电磁辐射基本物理量定义

在讲述电磁辐射定律之前，我们先对电磁辐射中所使用的基本术语进行定义。电磁辐射是一种复杂的物理现象。但是我们可以从能量这个角度来考察电磁辐射的一些特征，当然这种考察是不全面的，但是会得到很多简单的物理定律。下面我们从能量这个最基本的物理量开始，一步步来定义其他电磁辐射的基本物理量。

（1）辐射能量（W）：电磁波辐射的能量，单位为焦耳（J）。

（2）辐射通量（Φ）：单位时间内电磁波辐射的能量，单位为瓦特（W）。很显然，辐射通量又称为辐射功率，显示了物体辐射能力的大小。例如太阳和地球都在辐射能量，但是在单位时间内，太阳要比地球辐射的能量多很多。

（3）辐射通量密度（E）：单位时间、单位面积上的辐射能量。很显然有，单位为瓦特/米2（W/m2）。

在辐射通量密度中，为了区分电磁辐射的能量是接受还是发射的特征，引入辐照度（Irradiance）和辐射出射度两个概念。辐照度I是单位面积上单位时间内接收电磁波辐射的能量；而辐射出射度（Radiant Emittance）是辐射源在单位面积上单位时间内发射电磁波辐射的能量。这两个概念量纲相同，本质没有区别。

（4）单色辐射出射度（Mλ）：对于不同温度的辐射源，其总辐射出射度大小不同，同时在相同的波段，其辐射出射度也不同。这就是说，其辐射出射度的大小还与波长有关，是波长的函数。为了刻画这一物理现象，我们需要引入单色辐射出射度的概念，即某一特定波长的辐射出射度，单位为瓦特/米3（W/m3）。这个概念在普朗克黑体辐射定律中至关重要。在有的教科书上，单色辐射出射度又称为光谱辐射出射度。(www.xing528.com)

为了概念的再进一步深入推进，这里还要引入一个大家不太熟悉的几何概念，立体角。我们设想一下，对于一个半径固定的正球体，它可以看成由很多个底面是曲面的圆锥集合而成。此时每一个圆锥对应的顶角就是立体角，顶角的大小就是立体角的大小。在同一圆球体上，面积相同的底面，具有相同的立体角，反之亦然。立体角一般用Ω表示。，立体角的单位是球面度（sr），无量纲。一个球面的总面积是4πR2，因此立体角的最大值是4π，此时就说球心对全球面所张的立体角Ω＝4π。显然，立体角是平面上的圆心角从二维空间到三维空间的推广。

（5）辐射强度（Radiant Intensity）：点辐射源在某方向上单位立体角内辐射的辐射通量称为辐射强度。辐射强度的单位为瓦/球面度（W/sr）。

（6）辐射亮度（Radiance）：如果上面的辐射不是点辐射源，而是面辐射源，此时情况稍微不同，此时有辐射亮度的概念。即面状辐射源，在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量称为辐射亮度。即，单位是瓦/（球面度·米2）[W/（sr·m2）]。

此时的投影表面，指的是从受到辐射的方向上看过去的面积，这个面积与面状辐射源之间存在一个cosθ的关系。辐射亮度是遥感应用中使用最频繁的术语，这是因为地球的局部是一个平面，因此是一个面状辐射源。传感器采集到的数据与辐射亮度有直接的对应关系。

如果从任何不同的角度方向观察辐射源，其辐射亮度都不变，此时的辐射源称为朗伯体。用氧化镁做的平面，可以近似看成朗伯体。在实际应用中，氧化镁经常作为遥感光谱测量时的标准板。太阳也可近似看成朗伯源。