互动科普

用不同的波段看世界

我们之所以能看到世上万物，是因为它们发出或者反射的光进入了我们的眼睛。不同的物体，具有不同的发射和反射特征。

能发出可见光的物体有很多，例如太阳、火焰、电灯、电视等等，它们会发出不同波长的光。而我们身边的大部分物体并不能发出可见光，但它们能以各种形式反射阳光，从而被我们看见并识别。对我们所居住的地球来说，太阳毫无疑问是最为重要的光源。而太阳光中能量最强的部分主要分布在约0.38～0.76微米，所以这个世界上，各种生物的眼睛绝大部分都对这个波段的电磁波最为敏感，这个波段也就被我们称为“可见光”。当然，可见光波段对遥感来说也是非常重要的，是传统航空摄影测绘中最常用的工作波段。

很多物体虽然不会发出可见光，但它们也都会发出一些我们的肉眼看不到的电磁波。不同的物体发出的电磁波的波长与它们的温度有关。例如，人体发出的电磁波的波长主要分布在9～10微米左右，属于红外线。另外，太阳光谱中可见光以外波段的电磁波，也会被物体反射。人们利用专门的仪器设备，就可以突破人眼的限制，看到紫外线、红外线、微波等我们看不见的电磁波，大大拓展了遥感的范围。不同波段的电磁波，在遥感的应用上具有不同的特点。

紫外遥感是探测波段在0.05～0.38微米之间的遥感。阳光中的紫外线会被低、中、高层的大气强烈散射，还会被大气中的臭氧等微量气体强烈选择吸收（这也是臭氧层出现空洞会使我们暴露在强烈紫外线照射之下的原因）。所以，大气紫外散射光谱对大气密度、大气臭氧、颗粒物及其他微量气体的密度和垂直分布极为敏感。利用紫外光谱观测，就可以同时遥感整层大气密度和臭氧等的三维分布，在气象和大气污染的观测上有很大的用处。

红外遥感是探测波段在0.76～1000微米之间的遥感。虽然红外波谱的区域很宽，但是由于大气对红外线有很强的吸收，所以实际上仅有几个红外“窗口”可以利用。遥感上常用的红外波段有近红外（0.76～1.3微米）、短波红外（1.5～1.8微米、2.0～2.6微米）、中红外（3.0～3.6微米、4.2～5.0微米）和远红外（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，主要在白天工作；远红外（热红外）由于是地面物体自身辐射的，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，但由于红外波段能量受水气影响很大，所以不能在云、雨、雾天工作。

微波遥感的工作波段在0.8～30厘米，其中又细分为很多波段。微波遥感的工作方式分为主动式（有源）微波遥感和被动式（无源）微波遥感。前者由传感器发射微波波束，再接收由地面物体反射或散射回来的回波；后者接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等。微波遥感的突出优点是具有全天候工作的能力，不受云、雨、雾的影响，还可以在夜间工作，并能透过植被、冰雪和干沙土，获得近地面以下的信息。微波遥感广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图绘制。

多波段遥感则是利用具有两个以上波谱通道的传感器对地面物体进行同步成像的一种遥感技术，它将物体反射或辐射的电磁波信息分成几个不同的波段接收和记录，再进行组合，这样就可以获取更多的有关物体的信息。常用的多波段遥感设备有多波段相机和多光谱扫描仪。随着传感器技术的不断进步，遥感技术发展很快，其中的典型代表是高光谱遥感和多极化遥感。

（本文发表于《科学世界》2013年第8期）