3.1.1 地球大气

地球大气是指地球引力作用下大量气体聚集在地球周围所形成的包层。地球大气的质量约为5.136 × 10²¹ g，约占地球总质量的百万分之一。大气密度随高度的增加而按指数函数下降，大气总质量的90% 集中在离地表15 km高度以内，99.9% 在50 km高度以内。在2000 km高度以上，大气极其稀薄，逐渐向行星际空间过渡，而无明显的上界。

3.1.2 大气成分

大气主要包括一些气体分子和其他微粒。分子主要有 N₂ 和 O₂ ，约占99%，其余1% 是 O₃ ，CO₂ ，H₂ O及其他（N₂ O，CH₄ ，NH₃ 等）。大气中的微粒主要有烟、尘埃、雾霾、小水滴及气溶胶。

3.1.3 大气影响

大气层自下而上分别是对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。遥感利用的一切辐射都必然经过地球的大气层。由于遥感器的工作波段选择的原因，对遥感器接收到的电磁辐射影响最大的是对流层和平流层。

当太阳辐射穿过大气时，必然要受到大气散射、吸收和折射的影像。大气对遥感数据的影响主要是因为辐射被大气中各种成分（气体分子和气溶胶粒子）吸收和散射，使携带有目标物光学信息的辐射衰减。同时，散射的结果又使遥感器接收到的辐射信号增加了一个与目标物的光学信息无关的附加量，使得遥感器接收到的辐射信号产生了畸变。

3.1.3.1 大气散射

电磁辐射在非均匀介质或各向异性介质中传播时，改变原来传播方向的现象称为大气散射。大气散射时电磁辐射能受到大气分子或气溶胶等的作用，改变传播方向。大气散射的强度取决于微粒的大小、含量、辐射波长和穿过的大气厚度。

散射对于遥感产生几种重要的影响。由于依赖于波长的瑞利散射的存在，遥感一般不考虑使用蓝光或紫外线。采用这些波段的影像主要记录的是大气亮度而不是地物本身的亮度。散射还会使遥感器接收到视场之外的辐射，因而模糊了记录的空间细节。不仅如此，散射还会使暗色物体表现出比自身更亮的颜色，而使亮色物体表现得更暗，从而降低了影像的反差。

3.1.3.2 大气折射

电磁波穿过大气层时，会发生折射现象，改变传播方向。大气的折射率与大气密度相关，密度越大折射率越大；离地面越高，空气越稀薄，折射率也越小。由于电磁波在大气的传播中折射率的变化，使得电磁波在大气中的行进轨迹是一条曲线。这样当电磁波到达地面后，地面接收的电磁波方向与实际的太阳辐射方向相比就会偏转一定的角度。

3.1.3.3 大气吸收

电磁辐射穿过大气时，要受到大气分子等的吸收作用，造成能量的衰减。大气中的臭氧（O₃）、二氧化碳（CO₂）和水汽（H₂O）对太阳辐射德尔吸收最显著。臭氧（O₃）主要集中在20～30km高度的平流层。臭氧除了在紫外（0.22～0.32μm）有一个很强的吸收带外，在0.6μm附近也有一个较宽的弱吸收带，而且在远红外9.6μm附近还有一个强吸收带。

二氧化碳（CO₂）主要分布于底层大气，含量约占0.03%。CO₂ 在中-远红外区段（2.7μm，4.3μm，14.5μm附近）均有强吸收带，其中最强的吸收带位于17.5μm的远红外波段。

水汽（H₂O）不包括固态冰粒。水汽一般分布在低空，其含量随时间、地点的变化很大（占0.1%～3%）。而且，水汽的吸收辐射是其他大气组分的几倍。其最重要的吸收带在2.5～3.0μm，5.5～7.0μm 和 ＞27.0μm（在这些区段，水汽的吸收可能超过 80%）的波段。另外，水汽在0.94mm，1.63mm及1.35cm处还有三个吸收峰。