数。表3—11是常温下几种岩石在8～13μm的平均发射率。岩石发射率不仅与其矿物成分、晶体化学特点、岩石结构有关，而且与地物表面粗糙度有关，通常情况下粗糙的表面要比平滑的表面发射能力强。 * 中红外波段 白天地物既有热辐射，又有反射太阳的辐射，高温地物热辐射大于它的反射，而常温地物热辐射小于它的反射，白天的中红外图像解译比较困难， 夜间由于常温地物热辐量小，因此夜间的中红外图像对常温地物解译效果差，而对高