紅外遙感主要接收的是地球表面物體反射和發(fā)出的紅外線（波長(zhǎng)為0.76μm-1mm），利用物體會(huì)自主發(fā)出紅外線的特性，通過(guò)專(zhuān)業(yè)傳感器接收這些紅外信號(hào)，來(lái)感知和探測(cè)地球的溫度分布和能量變化。接下來(lái)將重點(diǎn)認(rèn)識(shí)紅外遙感中兩個(gè)關(guān)鍵細(xì)分波段。

紅外光光譜圖

1近紅外遙感——能給地球拍“紅外X光片”的神奇技術(shù)

近紅外（NIR）遙感，就像是給地球拍“紅外X光片”，它能看到一些我們?nèi)庋劭床坏降男畔?。其波長(zhǎng)為0.76-0.9μm，在觀測(cè)植物的健康狀況、土壤的水分含量等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

冰島火山上空的Sentinel-2圖像：可見(jiàn)光波段（左側(cè)），可見(jiàn)光和近紅外（中間），短波和近紅外（右側(cè)）

1.1近紅外波段的特點(diǎn)

（1）植被高反射特性

健康植被在可見(jiàn)光波段（尤其是紅光）被葉綠素強(qiáng)烈吸收，但在近紅外波段因葉片內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)會(huì)使光線發(fā)生多次散射，反射率高達(dá)40%-60%。這一特性使其成為植被監(jiān)測(cè)的核心波段，例如通過(guò)歸一化植被指數(shù)（NDVI）量化植被覆蓋與健康狀況。

（2）對(duì)水分敏感

液態(tài)水在近紅外波段中的吸收峰在約0.97μm和1.2μm處，導(dǎo)致植被或土壤含水量越高，近紅外反射率越低。基于此特性，近紅外遙感可用于檢測(cè)植物干旱、土壤濕度估算及雪水當(dāng)量分析。通過(guò)歸一化水體指數(shù)（NDWI）結(jié)合綠光與近紅外，提取水體信息。

（3）大氣透過(guò)性較好

近紅外波長(zhǎng)較長(zhǎng)，受瑞利散射（散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)四次方成反比）影響遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光，尤其在氣溶膠較多時(shí)（如霧霾），近紅外圖像質(zhì)量更穩(wěn)定。但需要注意的是近紅外仍受云層遮擋影響，需結(jié)合多時(shí)相數(shù)據(jù)或主動(dòng)傳感器補(bǔ)充。

（4）多光譜協(xié)同分析能力

具有波段組合優(yōu)勢(shì)，與可見(jiàn)光（如紅、綠、藍(lán)）、短波紅外（SWIR）波段結(jié)合，可增強(qiáng)對(duì)地物分類(lèi)和特征提取能力。

1.2近紅外波段的應(yīng)用

（1）農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外遙感有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的近紅外反射率，可以實(shí)時(shí)了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況，包括作物的營(yíng)養(yǎng)狀況、水分含量和病蟲(chóng)害發(fā)生情況等，利用近紅外遙感影像可以繪制農(nóng)作物的生長(zhǎng)勢(shì)圖，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)不良的區(qū)域，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供決策支持。

（2）林業(yè)資源調(diào)查

近紅外遙感可以準(zhǔn)確地識(shí)別森林的分布范圍和樹(shù)種組成。通過(guò)分析近紅外影像的光譜特征，可以區(qū)分不同種類(lèi)的樹(shù)木，評(píng)估森林的蓄積量和健康狀況。

（3）水資源管理

近紅外遙感可以用于水資源的監(jiān)測(cè)和管理。通過(guò)監(jiān)測(cè)水體的近紅外反射率，可以獲取水體的面積、水位和水質(zhì)等信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水體污染和水資源短缺等問(wèn)題。

（4）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

近紅外遙感可以監(jiān)測(cè)植被覆蓋與生長(zhǎng)狀況，評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康，也有用于監(jiān)測(cè)土地沙漠化、水土流失和植被退化等問(wèn)題。

（5）地質(zhì)與礦產(chǎn)資源勘探

在地質(zhì)勘探中，它可以幫助識(shí)別一些與地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)的特征特定礦物（如羥基礦物、碳酸鹽巖）在近紅外-短波紅外區(qū)域有特征吸收譜，可通過(guò)高光譜遙感（如ASTER）識(shí)別礦化帶。

2熱紅外遙感——地球的“體溫表”

熱紅外遙感就像是地球的“體溫表”，波長(zhǎng)為8-10μm，屬于長(zhǎng)波紅外，主要用于捕捉地表的熱輻射，和近紅外遙感不同，熱紅外遙感是被動(dòng)接收地表自身發(fā)射的能量，通過(guò)接收物體發(fā)出的熱紅外線，把溫度信息轉(zhuǎn)化為圖像，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地球表面的溫度。

單波段熱紅外圖像亞馬孫河（成像時(shí)間：2022-08-11夜間）

加拿大西北地區(qū)野火（左圖：真彩色多光譜圖像；右圖：?jiǎn)尾ǘ螣峒t外圖像；成像時(shí)間：2023-08-21日間）

2.1熱紅外遙感的特點(diǎn)

（1）探測(cè)地物熱輻射特性

熱紅外遙感主要探測(cè)的是地物自身發(fā)射的熱輻射能量。不同的地物，由于其物理性質(zhì)（如比熱容、熱導(dǎo)率等）和表面狀態(tài)（如粗糙度、顏色等）的差異，會(huì)發(fā)射出不同強(qiáng)度和波長(zhǎng)的熱輻射。憑借這種對(duì)熱輻射特性的探測(cè)能力，熱紅外遙感能夠獲取地物的溫度信息，進(jìn)而分析地物的物理狀態(tài)和熱屬性。

（2）全天時(shí)工作能力

熱紅外遙感不依賴(lài)于太陽(yáng)輻射作為光源，因此，無(wú)論是白天還是夜晚，熱紅外傳感器都能夠工作并獲取地物的信息。

（3）一定的穿透能力

熱紅外波段的電磁波在一定程度上能夠穿透云霧、煙塵等介質(zhì)。雖然其穿透能力相對(duì)微波遙感較弱，但在某些情況下仍然具有重要作用。

（4）溫度分辨率較高

熱紅外遙感能夠精確地測(cè)量地物的溫度差異，具有較高的溫度分辨率。一般來(lái)說(shuō)，熱紅外傳感器可以分辨出0.1-1℃的溫度差異。這種高溫度分辨率使得熱紅外遙感能夠檢測(cè)到地物表面微小的溫度變化，從而為許多應(yīng)用提供詳細(xì)的信息。

2.2熱紅外遙感的應(yīng)用

（1）地球表面溫度監(jiān)測(cè)

熱紅外遙感是監(jiān)測(cè)地球表面溫度的重要手段。通過(guò)獲取全球或局部地區(qū)的熱紅外影像，可以繪制出地表溫度分布圖，研究地表溫度的時(shí)空變化規(guī)律。此外，熱紅外遙感還可以用于監(jiān)測(cè)局部地區(qū)的溫度異常，如城市熱島效應(yīng)、工業(yè)熱污染等。

（2）地質(zhì)勘探

在地質(zhì)勘探中，熱紅外遙感可以探測(cè)到地質(zhì)構(gòu)造和巖石類(lèi)型的差異。不同的巖石和地質(zhì)構(gòu)造具有不同的熱屬性，在熱紅外圖像上會(huì)呈現(xiàn)出不同的溫度特征。例如，斷層、火山口等地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域通常會(huì)有較高的熱異常，通過(guò)熱紅外遙感可以發(fā)現(xiàn)這些熱異常區(qū)域，為地質(zhì)勘探提供重要的線索。

（3）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，熱紅外遙感通過(guò)監(jiān)測(cè)植被的熱狀況，從而了解植被的水分含量和健康狀況。當(dāng)植被缺水或受到病蟲(chóng)害侵襲時(shí)，其溫度會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)熱紅外遙感可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些變化，為植被的保護(hù)和管理提供依據(jù)。此外，熱紅外遙感還可以用于監(jiān)測(cè)濕地、湖泊等生態(tài)系統(tǒng)的溫度變化，評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和生態(tài)服務(wù)功能。

（4）軍事偵察

由于熱紅外遙感能夠探測(cè)到目標(biāo)的熱輻射，因此可以在夜間或惡劣天氣條件下發(fā)現(xiàn)隱藏的軍事目標(biāo)。熱紅外成像設(shè)備可以安裝在飛機(jī)、衛(wèi)星等平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積區(qū)域的偵察和監(jiān)視。此外，通過(guò)分析目標(biāo)的熱輻射特征，可以區(qū)分不同類(lèi)型的軍事目標(biāo)。

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇