[科普中国]-红外遥感

定义

探测波段一般在0.76——1000微米之间。是应用红外遥感器（如红外摄影机、红外扫描仪）探测远距离外的植被等地物所反射或辐射红外特性差异的信息，以确定地面物体性质、状态和变化规律的遥感技术。

红外波谱区电磁波谱中，通常把波长范围为0. 76～1000微米这一波谱区间称为红外波谱区。其中，又分为近红外（0.76～3.0微米）、中红外（3.0～6.0微米）和远红外（6.0～15.0微米）和超远红外（15.0～1000微米）。也可把近红外和中红外统称反射红外；把远红外称为热红外（8～14微米）或发射红外。虽然红外波谱区很宽，但由于大气的吸收，实际上仅有几个红外“窗口”可利用。常用的红外波段有近、中红外的0.3～1.3微米、1.5～1.8微米、2.0～2.6微米、3.0～3.6微米、4.2～5.0微米和远红外的7.0～15.0微米。近红外波段主要用于光学摄影，如红外或彩色红外摄影，只能在白天工作；也用于多波段摄影或多波段扫描。远红外（热红外）由于是地物自身辐射的，主要用于夜间红外扫描成像。红外遥感在军事侦察，探测火山、地热、地下水、土壤温度，查明地质构造和污染监测方面应用很广，但不能在云、雨、雾天工作。

发展现状地球科学正朝着更精确定量化的方向发展，地表能量交换是地球系统中水、热、碳各种循环和过程的主导因子，其中陆面温度又是地表能量交换的核心信息，而信息的获取是个高难度课题，精确定量反演陆面温度的成果将推动旱灾预报和作物缺水研究、农作物产量估算、数字天气预报、全球变化和全球碳平衡等领域研究的进展。人们要以遥感手段定量表达地球表面时空多变要素，特别是陆面温度的区域分布规律，首先遇到的问题是如何将遥感信息转化为地球科学迫切需要的应用信息。

遥感的发展史就是不断地克服和改善遥感的局限性的历史，热红外遥感的发展也不例外。在克服遥感的局限性的道路上不乏成功之例：热红外波段的“劈窗技术”是在光谱信息上开拓的有效方法。热红外辐射的大气辐射传输是非常复杂的课题，大气参数的时空变化给陆面温度的反演带来了局限性，劈窗技术利用两个热红外波段的辐射信号的差值与大气参数之间的信息相关性，使得用热红外波段遥感信息本身就可以进行大气辐射初步纠正。热红外辐射的“肤面特征”也是一种局限性，它的信息只局限于地物表面，然而，热惯量方法是利用两个时相的热红外辐射温度差值，提取了地表面以下的土壤水分信息，使得遥感信息的应用向地表以下的深度开拓。多角度遥感也是开拓遥感信息，使其获取地物三维信息的好例子。热红外遥感基础研究的实质内涵仍然是以遥感信息为基础开拓和挖掘地学信息的过程。在地物光谱维上已开拓出多光谱遥感的研究领域，在时间维上也开拓出多时相遥感的研究范畴，而近年来发展起来的多角度遥感显然是在方向维上开拓的结果。

应用军事方面应用伊拉克战争的经验证明，从空中昼夜获取战场的情报信息，对获取战场的主动权及至最后夺取战争的胜利极为重要。采用机载成像技术直接从空中获取地面信息，对地面目标进行侦察监视方法的应用已有几十年时间。美国军方一直强烈地依赖于这一手段获取情报，其U-2、P-3和“食肉者”侦察机就是这种应用的典型实例。U-2飞机上装有高分辨率的摄像系统，可获得地面目标的高分辨率清晰图像，其侦察范围沿飞行航线纵深可达数十公里的大面积地区，为指挥机关和作战部队提供了极为直观的准确情报。美、英、法国军队一直非常重视发展这种先进的战术机载成像侦察监视系统，从越南战争到波斯湾战争，仅美国海军就有500多架抓侦察机，迄今为止仍有100多架鬼怪式侦察机在世界各地服役。特别是在最近几年美军发动的几场战争中，如科索沃、阿富汗和伊拉克战争，美军的机载战术侦察技术发挥得淋漓尽致，在夺取战争的主动权方面起到了至关重要的作用。1

海洋方面应用热红外辐射计和微波辐射计观测得到的全球海表面温度可应用与下列研究领域：

1.气候学。海洋的面积占地球70%,地球的气候在很大程度上受海洋决定，海水的热容量是大气热容量的1000倍，海水温度的微小变化都会对大气温度、大气环流、天气形势和气候带来非常大的影响；海表面温度的任何微小变化都可能标志着海洋内部热能储蓄的重大变化。因此，地球气候不但与大气有关，还与海洋与大气之间复杂的相互作用密切相关。海气相互作用的基础是海表温度，海气之间的能量交换正是通过海气界面进行的。通过热红外可以遥感海表温度，弥补传统资料的不足和缺陷。

2.全球海表面温度变化。CO2的增加引起全球变暖，随之而来的海表面温度增加和海平面增高已引起人们的普遍关注。然而，全球海表面温度和海平面增高的佐证，需要长期、大面积和具有较高精度的海表面温度的测量及统计。这离不开海洋遥感。

3.海表面温度异常。海表温度异常描述在某一特定区域某一特定时间内海表面温度的观测值与长期海表面温度平均值的偏差。由于海域的浩瀚，常规航测方法很难快速获得海表面温度及其变化，正是卫星遥感才使得海表面温度异常及其变化的监测和预报成为可能。

4.天气预报。海表面温度显著地影响到海水蒸发率，后者对当地地区的天气系统的发展有很大影响，尤其对热带气旋早期发展的位置和运动路径有重要影响。作为大气运动的下垫面，海表面的温度大小与变化在天气预报中有重要意义，甚至有文献指出，海表面温度达到或超过28C是台风产生的一个重要条件。

5.大洋涡旋。中尺度涡是大洋环流在其蛇形的过程中由于相邻水体的流速不同而形成的百米级至几十千米的中尺度现象。中尺度引起大洋环流与周围海域的水体进行能量、物质、热量交换，对其周边海域及其陆地的天气和渔业生产等产生影响。由于中尺度涡脱离于母体----大洋环流，它具有母体的一些水文特征的佐证，需要长期、大面积和具有较高精度的海表面温度的测量及统计。这离不开海洋遥感。

6.上升流。上升流是海洋底层水向表层涌升的现象。底层海水比表层海水温度低，且含有丰富的营养物质，由于下层海水无太阳光线到达，无法进行光合作用，不适于植物生长；但其上升到海表面时，在阳光的照耀下大量浮游植物会迅速生长繁殖，使该海域成为鱼群觅食、生长繁殖的好场所，因此成为有商业价值的渔场。由于上升流海域与周围海域的海水温度有明显的差异，所以使用红外遥感可判断出上升流区的位置和范围。

用于红外遥感的传感器①黑白红外摄影、彩色红外摄影；②红外扫描仪；③红外辐射计。因为红外遥感在电磁波谱红外谱段进行，主要感受地面物体反射或自身辐射的红外线，有时可不受黑夜限制。又由于红外线波长较长，大气中穿透力强，红外摄影时不受烟雾影响，透过很厚的大气层仍能拍摄到地面清晰的像片。