遥感教程第9-2页

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本页回顾了材料热行为的几个基本原理。维恩位移定律表明，随着辐射体温度的升高，在不同波长处会出现峰值辐射强度。讨论了发射率和黑体辐射的概念。图表显示，如果发射率有很大的不同，即使不同的物体有相似的动力学温度，传感器测量的辐射温度也会有很大的变化。

维恩位移定律与发射率效应


Wein Displacement Law diagram.

上图（也显示在 page 8-8 ）绘制了从太阳辐射到地球表面（平均环境温度和海冰）的不同峰值辐射温度下热辐射源的光谱波长与发射辐射（强度）之间的关系。辐射体越热，其在波长范围内的辐射强度（纵坐标上的强度）越大，其峰值发射波长越短。峰值波长与辐射体温度之间的关系是维恩位移定律：

λ **m** T = 2898

在哪里？ λ **m** 是最大辐射发射率下的波长，t是绝对温度，单位为开尔文（°C+273）。常数2898以μm°K为单位。它也被表示为（四舍五入）0.29 cm°K。对于太阳，光球辐射温度约为6000°K，该峰值位于可见光中（以0.58μm为中心）。森林火灾的峰值约为5.0微米。从空间观察到，地球的峰值在8-14微米的间隔内。

` <>`__9-1 ： What is the peak wavelength for a lamp that glows at 1800° C? `ANSWER <Sect9_answers.html#9-1>`__

一个关于太阳颜色的附加评论，如人类所见。我们将其视为黄橙色，但从上图看，其峰值在绿色可见范围内。为什么它看起来不是绿色的？答案与眼睛对各种颜色的反应有关。对于太阳来说，所有可见的颜色都会散发出来，其中绿色占主导地位。对于一位在大气层上方轨道上运行的宇航员来说，太阳看起来几乎是白色的——是所有可见光波的混合体。加热到6800°C的钢会发出近乎白色的辉光。但在地球上，宇航员的视网膜将其描述为橙色，因为他的眼睛无法将绿色与相邻不同颜色波长的波长分离开来，因为它们的强度几乎相同。（要使太阳真正发出绿色白炽体的光芒，绿色区域两边的波长就必须要小得多，即离开辐射状的黑色物体。）橙色是由于蓝色和蓝绿色的波长选择性散射而减少的。-因此，它们大部分被移除，颜色变成橙色。即使是这种颜色也会发生变化，因为太阳在黎明后或日落前后低伸到地平线以上，因为当人们靠近地平线时，空气密度越大，会引起进一步的散射，从而导致更淡红色的太阳（由于折射作用，地平线附近的月亮看起来也更大，所以也会出现更大的太阳）。轧制弯曲差异）。

一个物体的温度可以表示一种热状态，但可以用两种温度来表示：第一种温度是由插入的温度计测量的内部温度（来自其原子的运动），而第二种温度是由其发射的辐射测量的外部温度。辐射通量fB （电磁能的流量，通常以瓦特计量） [W - a unit of power; 1 Watt = 1 Joule per second] 从黑体发出的每平方厘米）与其内部（动力学）温度t有关。k （以开氏单位表示的温度）由Stefan-Boltzmann定律得出，其简化形式如下： F:sub:`B` = *σ*T:sub:`k`:sup:`4` 在哪里 σ （希腊字母、小sigma、σ或“s”）是一个常数，给出为5.67 x 10。-12 W（ATTS）×cm -2 ×K（埃尔文）-4 . 严格地说，这个方程只适用于完美的黑体；对于其他物体（所谓的实体或“灰体”），辐射通量总是小于黑体通量，计算公式如下： F:sub:`R` = ε*σ*T:sub:`k`:sup:`4` ，其中ε在下一段中定义。
` <>`__9-2 ： Calculate the value of F:sub:`r` for a blackbody having a temperature of 17° C. `ANSWER <Sect9_answers.html#9-1>`__

辐射发射的数量，因此外部测量为辐射的有效温度，也取决于发射率。 ε （小希腊字母“epsilon”）的目标在感兴趣的光谱区域。发射率是一个无量纲的数字，它表示一个真实物质的辐射通量之比f。R 完美黑体F的辐射通量B （完全吸收进入的辐射能，没有被分成发射或反射组件的辐射能）或fR /f：子：'b'＝ ε 它是一个衡量任何真实物体的辐射效率到一个完美的辐射器的辐射效率的指标。 ε ＝1）。价值观 ε 从0到1不等，且与光谱相关，即可以随 lambda . 下面是一个例子，将普通矿物石英在给定温度（此处为600°K）下处于热平衡时的光谱辐射发射率与完全黑体进行比较。

|将普通石英的光谱辐射发射率与完美黑体进行比较的图示。|

摘自T.M.Lillesand和R.W.Kieffer《遥感和图像解释》，第2版，1987年。经纽约威利父子公司许可转载。


` <>`__9-3 ： What is the radiant flux F:sub:`R` for a real body having the same kinetic temperature as in question 9-2, and also having an emissivity of 0.9. `ANSWER <Sect9_answers.html#9-3>`__

ε的急剧下降λ 在以石英和其他硅酸盐闻名的8-10微米区域，是与硅氧键内的热诱导拉伸振动相关的“reststrahlen”效应（减少发射）。一般来说，对于不透明材料， ε :sub:`λ` = 1 - ρ :sub:`λ` ，其中ρ（希腊rho）是材料的光学反射比。因此，作为ρλ ——>1，辐射反射率高（吸收率差），发射率降低（热辐射降低）。水在热红外中的发射率在8-10微米的间隔内很高，在该范围内反射效果较差；石英（和许多硅酸盐岩石）在较低的热波长下发射效果较好，但在该间隔内发射效果较差。从这一点上，我们可以预测岩石表面在8-10微米的间隔内会比水更暗，但这仅适用于某些条件，正如我们将很快看到的那样。

The radiant (sensed) temperature TR differs from a body's kinetic (internal) temperature TKaccording to the relation T:sub:`R` = ε :sup:`1/4` T:sub:`K` ;as stated above, for real bodies (graybodies) radiant temperatures are always less than kinetic temperatures. Thus, checking the figure below, the radiant temperature is significantly higher for a blackened surface (high ε ) than for a shiny surface (lower ε ), even if the two materials are at the same kinetic temperature.


|图中显示，发黑表面的辐射温度明显高于光亮表面。|

来自F.F.Sabins，Jr.，遥感：原理和解释。第2版，1987年。经纽约市W.H.Freeman&Co.许可转载。

` <>`__9-4 ： For the real body we considered in question 9-3, what is its radiant temperature? `ANSWER <Sect9_answers.html#9-4>`__

主要作者：Nicholas M.Short，高级电子邮件： nmshort@nationi.net