遙感，英文為remote sensing，它指的是我們?cè)诓慌c目標(biāo)接觸的條件下就能感知物體的部分信息。按照這個(gè)理解，遙感在生活中真是無(wú)處不在啊!

　　我們通過(guò)眼睛能看到各種物體的外在特征;我們通過(guò)聽(tīng)聲音能大致辨別聲源的遠(yuǎn)近;坐在火爐前，我們獲得了火爐的溫暖;照相機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地就能將美景成像。仔細(xì)想想，還有哪些物理現(xiàn)象是兩個(gè)物體不需要直接接觸就產(chǎn)生相互作用的呢?

　　歸納起來(lái)，遙感采集數(shù)據(jù)的形式主要有電磁波、聲波、引力、磁力等。平常說(shuō)的衛(wèi)星遙感，主要指的是電磁波遙感。通過(guò)衛(wèi)星上的遙感設(shè)備，衛(wèi)星獲取地球表層反射或發(fā)射電磁輻射能數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)中隱藏著地表信息。根據(jù)利用的電磁波的譜段，衛(wèi)星電磁波遙感又可分為可見(jiàn)光-反射紅外遙感、熱紅外遙感和微波遙感等。其中部分可見(jiàn)光-反射紅外遙感采用攝影成像，所以它就是在太空視角的照相。而本文將介紹的衛(wèi)星熱紅外遙感利用的是地表物體熱輻射的信息，它的工作原理與其他兩種遙感有所不同。

　　譜段的選擇

　　這里我們先介紹一個(gè)概念，任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都能向外發(fā)射輻射能，而物體光譜輻射能的峰值波長(zhǎng)與物體開(kāi)爾文溫度的乘積為常值。常溫300K(27℃)的物體，其相應(yīng)的輻射能峰值波長(zhǎng)約為9.66微米。地面一般物體溫度在-80~+700℃范圍內(nèi)波動(dòng)，所以理想情況是3~15微米的紅外電磁波都可以作為探測(cè)波段。

　　但理想終究是要跌落到現(xiàn)實(shí)中的，譜段的選擇不僅要考慮輻射波的起源還要考慮它的傳播。在從地表到衛(wèi)星的路途中，大氣是一個(gè)繞不過(guò)去的存在。由于大氣對(duì)部分紅外譜段的電磁波吸收能力特別強(qiáng)，地表出發(fā)的紅外輻射要想大氣層中過(guò)、能量不掉身那是有些困難的。綜合考慮，3~5μm和8~14μm是常用的紅外遙感譜段。值得注意的是這兩個(gè)譜段的處理方法還是有所不同的，由于3~5微米范圍內(nèi)，太陽(yáng)光譜的反射能還比較大，所以該范圍內(nèi)需要同時(shí)考慮地表物體的發(fā)射能和太陽(yáng)光的反射能，而在8~14μm譜段內(nèi)，以發(fā)射為主，太陽(yáng)光的反射往往忽略不計(jì)。

　　溫度反演的干擾因素

　　熱紅外遙感需要通過(guò)探測(cè)目標(biāo)物體的熱輻射信息，推斷物體表面的溫度或狀態(tài)。但是，目標(biāo)物體熱輻射從離開(kāi)自身表面到被探測(cè)器接收的過(guò)程實(shí)在是太坎坷曲折。首先，出發(fā)時(shí)隊(duì)伍里就混進(jìn)了各種干擾人士。離開(kāi)地表目標(biāo)的總輻射中既有反射的太陽(yáng)輻射，也有反射的大氣傳向地面的輻射，還有反射的其他環(huán)境對(duì)目標(biāo)的輻射等。有些熱輻射比較調(diào)皮，和周圍的小伙伴打打招呼，經(jīng)過(guò)多重反射之后才最終有小部分正式向太空出發(fā)。然而，長(zhǎng)路漫漫，艱險(xiǎn)幾多。在向太空進(jìn)發(fā)的過(guò)程中，地表熱輻射需要遭受大氣的吸收和散射，部分譜段的能量就減少了。

　　同時(shí)，大氣也發(fā)送了部分大氣熱輻射混進(jìn)大部隊(duì)中。所以由于大氣的摻和，衛(wèi)星測(cè)得的熱紅外輻射能量的光譜和強(qiáng)度相對(duì)理想值都有所變化。大氣的吸收會(huì)使衛(wèi)星接收的熱紅外輻射減小，大氣自身的熱輻射又會(huì)使衛(wèi)星接收的熱紅外輻射增大。那么這正負(fù)效應(yīng)到底影響多大呢，就看天時(shí)、地利了。成像時(shí)的大氣條件、輻射傳輸?shù)穆窂蕉紝?duì)輻射的變化有影響。當(dāng)?shù)孛姘l(fā)出的熱輻射離開(kāi)地面后，通關(guān)之道全看機(jī)緣。

　　因?yàn)闊徇b感器實(shí)際接收的輻射信息是地表的有效輻射經(jīng)過(guò)大氣吸收后和大氣輻射綜合作用的結(jié)果。為了盡可能真實(shí)地獲得地表熱輻射信息，就需要將一路上混進(jìn)來(lái)的非目標(biāo)輻射能去除。將外界的影響都去除之后，就需要開(kāi)始分析自身的因素了。任何物體的熱輻射強(qiáng)度、波譜與物體的溫度、表面發(fā)射率有關(guān)。只有知道物體真實(shí)的發(fā)射率，才能較準(zhǔn)確地求得物體表面的真實(shí)溫度。但實(shí)際物體的發(fā)射率比較復(fù)雜，它與物體的組成及表面狀態(tài)如粗糙度等有關(guān)。衛(wèi)星紅外遙感能分辨的區(qū)域一般都由多種物體組成，要確定該表面的發(fā)射率往往比較困難。因此，溫度和發(fā)射率的分離是熱紅外遙感領(lǐng)域讓科研人員瑟瑟發(fā)抖的一個(gè)難點(diǎn)。

　　熱紅外成像時(shí)段選擇

　　由于熱紅外輻射利用的是物體熱輻射，所以白天黑夜遙感器都能探測(cè)到目標(biāo)。不像可見(jiàn)光遙感，白天照的清清楚楚，晚上就罷工了。不過(guò)，一天內(nèi)地表溫度是變化的，哪個(gè)時(shí)間的信息是最理想的呢。由于熱紅外成像的干擾因素較多，數(shù)據(jù)處理人員當(dāng)然希望遙感器接收的信息中非成像目標(biāo)發(fā)出的輻射越少越好。對(duì)于3~5微米的波段，白天探測(cè)時(shí)會(huì)同時(shí)捕捉到反射的太陽(yáng)光輻射能，但是探測(cè)器并不能區(qū)分它們中誰(shuí)來(lái)自地表熱輻射誰(shuí)來(lái)自太陽(yáng)光。此外，白天由于太陽(yáng)光的方向性，較高的物體會(huì)產(chǎn)生熱陰影。這種熱陰影雖然是夏季納涼的好去處，但在遙感領(lǐng)域，它們?cè)黾恿藴囟确植嫉膹?fù)雜程度，有時(shí)會(huì)使問(wèn)題更難解。另外，夜晚地表溫度變化較小，白天則波動(dòng)較大。由于黎明前溫度穩(wěn)定，且無(wú)太陽(yáng)光的影響，許多地質(zhì)學(xué)家更喜歡黎明前的熱圖像。

　　當(dāng)然，成像時(shí)間的選擇最終還是要看研究目的，有時(shí)多個(gè)時(shí)間段的遙感成像有助于得到更多的地表信息。如遙感成像中白天太陽(yáng)光陰影的信息，也可以幫助識(shí)別地形等特征。另外，測(cè)得一天中地表溫度的變化可幫助推斷地表的熱慣量等。當(dāng)然，對(duì)于某些應(yīng)急性的遙感需求，成像時(shí)間則是立刻馬上right now。

　　熱紅外遙感技術(shù)的應(yīng)用

　　熱紅外探測(cè)的是地表的熱輻射，最終求得的是地表的溫度。熱紅外遙感的應(yīng)用，就是對(duì)地表溫度的測(cè)量以及對(duì)溫度特征的拓展利用。只要是物體，就有溫度。只要溫度有異常，就能在熱紅外成像中格外醒目。因而，地表物體溫度狀態(tài)及由溫度可推斷的特性，都可以利用熱紅外遙感技術(shù)進(jìn)行探測(cè)。

　　熱紅外遙感是軍事探測(cè)的重要手段。傳言當(dāng)年薩達(dá)姆夜間行軍，自認(rèn)為神不知鬼不覺(jué)，但美軍第一時(shí)間就找到了他的行軍路徑?？渴裁茨兀康木褪菬峒t外遙感技術(shù)。雖然是夜間行動(dòng)，但軍隊(duì)坦克等發(fā)動(dòng)機(jī)處于高溫狀態(tài)，衛(wèi)星熱紅外遙感只要在薩達(dá)姆部隊(duì)隱藏的大致區(qū)域找出移動(dòng)的高溫點(diǎn)，他的行軍路線就自然而然地暴露了?？磥?lái)做夜幕中最亮的仔很有風(fēng)險(xiǎn)啊。

　　不止錦衣夜行有風(fēng)險(xiǎn)，其他或低調(diào)或高調(diào)的與眾不同也難逃熱紅外遙感衛(wèi)星的千里眼。油污染區(qū)域油膜發(fā)射率低，造成局部冷異常，工業(yè)排放的污水、熱氣等溫度高，造成局部熱異常，熱紅外遙感都能一眼看穿?；馂?zāi)、活火山等區(qū)域溫度遠(yuǎn)高于地表平均溫度，能夠被3~5微米的熱紅外遙感衛(wèi)星準(zhǔn)確識(shí)別。躲在地底下的某些熱騰騰的分子也會(huì)一不小心暴露自己的藏身之地。地表狀態(tài)完全相同的區(qū)域，油藏、氣藏上方地面輻射溫度略高于背景區(qū)，熱紅外遙感可幫助捕捉地下涌動(dòng)的石油、天然氣等。

　　熱紅外遙感還可以用于推斷地表屬性。小伙伴們都聽(tīng)過(guò)新疆吐魯番“早穿皮襖午穿紗，圍著火爐吃西瓜”的傳聞，而沿海地區(qū)晝夜溫差相對(duì)較小。造成這巨大反差的是地表物體的熱慣量有關(guān)。相同熱量變化時(shí)，沙地?zé)釕T量小，晝夜溫差大，而水面熱慣量大，晝夜溫差小。一般午夜2~3點(diǎn)是一天中溫度最低點(diǎn)，下午2點(diǎn)左右為一天中溫度最高點(diǎn)，采用這兩個(gè)時(shí)間段成像，根據(jù)溫度變化情況可以大致推斷地表是沙地、湖泊還是森林等。

　　北京光博會(huì)認(rèn)為溫度是物體的固有屬性。所謂我有溫度故我存在，每個(gè)人都是有溫度特征的，熱成像儀拍出的人體溫度場(chǎng)也是一個(gè)熱紅外遙感的過(guò)程。想要更好地理解熱紅外遙感，歡迎來(lái)到我們的展會(huì)了解一下熱紅外成像吧。

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