[科普中國]-地面照度

地面照度是指空間地面上直接輻射到地面上的光能量?，F(xiàn)場的建筑物的墻壁大多是水泥毛坯墻面，對大功率節(jié)能燈輻射到水泥毛坯墻面上的光能量，絕大部分是全部吸收，反射和折射的到地面的光能量極少，在這個空間中，大功率節(jié)能燈輻射到地面上的光能量只是直接輻射到地面上的部分。

概念地面照度是指太陽光達到地面的光照強度。太陽光透過大氣層直接投射到地面的部分，稱“直射照度”；被大氣層亂反射后投射到地面部分，稱“散射照度”。地面照度是直射照度與散射照度的總和。一天之內(nèi)中午前后直射照度最大，散射照度最小。散射照度影響物景的反差，在航空攝影中多選擇在中午前后進行。

矢量法在計算空間目標地面照度中的應用空間目標的地面照度計算是很有實際意義的，它是研究目標的光電探測輻射特性等過程中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。本文從基本輻射理論出發(fā)，推導了空間漫反射表面的地面照度計算公式，并且介紹了如何采用矢量法對該公式中積分 進行計算，此方法可以應用于所有外形能寫出函數(shù)關(guān)系的目標。1

空間漫反射表面的地面照度對空間目標，我們可以認為它是漫反射體，由于目標與太陽的距離相對目標的幾何尺寸來說非常大，因此對目標來說，太陽光可以認為是平行光。設(shè)太陽的光譜輻照度為E(γ)，目標微面元dA的法線與太陽光方向的夾角為q1，則dA上接收到的太陽輻射為

如目標表面的漫反射系數(shù)為σ(γ)，則dA發(fā)射出的光通量為

由于目標輻射通過的路程是大氣，部分輻射由于大氣的散射和吸收而損失，設(shè)目標與測站之間的距離為R，大氣透過率為Ta，根據(jù)距離平方反比定律， dA產(chǎn)生的地面照度為：

對目標的整個表面積分，即得到目標的地面照度：

由于θ1， θ2是目標表面微元dA的法線與太陽方向、觀測方向的夾角，因此對不同形狀的目標，積分 不同，下面將闡述對任意形狀的目標，如何用矢量法計算積分 。

矢量法計算目標地面照度設(shè)目標外形曲面Σ的函數(shù)為f(x,y,z)= c（如圖1所示）。對圖中太陽方向矢量ns，規(guī)定其方向為遠離目標；對觀測方向矢量no，也規(guī)定其方向為遠離目標；對曲面Σ，規(guī)定其上任一點的法向量指向朝外。

dA為在Σ上任取的微面元，（x,y,z）為dA中心點坐標，由于dA面積非常小，可以認為其法線為曲面在(x,y,z)處的法線，令其法向量為n，有n= {fx,fy,fz}。則dA的法向量與太陽方向的夾角為：

值得注意的是，q 1,q 2不可能對任何的角度都成立，只有當q1,q 2均≤π/2，即cosq1,cosq2均≥0時，目標照射部分才能被觀測到，當cosq 1,cosq 2兩者之一或兩者都