大气辐射传送原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书主要探讨辐射在地球大气系统中与大气介质的交互作用，以及电磁的辐射传送原理。除了辐射基本概念外，也应用基本辐射原理推导大气中辐射的传送方程，和在不同条件下辐射传送方程的求解。书中除了探讨辐射的基本概念，也介绍辐射吸收和散射的数学模式。亦纳入漫射辐射及其在辐射传送方程中的求解，包含薄层大气近似、单次散射假设下的近似、双流近似解，以及在散射守恆下的近似解和艾丁顿近似解。此外，以离散纵标法求取辐射传送方程式之解亦为讨论的内涵。最后则以不变性原理探讨大气的反射函数和透射函数。

遥感图像处理与分析基础 本书简介 本书旨在为读者提供遥感图像处理与分析领域的全面、深入的理论基础与实践指导。随着对地球观测需求的日益增长，遥感技术已成为获取地表信息不可或缺的手段。从卫星传感器到数据产品，再到最终的应用价值，每一个环节都离不开精密的图像处理与分析技术。本书系统梳理了该领域的核心概念、关键算法及其在实际问题中的应用，力求构建一个逻辑清晰、内容详实的知识体系。 第一部分：遥感基础与数据获取 第一章：遥感原理概述 本章首先界定了遥感学的基本概念，阐述了电磁波谱在遥感中的作用，特别是可见光、近红外、短波红外、热红外以及微波波段的物理特性及其对地物信息的响应机制。重点探讨了地物光谱特性，包括反射、吸收和透射过程，并引入了植被指数、土壤指数等基础的生物物理参数与遥感信号的关系模型。 第二章：遥感系统与数据源 本章详细介绍了各类遥感系统的构成，包括被动遥感（如光学卫星和红外传感器）和主动遥感（如雷达和激光雷达）。对当前主流的遥感平台和传感器进行了分类论述，例如Landsat、Sentinel系列、MODIS以及高分辨率商业卫星。深入分析了不同传感器成像的几何特性（如分辨率、幅宽、重访周期）和辐射特性（如量化级数、动态范围），为后续的数据预处理奠定基础。 第三章：遥感数据预处理 高质量的遥感数据是准确分析的前提。本章系统讲解了数据预处理的必要性与具体步骤。 辐射定标与校正： 阐述了从数字值（DN）到地表反射率或亮温的转换过程，包括绝对定标、相对定标以及大气散射和吸收的校正模型（如辐射传输模型在遥感中的应用基础）。 几何校正： 区分了几何畸变的类型（如扫描误差、地形引起的畸变），并详细介绍了正射校正、地图投影转换、几何配准的技术流程与常用算法，如多项式模型和基于像对点的匹配方法。 图像增强： 涵盖了点运算（如灰度拉伸、直方图均衡化）和空间域滤波技术（如均值滤波、中值滤波、高通滤波），旨在提高图像的视觉解释性和特征的清晰度。 第二部分：图像处理与特征提取 第四章：图像变换与特征空间 本章侧重于如何从原始数据中提取更有意义的信息维度。 光谱变换： 深入探讨了主成分分析（PCA）在数据降维和信息压缩中的应用，以及最小噪声分量（MNF）变换对去除噪声的有效性。同时，介绍了特征空间分析技术，如特征空间图、指数构造法，用于区分复杂地物类别。 空间变换： 讨论了傅里叶变换在分析周期性特征（如作物行距、地物纹理）中的作用，以及形态学操作（如膨胀、腐蚀、开闭运算）在边缘检测和噪声抑制方面的应用。 第五章：分类理论与技术 遥感图像分类是信息提取的核心环节。本章将分类方法分为监督学习和非监督学习两大体系进行阐述。 监督分类： 详细介绍了基于统计学的分类器，如最大似然法（MLC）、贝叶斯分类器。同时，引入了面向对象的方法，对比了支持向量机（SVM）、人工神经网络（ANN）以及近年来在遥感领域表现优异的深度学习分类模型（如卷积神经网络CNN的基础架构和在像素级、对象级分类中的应用）。 非监督分类： 重点讲解了K-均值（K-Means）、Isodata等聚类算法的工作原理及其在未知区域初步划分中的优势和局限性。 分类精度评估： 阐明了混淆矩阵、总体精度、Kappa系数等定量评估指标的计算方法与实际意义，强调了验证数据集选择的重要性。 第六章：面向对象图像分析（OBIA） 面对高分辨率影像中复杂的空间结构，OBIA提供了一种新的分析范式。本章从图像分割的原理出发，详细讲解了多尺度分割算法（如多分辨率分割）的实现流程，如何有效地将影像对象化。随后，讨论了面向对象分类的流程，包括特征集构建（光谱、纹理、形状、上下文信息）、规则集设计以及分类后处理（如对象精度评估）。 第三部分：高级应用与专业分析 第七章：植被与农作物监测 本章聚焦于利用光学遥感数据进行生物物理参数反演与作物长势监测。 植被指数的深入应用： 不仅限于NDVI，还深入探讨了EVI、SAVI等指数对土壤背景和大气效应的校正机制。 叶面积指数（LAI）与叶绿素含量反演： 介绍了基于经验模型、半经验模型（如PROSAIL模型基础）和物理模型的参数反演方法，以及时间序列分析在作物长势动态监测中的应用。 第八章：地表温度与热红外分析 热红外遥感在水资源管理、城市热岛效应研究中至关重要。本章解析了地表温度（LST）的反演过程，重点讨论了单通道算法和多通道算法的原理与适用条件，并结合发射率的获取方法（如地表覆盖类型法和NDVI-发射率关系法）来提高温度反演的准确性。 第九章：雷达遥感（SAR）图像分析基础 SAR作为一种全天时、全天候的成像手段，其数据分析具有独特性。 SAR成像机理： 解释了后向散射、入射角、极化方式对SAR信号的影响。 预处理与增强： 阐述了斑点噪声（Speckle Noise）的抑制方法，如Lee滤波和Frost滤波。 SAR分类应用： 探讨了基于后向散射强度、纹理特征和极化特征的分类技术，尤其是在林业和水体监测中的优势。 第十章：不确定性与误差分析 任何遥感分析都存在不确定性。本章引导读者审视数据源、模型参数、算法选择所带来的误差。通过误差传播理论，分析不同不确定性源对最终结果的影响，并介绍了不确定性量化和可视化方法，为实际应用提供可靠性参考。 本书内容涵盖了从基础理论到前沿技术的完整链条，旨在培养读者扎实的理论功底和独立解决复杂遥感问题的能力，是遥感科学、地理信息系统、环境科学及相关工程领域学生和研究人员的理想参考用书。

作者简介

刘振荣

　　1952年出生于台湾嘉义市。国立台湾大学大气科学系毕业（1975年），1980年考取教育部公费留学，赴美至美国威斯康辛大学麦迪逊校区，取得大气及海洋科学系卫星遥测硕士（1983年）与博士学位（1986年），回国至国立中央大学太空及遥测研究中心任教，历经太空及遥测研究中心主任、研发长、副校长和代理校长。现任国立中央大学太空遥测讲座教授兼通讯系统研究中心主任。主要研究领域为大气辐射、大气遥测、永续环境与防灾科技，发表论文二百余篇。
 



 

序

第一章前言
1.1基本概念
1.2黑体辐射
1.2.1卜郎克函数（Planckfunction）
1.2.2史特凡波兹曼定律（Stefan-Boltzmannlaw）
1.2.3汾因位移定律（Wien'sdisplacementlaw）
1.2.4克希何夫定律（Kirchhoff’slaw）
1.3散射与吸收
1.4辐射传送
1.4.1比尔–鲍桂–蓝伯定律（Beer-Bouguer-Lambertlaw）
1.4.2席氏方程（Schwarzschildequation）
1.5温室效应（Greenhouseeffect）
1.6全球暖化（Globalwarming）

第二章观念介绍
2.1基本观念
2.2辐射基本参数定义
2.3辐射吸收
2.4辐射散射

第三章辐射传送方程
3.1辐射传送方程
3.2平行平面大气中的辐射传送方程
3.3辐射传送方程的特定应用形式
3.4辐射传送方程的勒壤得多项式展开
3.5辐射传送方程的漫射（diffuse）分量
3.6辐射强度和通量的形式解

第四章反射和透射系数，地表效应和反照率
4.1钱卓塞卡漫射辐射
4.2廖氏漫射辐射
4.3考量地表效应之漫射辐射

第五章辐射传送方程的近似解
5.1薄层大气近似
5.2单次散射解
5.3双流近似解（Two-StreamSolutions）
5.3.1Schuster-Schwartzschild近似法
5.3.2Sagan-Pollack近似法
5.3.3Coakley-Chýlek近似法
5.4双流方程的解
5.4.1散射守恆（conservativescattering，ω=1）的解
5.4.2漫射分量的解

第六章辐射传送方程的艾丁顿（Eddington）近似解
6.1半无限大气之双流解及艾丁顿解
6.2δ-艾丁顿法
6.3双流解、艾丁顿解与δ-艾丁顿解的结果之比较

第七章非均匀大气的辐射传送的近似解
7.1散射守恆且均向散射时的辐射传送方程
7.2基本方程
7.3通量方程
7.4源函数
7.5减光定律（TheLawofDarkening）
7.6H函数
7.7非散射守恆，但为均向散射情形下的漫射辐射
7.8相似关系（SimilarityRelations）

第八章不变性原理（ThePrincipleofInvariance）
8.1半无限均匀大气之不变性原理
8.2H函数与反射函数
8.3H函数的一阶解

第九章辐射传送原理中的其他相关问题
9.1光学参数的计算
9.2有限均匀大气（FiniteHomogeneousAtmosphere）
9.3非均向散射
9.4地表反照率的影响
9.5其他的计算技术
9.5.1累加法与倍加法
9.5.2球面调和法（Thesphericalharmonicsmethod）
9.5.3蒙地卡罗法（MonteCarlomethod）
9.6非均匀大气
9.7其他问题

附录：勒壤得多项式加法定理
索引
参考文献


 

序

　　如何能更精准地监测及预测天气和气候变化？更了解台风的行为及预测动向？更了解全球暖化机制及找出可能解决方案？发展出更有效率的太阳能电池？建构更具绿色概念的智慧大楼？建构更绿能的生活？……

　　这些问题，都有一个共同的工作交集——需先了解驱动地球大气系统最重要的能量平衡，亦即太阳（短波）辐射与地球系统（长波）辐射间的平衡，而这就要了解大气辐射原理。

　　绝大部分的地球圈能量都直接或间接来自太阳光的照射，而地球大气与太阳辐射能量之间的交互作用造就了天气和气候变化，而两者之间的能量收支平衡即使只些微变动，亦可能造成环境及生物圈的巨变，例如目前极受重视的全球暖化和气候变迁。因此从另一方面而言，天气和气候观测很重要的项目之一即是在量测大气辐射量的变化。此外近代新兴的遥测技术，特别是卫星遥测，也是建基于大气辐射原理上。

　　这本《大气辐射传送原理》的目的即在提供对大气物理、卫星遥测、全球暖化、气候变迁等议题有兴趣的相关研究人员及研究生上课或研习的教材之用。全书共分九章，第一、二章论述基本辐射概念，第三章介绍辐射传送方程，这也是大气辐射原理的数理精髓，第四章则描述反射、透射的计算，以及在地表效应下的漫射辐射，第五、六两章推导均匀大气时辐射传送方程的近似解，第七章则探讨在非均匀大气时辐射传送的近似解，第八章讨论不变性原理在求解辐射传送上的应用，最后第九章再就辐射定义及数值求解等的问题进行补述。

　　由于大气辐射传送过程在微观上相当复杂，这也表现在其辐射方程上。因此本书较适合于已具相当微积分与物理程度的大四学生或研究生；研读过程亦建议可辅以相关大气辐射数值模式的了解与模拟实习。

　　本书根基于本人在博士班《大气辐射特论》之讲授内容编写而成，主要参考Bugloa (1986) 所着Introduction to the Theory of Atmos-pheric Radiative Transfer 一书，除了加上必要的补述和修正误植部分外，亦融入本人多年来授课和研究心得，希望对相关领域的研究生或有兴趣的学者专家在了解大气辐射的过程与原理时能有所助益。

　　在动念编写本书时，一直觉得理应轻松愉快，可以迅速完成。原因在于想说只是过去教学时的讲授内容整理一下就可底定，再加上可以请求中央研究院曾忠一教授协助我做完整的检视。曾忠一教授着作等身，且心思缜密，行事严谨，以往他在学生口试时对学生论文的深入审阅与精辟的修正建议，令人极为敬佩，因此若经其检视，理应万无一失。没想到后来由于本人投入中央大学行政工作， 历经中央大学太空及遥测研究中心主任、副研发长、研发长，以及后续的副校长和代理校长工作前后近二十年，而在这其间也还代理过客家学院院长、理学院院长和管理学院院长，也代理过人文研究中心主任、台湾经济发展研究中心主任、以及数据分析方法研究中心主任，目前则担任通讯系统研究中心主任。因此使得编撰工作不只缓慢，甚且有时甚至停顿。直至近来卸任行政工作再积极投入，却不幸我们敬爱的曾忠一教授已离我们而去，无法如我期待的协助完善本书。我想也因此本书一定会有许多的缺失与遗漏，此点确实是我心中的一大遗憾。不过我仍然要表达我内心对曾忠一教授的感谢，感谢他激起我编撰此书的动力，虽然他一直不知道我在做这件事情。

　　最后我要感谢中央大学，因为我的教研生涯全都在此，而中央大学也全力地协助提供优质的教研环境，让我成长而略有成绩。此外也要感谢许多在本书编撰期间提供我相当助力的历届博士生们， 如陈万金、林唐煌、刘崇治、黄世任等教授，目前他们均学有所成， 已分别在各公私立大学任教，表现均极为优异。此外博士生黄清顺、陈昱均同学，以及博士后郭宗华博士对本书之付梓亦均有不可抹灭的协助和贡献。另外，也谢谢我实验室里的多位硕士学生和助理的帮忙：已赴美攻读博士学位的赖慧文、正在中大攻读博士学位的张怡铃、以及黄建齐和转读台大的林美玲。此外，研究助理陈良德和赖佑晟在协助文稿的整理及校正更是功不可没。而对此书的完成，也要感谢我最亲爱的家人，在我任职于中央大学期间，虽然对他们疏于照顾，仍全心全力地支持与体谅，让我无后顾之忧。最后，也要感谢协助审查本书学者专家的编修建议，博士生张国恩和几位硕士学生最后的校订，以及中大出版社同仁的全力协助，让本书能顺利付梓。惟书中仍难免有疏漏或不足，亦祈各方专家不吝指正。
 

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对天气现象都充满了好奇，尤其是那些肉眼可见却难以捉摸的。接触到《大气辐射传送原理》这本书，算是让我找到了一种更科学的方式去理解这些奇观。它没有一开始就抛出复杂的公式，而是从太阳光的本质出发，讲到地球接收到的辐射能量，然后是如何在大气中传播、转化。书中对于短波辐射和长波辐射的区分，以及它们在大气中的不同行为，让我对昼夜温差、季节变化有了更深的理解。最让我印象深刻的是关于辐射平衡的章节，作者通过构建一个简化的地球辐射收支模型，清晰地展示了地球温度是如何维持在相对稳定的范围内的。读这本书，感觉就像是在参加一场关于地球能量的科普讲座，生动而又充满智慧。我尤其喜欢书中对“辐射平流层”概念的解释，这个以前只是模糊听过的词语，在书中变得具体而形象，让我明白了为什么高层大气会有如此特殊的温度结构。

评分☆☆☆☆☆

这本书《大气辐射传送原理》，真的太令人惊艳了！第一次接触这个领域，原本以为会像啃一本厚重的英文教材一样枯燥乏味，没想到作者的叙述方式如此生动有趣。从最基础的光辐射性质讲起，一点点引导我们进入大气这个复杂多变的世界。书中对于辐射传输方程的推导，我一直觉得是很抽象的概念，但作者通过大量的图示和类比，把那些复杂的数学公式变得清晰易懂。特别是关于散射的章节，我之前在其他地方看到的都只是泛泛而谈，但这本书把各种散射机制，比如瑞利散射、米氏散射，还有与粒子大小、形状、成分的关系，都讲得非常透彻，甚至连不同波长下的散射强度差异都给出了详细的解释。更让我佩服的是，书中并没有止步于理论，而是紧密结合了实际的大气现象，比如天空的颜色为什么会变化，云层是如何阻挡阳光的，这些我生活中经常遇到的问题，在这本书里都得到了科学而又令人信服的解答。读完之后，感觉自己对大气层有了全新的认识，不再只是一个模糊的“天空”，而是充满着能量流动和物理过程的动态系统。

评分☆☆☆☆☆

我是一名气候建模的研究生，为了深入理解辐射在气候系统中的作用，我特意找了《大气辐射传送原理》这本书来读。坦白说，在读之前，我对这个领域的专业术语和理论框架有些顾虑，担心会过于晦涩难懂。但这本书的架构设计得非常合理，它从物理学的基本原理出发，循序渐进地引入大气辐射的相关概念。作者在介绍吸收、散射、发射等基本过程时，不仅给出了严谨的数学描述，还穿插了大量的观测数据和实例，这对于我们这些需要将理论应用于实际研究的人来说，简直是福音。书中关于不同气体（如水汽、二氧化碳、臭氧）对辐射的吸收特性，以及它们在不同波段的吸收谱线，都做了非常详尽的介绍，这直接关系到温室效应的理解。另外，关于云辐射强迫的讨论，作者提供了多种计算模型和参数化的方法，并且对各种方法的优缺点进行了分析，这对我目前正在进行的气候模拟工作提供了非常有价值的参考。这本书不仅仅是一本理论书籍，更像是一本实用的技术手册，让我对如何处理大气辐射问题有了更清晰的思路。

评分☆☆☆☆☆

我是一名资深的遥感工程师，在工作中经常需要处理卫星遥感数据，而这些数据的获取和分析，都离不开对大气辐射传输过程的理解。《大气辐射传送原理》这本书，对我来说，就像是一本“圣经”。它系统地梳理了大气辐射传输的各个环节，从辐射源的特性，到大气成分的吸收、散射、发射，再到地表与大气的辐射交换，每一部分都讲得非常到位。书中对于大气传输模型的建立和验证，提供了多种方法和数学工具，这对于我们优化遥感算法，提高数据精度至关重要。特别是关于大气校正的章节，作者详细阐述了不同的大气校正模型，并给出了具体的应用案例，这直接解决了我在实际工作中遇到的很多难题。这本书让我能够更深入地理解遥感影像的物理含义，从而做出更准确的判断和分析。对于所有从事遥感、气象、环境监测等领域的人员来说，这本书绝对是不可或缺的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对环境科学颇感兴趣的业余爱好者，《大气辐射传送原理》这本书的出现，无疑满足了我对大气能量传输的好奇心。这本书的语言风格非常平易近人，即使没有深厚的物理学背景，也能轻松读懂。作者非常擅长用生活中的例子来解释抽象的科学概念，比如，他用烤箱的加热原理来类比长波辐射的保温效应，用光的折射来解释彩虹的形成。这些生动有趣的讲解，让我对大气辐射不再感到遥远和神秘。书中对臭氧层空洞形成原因的分析，以及太阳紫外线辐射对生物的影响，更是让我意识到大气辐射与我们日常生活息息相关，甚至关乎健康。阅读过程中，我多次停下来思考，原来我们每天呼吸的空气，承载着如此多的能量交换，而我们赖以生存的地球，也正是因为这些辐射的参与，才有了如今生机勃勃的面貌。这本书不仅增长了我的知识，更激发了我对环境保护的责任感。