遙感，英文為remote sensing，它指的是我們在不與目標(biāo)接觸的條件下就能感知物體的部分信息。按照這個理解，遙感在生活中真是無處不在啊!

　　我們通過眼睛能看到各種物體的外在特征;我們通過聽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)象是兩個物體不需要直接接觸就產(chǎn)生相互作用的呢?

　　歸納起來，遙感采集數(shù)據(jù)的形式主要有電磁波、聲波、引力、磁力等。平常說的衛(wèi)星遙感，主要指的是電磁波遙感。通過衛(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光-反射紅外遙感、熱紅外遙感和微波遙感等。其中部分可見光-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概念，任何溫度高于絕對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與物體開爾文溫度的乘積為常值。常溫300K(27℃)的物體，其相應(yīng)的輻射能峰值波長約為9.66微米。地面一般物體溫度在-80~+700℃范圍內(nèi)波動，所以理想情況是3~15微米的紅外電磁波都可以作為探測波段。

　　但理想終究是要跌落到現(xiàn)實中的，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，大氣是一個繞不過去的存在。由于大氣對部分紅外譜段的電磁波吸收能力特別強，地表出發(fā)的紅外輻射要想大氣層中過、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)，太陽光譜的反射能還比較大，所以該范圍內(nèi)需要同時考慮地表物體的發(fā)射能和太陽光的反射能，而在8~14μm譜段內(nèi)，以發(fā)射為主，太陽光的反射往往忽略不計。

　　溫度反演的干擾因素

　　熱紅外遙感需要通過探測目標(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)物體熱輻射從離開自身表面到被探測器接收的過程實在是太坎坷曲折。首先，出發(fā)時隊伍里就混進(jìn)了各種干擾人士。離開地表目標(biāo)的總輻射中既有反射的太陽輻射，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)過多重反射之后才最終有小部分正式向太空出發(fā)。然而，長路漫漫，艱險幾多。在向太空進(jìn)發(fā)的過程中，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，大氣也發(fā)送了部分大氣熱輻射混進(jìn)大部隊中。所以由于大氣的摻和，衛(wèi)星測得的熱紅外輻射能量的光譜和強度相對理想值都有所變化。大氣的吸收會使衛(wèi)星接收的熱紅外輻射減小，大氣自身的熱輻射又會使衛(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、地利了。成像時的大氣條件、輻射傳輸?shù)穆窂蕉紝椛涞淖兓杏绊憽．?dāng)?shù)孛姘l(fā)出的熱輻射離開地面后，通關(guān)之道全看機緣。

　　因為熱遙感器實際接收的輻射信息是地表的有效輻射經(jīng)過大氣吸收后和大氣輻射綜合作用的結(jié)果。為了盡可能真實地獲得地表熱輻射信息，就需要將一路上混進(jìn)來的非目標(biāo)輻射能去除。將外界的影響都去除之后，就需要開始分析自身的因素了。任何物體的熱輻射強度、波譜與物體的溫度、表面發(fā)射率有關(guān)。只有知道物體真實的發(fā)射率，才能較準(zhǔn)確地求得物體表面的真實溫度。但實際物體的發(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)抖的一個難點。

　　熱紅外成像時段選擇

　　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到目標(biāo)。不像可見光遙感，白天照的清清楚楚，晚上就罷工了。不過，一天內(nèi)地表溫度是變化的，哪個時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。對于3~5微米的波段，白天探測時會同時捕捉到反射的太陽光輻射能，但是探測器并不能區(qū)分它們中誰來自地表熱輻射誰來自太陽光。此外，白天由于太陽光的方向性，較高的物體會產(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，它們增加了溫度分布的復(fù)雜程度，有時會使問題更難解。另外，夜晚地表溫度變化較小，白天則波動較大。由于黎明前溫度穩(wěn)定，且無太陽光的影響，許多地質(zhì)學(xué)家更喜歡黎明前的熱圖像。

　　當(dāng)然，成像時間的選擇最終還是要看研究目的，有時多個時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光陰影的信息，也可以幫助識別地形等特征。另外，測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，對于某些應(yīng)急性的遙感需求，成像時間則是立刻馬上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，就是對地表溫度的測量以及對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。

　　熱紅外遙感是軍事探測的重要手段。傳言當(dāng)年薩達(dá)姆夜間行軍，自認(rèn)為神不知鬼不覺，但美軍第一時間就找到了他的行軍路徑?？渴裁茨?，靠的就是熱紅外遙感技術(shù)。雖然是夜間行動，但軍隊坦克等發(fā)動機處于高溫狀態(tài)，衛(wèi)星熱紅外遙感只要在薩達(dá)姆部隊隱藏的大致區(qū)域找出移動的高溫點，他的行軍路線就自然而然地暴露了。看來做夜幕中最亮的仔很有風(fēng)險啊。

　　不止錦衣夜行有風(fēng)險，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。火災(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)確識別。躲在地底下的某些熱騰騰的分子也會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。小伙伴們都聽過新疆吐魯番“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，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點是一天中溫度最低點，下午2點左右為一天中溫度最高點，采用這兩個時間段成像，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，每個人都是有溫度特征的，熱成像儀拍出的人體溫度場也是一個熱紅外遙感的過程。想要更好地理解熱紅外遙感，歡迎來到我們的展會了解一下熱紅外成像吧。

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