3 大气辐射传输
从地面光谱测量扩展到星载对地观测后，电磁波必须穿过大气，因此大气也是成像的重要一环。
大气的组成与垂直结构
大气含有氮气、氧气等相对稳定的成分，也含有含量变化的臭氧、水汽、气溶胶和水滴等。其中少量的可变成分对部分波段有强烈影响：臭氧强烈吸收紫外辐射，水汽在多个红外波段中存在强吸收。
大气层从高到低的结构如下：
- 外大气层：主要为氢、氦等轻质组分，更加稀薄；
- 电离层：空气稀薄，温度较高，约 ；
- 平流层：密度随高度的上升而下降，臭氧含量较高，水汽很少；
- 对流层：高度每上升 ，温度约下降 ；气压和密度随高度的上升而下降，水汽含量变化大。
大气对辐射的四类作用
太阳常数是距离太阳一个天文单位处，在垂直于太阳辐射的单位面积上，单位时间接收的太阳辐射能量，用于描述大气层顶的输入。
大气对辐射的四类作用：吸收、散射、反射、折射。
大气吸收
臭氧、二氧化碳、甲烷和水汽等将电磁辐射转化为其他形式的能量，使辐射强度减小，但不直接改变传播方向。
小于约 的辐射几乎都被氮、氧吸收。而臭氧对小于约 的紫外辐射有强吸收。因此对地遥感很少使用紫外波段。如要进行紫外天文观测，需将传感器部署在高空气球、太空望远镜等大气影响较小的平台上。
大气散射
散射同时改变能量和传播方向，是可见光和近红外影像辐射畸变与模糊的重要原因。根据粒子尺度 与波长 的相对大小，散射通常分为三种：
- 瑞利散射：
- 主要粒子：氮、氧等分子
- 特性：；蓝光比红光散射强，前向和后向较强、与入射方向垂直时较弱
- 对应现象：晴朗天空呈蓝色
- 米氏散射：
- 主要粒子：烟、尘埃、小水滴、气溶胶
- 特性：近似满足 ；波长选择性弱于瑞利散射，前向散射明显
- 对应现象：丁达尔效应、乳白色光路
- 均匀散射（非选择性散射
） ： - 主要粒子：大水滴、大尺度颗粒
- 特性：对可见光各波长的散射近似相同
- 对应现象：云层呈白色
太阳高度角与天空颜色的关系：天空蓝色的主要原因在于瑞利散射，即蓝色光的波长大于颗粒半径，导致散射作用比其他色光明显。正午传播路径短，蓝光散射显著；日出、日落时光程长，短波光在到达观测者前已被更强地散射，因而直达光偏红。在月球表面因缺乏大气散射，天空背景呈黑色。
雷达卫星使用微波，波长可达厘米至米级，云雾颗粒相对波长很小，散射弱。因此雷达卫星可以在多云条件下观测地表。
大气反射与折射
- 反射：云层或较大尘埃将部分辐射反射回宇宙，使到达地面或传感器的能量减少。厚云本身会遮挡地物，云投下的阴影造成低亮度区。
- 折射：由于大气分层的密度不同，传播路径偏离理想直线。折射主要改变方向，会引入定位错位等几何误差。
影像后果与校正关系：吸收主要造成能量减弱；散射同时影响能量与方向；反射造成能量损失及云影；折射主要引入几何误差。传感器获取的原始零级产品需辐射校正、几何校正等处理，才能形成更高级、可直接应用的产品。
大气窗口与传感器波段设计
大气屏障是指电磁波在大气中通过率小或无法透过的现象。
大气窗口是大气衰减较小、透过率较高，适合遥感探测的波段。传感器优先在窗口内设置通道，以提高到达传感器的有效信号。
- ：覆盖可见光和部分近红外，是光学高空间分辨率成像的主要窗口
- ：短波红外窗口，补充地物光谱识别信息
- ：中红外窗口
- ：热红外窗口，主要感知地表自身的热辐射
- ：微波窗口，对云雾有较强穿透能力
普通高分辨率光学传感器常在第一个窗口内设置蓝、绿、红和近红外等通道，在保持成像能量的同时追求高空间分辨率。高光谱传感器则尽可能覆盖 范围内的多个窗口，以增强精细地物识别能力。
热红外遥感利用辐射定律通过辐射计算温度。反过来，利用辐射定律可通过温度推算波段，用以选择遥感器和确定对目标物进行热红外遥感的最佳波段。