大氣及其影響

3.1.1 地球大氣

地球大氣是指地球引力作用下大量氣體聚集在地球周圍所形成的包層。地球大氣的質量約為5.136 × 10²¹ g，約占地球總質量的百萬分之一。大氣密度隨高度的增加而按指數函數下降，大氣總質量的90% 集中在離地表15 km高度以內，99.9% 在50 km高度以內。在2000 km高度以上，大氣極其稀薄，逐漸向行星際空間過渡，而無明顯的上界。

3.1.2 大氣成分

大氣主要包括一些氣體分子和其他微粒。分子主要有 N₂ 和 O₂ ，約占99%，其余1% 是 O₃ ，CO₂ ，H₂ O及其他（N₂ O，CH₄ ，NH₃ 等）。大氣中的微粒主要有煙、塵埃、霧霾、小水滴及氣溶膠。

3.1.3 大氣影響

大氣層自下而上分別是對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。遙感利用的一切輻射都必然經過地球的大氣層。由于遙感器的工作波段選擇的原因，對遙感器接收到的電磁輻射影響最大的是對流層和平流層。

當太陽輻射穿過大氣時，必然要受到大氣散射、吸收和折射的影像。大氣對遙感數據的影響主要是因為輻射被大氣中各種成分（氣體分子和氣溶膠粒子）吸收和散射，使攜帶有目標物光學信息的輻射衰減。同時，散射的結果又使遙感器接收到的輻射信號增加了一個與目標物的光學信息無關的附加量，使得遙感器接收到的輻射信號產生了畸變。

3.1.3.1 大氣散射

電磁輻射在非均勻介質或各向異性介質中傳播時，改變原來傳播方向的現(xiàn)象稱為大氣散射。大氣散射時電磁輻射能受到大氣分子或氣溶膠等的作用，改變傳播方向。大氣散射的強度取決于微粒的大小、含量、輻射波長和穿過的大氣厚度。

散射對于遙感產生幾種重要的影響。由于依賴于波長的瑞利散射的存在，遙感一般不考慮使用藍光或紫外線。采用這些波段的影像主要記錄的是大氣亮度而不是地物本身的亮度。散射還會使遙感器接收到視場之外的輻射，因而模糊了記錄的空間細節(jié)。不僅如此，散射還會使暗色物體表現(xiàn)出比自身更亮的顏色，而使亮色物體表現(xiàn)得更暗，從而降低了影像的反差。

3.1.3.2 大氣折射

電磁波穿過大氣層時，會發(fā)生折射現(xiàn)象，改變傳播方向。大氣的折射率與大氣密度相關，密度越大折射率越大；離地面越高，空氣越稀薄，折射率也越小。由于電磁波在大氣的傳播中折射率的變化，使得電磁波在大氣中的行進軌跡是一條曲線。這樣當電磁波到達地面后，地面接收的電磁波方向與實際的太陽輻射方向相比就會偏轉一定的角度。

3.1.3.3 大氣吸收

電磁輻射穿過大氣時，要受到大氣分子等的吸收作用，造成能量的衰減。大氣中的臭氧（O₃）、二氧化碳（CO₂）和水汽（H₂O）對太陽輻射德爾吸收最顯著。臭氧（O₃）主要集中在20～30km高度的平流層。臭氧除了在紫外（0.22～0.32μm）有一個很強的吸收帶外，在0.6μm附近也有一個較寬的弱吸收帶，而且在遠紅外9.6μm附近還有一個強吸收帶。

二氧化碳（CO₂）主要分布于底層大氣，含量約占0.03%。CO₂ 在中-遠紅外區(qū)段（2.7μm，4.3μm，14.5μm附近）均有強吸收帶，其中最強的吸收帶位于17.5μm的遠紅外波段。

水汽（H₂O）不包括固態(tài)冰粒。水汽一般分布在低空，其含量隨時間、地點的變化很大（占0.1%～3%）。而且，水汽的吸收輻射是其他大氣組分的幾倍。其最重要的吸收帶在2.5～3.0μm，5.5～7.0μm 和 ＞27.0μm（在這些區(qū)段，水汽的吸收可能超過 80%）的波段。另外，水汽在0.94mm，1.63mm及1.35cm處還有三個吸收峰。