Взаимодействие электромагнитного излучения с атмосферой
Изучение структуры и взаимодействия электромагнитного излучения в слоях атмосферы Земли. Описание ряда процессов при прохождении электромагнитного излучения через атмосферу. Определение методов и задач при нормализации данных дистанционного зондирования.
| Рубрика | Астрономия и космонавтика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.04.2020 |
| Размер файла | 610,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство Образования и Науки Кыргызской Республики
Кыргызский Государственный Университет Строительства, Транспорта и Архитектуры им. Н. Исанова
Институт Строительства и Технологий
Отдел магистратуры, аспирантуры и докторантуры
Кафедра: «Геодезия и Геоинформатика»
CРС
По дисциплине: «Автоматизированные системы сбора и обработки результатов дистанционного зондирования»
На тему: «Взаимодействие электромагнитного излучения с атмосферой»
Выполнил магистрант: Ыманбеков К. Ы.
Группа: ГЕО-1-19
Проверил(-а): Урмамбетова Т.К.
Бишкек 2020
Оглавление
Введение
1. Электромагнитное излучение
2. Взаимодействие электромагнитного излучения с атмосферой
2.1 Поглощение и перенос излучения в атмосфере
2.2 Рассеивание излучения
3. Атмосферная коррекция
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Дистанционное зондирование представляет собой процесс, посредством которого собирается информация об объекте, территории или явлении без непосредственного контакта с ним. К дистанционному зондированию относят все виды неконтактных съемок, которые проводятся с различных измерительных платформ: летательных воздушных и космических аппаратов (самолетов, вертолетов, космических кораблей, спутников и т. д.), судов и подводных лодок, наземных станций. При этом снимок определяется как двумерное метрическое изображение конкретных объектов, получаемое целенаправленно в результате дистанционной регистрации и (или) измерения собственного или отраженного излучения, и представляет собой наиболее целесообразную форму измерения, регистрации и визуализации излучения, несущего географическую информацию об исследуемых объектах.
Принцип дистанционных методов основан на интерпретации результатов измерения электромагнитного излучения, которое отражается либо излучается объектом и регистрируется в некоторой удаленной от него точке пространства.
Целью самостоятельной работы является изучение структуру и взаимодействие электромагнитного излучения в слоях атмосферы Земли.
В рамках поставленной цели необходимо решить следующие задачи;
описание представления ряда процессов при прохождении электромагнитного излучения через атмосферы.
определить методы и ряд задач при нормализации данных ДЗЗ.
1. Электромагнитное излучение
дистанционный зондирование электромагнитный атмосфера
Электромагнитное излучение - это распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей (рис. 1.1). Электромагнитное излучение проявляется и как свет, который мы видим, и как тепло, которое мы ощущаем, и как радиоволны, которые принимают наши радио - и телевизионные приемники. Электромагнитное излучение способно распространяться практически во всех средах. В вакууме (пространстве, свободном от вещества и тел, поглощающих или испускающих электромагнитные волны) электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния, но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом своё поведение). Скорость распространения электромагнитного излучения равна скорости света c0 = 2,998 108 м/с.
Рис. 1.1 Электромагнитное излучение [Campell, 1996]
Электромагнитное излучение характеризуется двумя взаи мосвязанными величинами - длиной волны и частотой v. Длина волны - это расстояние между двумя последовательными волновыми гребнями. Длины волн в диапазоне, используемом для дистанционного зондирования, обычно измеряются в нанометрах (нм, 10-9 м), в микрометрах (мкм, 10-6 м) или в сантиметрах (см, 10-2 м). Частота измеряется в герцах (Гц). Обычно срав нительно короткие длины волн (меньше сантиметра) характеризуют длиной волны, а более длинные - частотой. Связь между длиной волны X и частотой v определяется формулой:
. (1.1)
Таким образом, чем короче длина волны, тем больше часто та, и наоборот, чем меньше частота, тем больше длина волны.
Электромагнитные волны подразделяются на:
· радиоволны (начиная со сверх длинных),
· терагерцевое излучение,
· инфракрасное излучение,
· видимый свет,
· ультрафиолетовое излучение,
· рентгеновское излучение и жёсткое (гамма-излучение).
Рис. 1.2 Электромагнитный спектр (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_spectrum.svg?uselang=ru)
Сочетание всех возможных длин волн принято называть электромагнитным спектром. В спектре электромагнитного излучения выделяются следующие диапазоны: ультра диапазон, рентгеновский, ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный, радиодиапазон. Некоторые из этих диапазонов в свою очередь подразделяются на поддиапазоны.
Человеческий глаз может воспринимать очень малую часть электромагнитного излучения, которую принято называть видимым диапазоном электромагнитного спектра, который находится в интервале от 0,38 до 0,73 мкм. Большая часть электромагнитного спектра человеческим глазом не воспринимается, но иногда излучение, не видимое глазом, может ощущаться другими органами чувств человека. Например, инфракрасное излучение воспринимается кожей человека как тепло.
Приборы дистанционного зондирования, сенсоры, могут принимать излучение в существенно более широком диапазоне электромагнитного спектра и, таким образом, предоставлять колоссальные объемы информации о состоянии окружающей среды. Основная проблема в этой связи состоит в создании таких алгоритмов обработки спутниковых данных, которые позволили бы извлечь из данных заложенную в них информацию.
По отношению к источнику энергии все дистанционные методы можно разделить на; пассивные и активные. При использовании активных методов спутник посылает на Землю сигнал собственного источника энергии (лазера, радиолокационного пе редатчика и т. д.) и регистрирует его отражение [Самардак, 2005].
Чаще используются пассивные методы дистанционного зондирования, которые основаны на регистрации отраженной от поверхности объектов солнечной энергии или на регистрации собственного электромагнитного излучения участков поверхности (рис. 1.3).
Отраженное излучение несет информацию о свойствах участка подстилающей поверхности, на котором произошло отражение. Это излучение собирается приемной системой спутника, трансформируется в электрический сигнал и передается на Землю для дальнейшей обработки. Отраженный сигнал на пути к приемной системе спутника поглощается и рассеивается атмосферой, а рассеянное излучение собирается приемной системой вместе с отраженным, это существенно затрудняет интерпретацию полученной информации. Вместе с тем следует учитывать, кроме Солнца, другие источники излучения - подстилающую поверхность и атмосферу. В видимой области спектра вклад этих источников излучения незначителен, но уже в инфракрасной (ИК) области спектра его приходится учитывать.
Рис. 1.3 Трансформации электромагнитного излучения в дистанционном зондировании
На волнах длиной более 4 мкм собственное тепловое излучение Земли превосходит излучение Солнца. Регистрируя интенсивность теплового излучения Земли из космоса, можно достаточно точно оценить температуру суши и водной поверхности, которая является важнейшей экологической характеристикой. Измерив температуру верхней границы облачности, можно определить ее высоту, если учесть, что в тропосфере с высотой температура уменьшается в среднем на 6,5 К/км.
При пассивном дистанционном зондировании Земли (ДЗЗ) из космоса используется участок электромагнитного спектра в диапазоне длин волн от 0,25 мкм до 1 м. Этот широкий участок спектра принято подразделять на ряд диапазонов:
¦ 0,25-0,4 мкм - ультрафиолетовый диапазон;
¦ 0,4-0,7 мкм - видимый диапазон;
¦ 0,7-1,3 мкм - ближний инфракрасный диапазон;
¦ 1,3-3 мкм - средний инфракрасный диапазон;
¦ 3-1 000 мкм - дальний, или тепловой инфракрасный диапазон;
¦ 1 000 мкм - 1 м - миллиметровый и микроволновый участки радиодиапазона.
Последний диапазон используют в пассивных СВЧ (сверх высокочастотных) системах дистанционного контроля, остальные - в пассивных оптико-электронных и оптико-механических системах [Оптико-электронные системы..., 2002].
2. Взаимодействие электромагнитного излучения с атмосферой
Основным источником электромагнитного излучения является Солнце. Прежде чем солнечное излучение достигнет Земли, оно должно пройти через атмосферу. Выделяют три основных типа взаимодействия излучения с атмосферой: поглощение, перенос и рассеивание. Излучение, прошедшее через атмосферу, затем отражается или поглощается земной поверхностью (Рис.2.1).
Рис. 2.1 Взаимодействие излучения с веществом
Основной проблемой количественной интерпретации данных дистанционного зондирования, полученных в оптическом диапазоне, является адекватный учет трансформации проходящего сквозь атмосферу излучения, или так называемой атмосферной коррекции. При прохождении через атмосферу электромагнитные волны поглощаются и рассеиваются.
2.1 Поглощение и перенос излучения в атмосфере
Поглощение - основной механизм взаимодействия электромагнитного излучения с атмосферой.
При распространении электромагнитного излучения через атмосферу оно частично поглощается молекулами различных газов. Наибольшей способностью к поглощению солнечного излучения обладают озон (О3), пары воды (Н20) и углекислый газ (С02). На (Рис.2.1.1.) показана кривая прозрачности атмосферы в диапазоне длин волн от 0 до 22 мкм.
Рис. 2.1.1 Окна прозрачности атмосферы
Видно, что примерно половина этого спектрального диапазона является совершенно бесполезной с точки зрения дистанционного зондирования земной поверхности, просто потому, что соответствующее излучение не может пройти через атмосферу. Для дистанционного зондирования используют только те диапазоны длин волн, которые лежат вне основных интервалов поглощения. Такие диапазоны называются окнами прозрачности атмосферы (отображены на графике белым цветом). Они представляют собой такие участки спектра электромагнитного излучения, которые не поглощаются атмосферой. При съемке поверхности Земли из космоса учитывают этот факт, а потому, съемку проводят только в окнах прозрачности.
Окна прозрачности:
1) "большое окно": 0,3-1,3 мкм (видимый диапазон);
2) 1,5-1,8 мкм (инфракрасный диапазон);
3) 2,0-2,6 мкм (инфракрасный диапазон);
4) 7,0-15,0 мкм (тепловой инфракрасный диапазон);
5) 0,5 мм и более 10м (микроволновый и радиодиапазон - наибольшая прозрачность).
Атмосферная дымка (эффект рассеивания лучей) наиболее сильно проявляется в синей, голубой зонах спектра (0,38 - 0,5 мкм). Она снижает контраст изображения, искажает цвет объектов.
Поэтому в современном дистанционном зондировании при съемки поверхности Земли голубой диапазон не используется
Установлено, что лишь 13 % энергии, излучаемой поверхностью Земли в инфракрасном диапазоне, достигает верхней границы атмосферы, остальная энергия поглощается в атмосфере [Оптико-электронные системы..., 2002].
Спектр солнечного излучения до и после его прохождения через атмосферу Земли показаны на (Рис. 2.1.2.). Из рисунка видно, что кривая интенсивности солнечного излучения до его прохождения через атмосферу в достаточной степени соответствует кривой интенсивности излучения абсолютно черного тела при температуре 5900 K. Сравнивая первую кривую с кривой, полученной вблизи поверхности Земли, можно выделить области относительно низких значений, соответствующие окнам поглощения различных атмосферных газов.
Рис. 2.1.2 Спектр солнечного излучения [Чандра, Гош, 2008]
Поглощение полностью обусловлено присутствием в атмосфере молекул, способных поглощать энергию в различных диапазонах спектра. Озон, кислород, углекислый газ и водяной пар - четыре компонента атмосферы, которые в основном ответственны за поглощение излучения. В некоторых случаях поглощающие молекулы остаются практически неизменными после взаимодействия с излучением, но в других случаях молекулы меняются, теряя, например, часть своих атомов.
Молекулы кислорода в верхних слоях атмосферы поглощают излучение в рентгеновской области спектра и коротковолновое (до 0,3 мкм) ультрафиолетовое излучение. Такое излучение является чрезвычайно вредным для жизни на планете, так как может воздействовать на клетки живых организмов, вызывая мутации и тому подобные нежелательные явления. Молекулы кислорода в этом процессе распадаются на отдельные атомы кислорода. Этот процесс происходит в самых высоких слоях, которые при этом обогащаются активными атомами кислорода. В более низких слоях атмосферы, до которых жесткое коротковолновое излучение доходит уже сильно ослабленным, отдельные атомы кислорода могут объединяться с молекулами кислорода и формировать, таким образом, молекулы озона.
Озон поглощает излучение в средней части ультрафиолетовой области спектра, защищая нас от того вредного излучения, которое осталось не поглощенным молекулами кислорода в более высоких слоях атмосферы. После поглощения излучения молекула озона распадается на атом кислорода и молекулу кислорода, но атом кислорода обычно повторно объединяется с другой молекулой кислорода, создавая при этом новую молекулу озона.
Углекислый газ часто упоминается как один из парниковых газов. Парниковые газы пропускают электромагнитное излучение в видимой области спектра, но интенсивно поглощают излучение в инфракрасной области, что, во-первых, приводит к некоторому повышению температуры атмосферы, а во-вторых, к возвращению части поглощенного излучения обратно к поверхности Земли.
Водяной пар - атмосферный газ, который сильно поглощает излучение в инфракрасной области электромагнитного спектра (между 1,0 и 22,0 мкм). Наиболее высокая концентрация водяного пара наблюдается в нижних слоях атмосферы, причем эта концентрация сильно меняется от места к месту и от одного времени года к другому. Например, воздушная масса над пустыней содержит очень небольшое количество водяного пара, в то время как в тро пиках наблюдаются достаточно высокие его концентрации.
Все упомянутые атмосферные газы поглощают электромагнитную энергию в определенных областях спектра, и это определяет, какие части электромагнитного спектра мы можем использовать для целей дистанционного зондирования, а какие нет. На (Рис. 2.1.3.) представлен спектр пропускания атмосферы в зависимости от длины волны.
Например, атмосфера почти непрозрачна к электромагнитному излучению в большей части инфракрасной области спектра. Те области, в которых поглощение не столь существенно, называются «окнами прозрачности». Большинство инструментов дистанционного зондирования принимают излучение в одном или в нескольких окнах прозрачности. Такие инструменты ориентированы на исследование подстилающей поверхности.
Рис. 2.1.3 Спектр пропускания атмосферы [Оптико-электронные системы..., 2002]
В инфракрасном диапазоне спектра пропускания можно выделить два «окна прозрачности», где коэффициент пропускания близок к 90 % (3,4-4,2 мкм) или 60-80 % (8,0-12,5 мкм). Именно в этих спектральных зонах расположены рабочие каналы инфракрасных радиометров. Диапазон 3,4-4,2 мкм имеет ограниченную применимость по сравнению с другими диапазона ми (используется в основном в ночное время), так как в этой спектральной зоне большое влияние на информационный сигнал оказывает отраженное солнечное излучение.
Причем даже при использовании «окон прозрачности» атмосфера значительно трансформирует инфракрасное излучение подстилающей поверхности.
Важным является и то обстоятельство, что различные модели атмосферы обладают различным значением пропускания (табл. 2.1.1.), что приходится иметь в виду при учете атмосферного влияния.
Таблица 2.1.1.
Пропускание атмосферы в спектральном диапазоне 10,2-12,3 мкм в безоблачных условиях
|
Модель атмосферы |
Пропускание, % |
|
|
Тропическая |
50,3 |
|
|
Летняя средних широт |
65,8 |
|
|
Зимняя средних широт |
90,2 |
|
|
Летняя субарктическая |
76,9 |
|
|
Зимняя субарктическая |
94,0 |
2.2 Рассеивание излучения
В атмосфере также происходит рассеивание лучей. Причиной рассеивания является изменение направления распространения электромагнитных волн из-за их взаимодействия с молекулами газов и присутствующих в атмосфере частиц. Величина рассеивания зависит от длины волны электромагнитного излучения, количества частиц и концентрации атмосферных газов, а также от пути распространения через атмосферу. В диапазоне видимого света доля рассеянного излучения при регистрации сенсором составляет от 100 при сплошной облачности до 5 % при абсолютно ясном небе.
Выделяют три типа рассеивания в атмосфере: рассеивание Релея, рассеивание Ми и неселективное рассеивание.
Рассеивание Релея. Преобладает при взаимодействии элек тромагнитного излучения с частицами, размер которых меньше длины волны падающего света. Примеры таких объектов: частицы пыли, молекулы азота (N2) и кислорода (О2). Величина рассеивания Релея обратно пропорциональна длине волны (чем меньше длина волны, тем сильнее рассеивание). При дистанционном зондировании с помощью спутников основным видом рассеивания является рассеивания Релея. В отсутствие рассеивания небо было бы черным. В дневное время солнечные лучи проходят через атмосферу по кратчайшему пути. Благодаря рассеиванию Релея человек видит синее небо, поскольку синий свет обладает наименьшей длиной волны, которую может наблюдать человеческий глаз. На закате и восходе солнечные лучи проходят более длинный путь через атмосферу. Коротковолновая часть излучения успевает рассеяться, и поверхности Земли достигают только волны относительно большой длины. В результате небо окрашивается в оранжевый или красный цвет. Вызванное им искажение спектральных характеристик отраженного света по сравнению с измерениями вблизи земной поверхности приводит к тому, что интенсивность коротковолнового излучения оказывается завышенной.
Рассеивание Релея является причиной снижения контрастности снимков. Оно отрицательно влияет на возможность дешифрирования цифровых снимков, полученных с помощью сканирующих систем спутников, а также ограничивает возможности классификации объектов.
Рассеивание Ми. Возникает, если длина волны падающего излучения сравнима с размерами частиц. Наиболее важной причиной рассеивания Ми являются аэрозоли, представляющие собой смесь газов, паров воды и частиц пыли. Как правило, рассеивание Ми возникает в нижних слоях атмосферы, где крупные частицы встречаются чаще, и доминирует в условиях сплошной облачности. Рассеивание проявляется в нескольких спектраль ных диапазонах: от ближнего ультрафиолетового диапазона до ближнего инфракрасного диапазона.
Неселективное рассеивание. Возникает при условии, что размер частиц существенно больше длины волны излучения. К таким частицам относятся капли воды и крупные частицы пыли. Неселективное рассеивание не зависит от длины волны и наиболее отчетливо проявляется при наличии облаков, содержащих водные капли. Поскольку излучение с разной длиной волны рассеивается одинаково, облака выглядят белыми. В условиях сплошной облачности излучение в оптическом диапазоне не проникает через атмосферу.
Влияние облачности. Облачность является наибольшей помехой при съемке в оптическом диапазоне. Как правило, в каждый момент времени она закрывает более 50 % поверхности земного шара. При планировании съемок важно располагать данными об условиях облачности. Для этого составляют карты, характеризующие глобальное распределение зон устойчивой облачности и дающие оценку условий съемки. Кроме того, по статистическим исследованиям известно, что облачность обычно сохраняется над каждой точкой земной поверхности на протяжении не более 3-5 дней.
3. Атмосферная коррекция
Следующим этапом нормализации геоданных является уменьшение влияния на снимок атмосферы и перевод значений радиации, дошедшей до сенсоров спутника (TOA radiance), в значения реально отражённого от земли спектрального излучения солнечного света. Влияние атмосферы на геоснимок проявляется в целом ряде факторов: угол падения и отражения солнечных лучей, прозрачность атмосферы, газовый фактор и дымка (Рисунок 3.1).
Рис. 3.1 Факторы, влияющие на попадание отраженной солнечной радиации на сенсоры спутника
Для дальнейших исследований необходимо провести оптическую коррекцию (нормализацию) данных геоснимка методом Dark Object Subtraction (DOS), впервые представленным Chavez (1996) [5]. Суть метода состоит в нахождении яркости однопроцентно тёмного объекта геоснимка с последующей коррекцией минимума значений каждого пикселя изображения относительно спектральной яркости найденного объекта.
Есть два основных способа поиска 1%-темного объекта (Dark Object) для метода DOS:
1. эмпирический метод подразумевает поиск значений в ручном режиме, например, с использованием инструмента «гистограмма» в QGIS, где изменением нижнего порога яркости гистограммы постепенно находим примерное значение яркости искомого тёмного объекта;
2. вычислительный метод подразумевает, что суммарная яркость (от 0 до n) однопроцентно тёмного объекта будет соответствовать 0.01% от суммарной яркости всех пикселей геоснимка (Sobrino et al., 2004 [6]).
В данной работе успешно применялся метод (2), хорошо показавший себя при обработке большого количества геоснимков исследуемого района.
После определения яркости Dark Object (в дальнейших вычислениях будем обозначать его как DNmin), производим атмосферную коррекцию по методу DOS в несколько этапов:
1. Вычисляем значение радиации, соответствующее значению яркости 1%-темного объекта (расчёт производится по аналогии с TOA radiance), по формуле (3).
(3)
где:
Lлmin - спектральная радиация для 1% тёмного объекта;
DNmin - значения яркости пикселя 1% тёмного объекта;
Qcalmin - минимальное возможное значение пикселя геоснимка;
Qcalmax - максимальное возможное значение пикселя геоснимка;
LMINл - минимальное значение спектральной радиации для конкретного датчика спутника для конкретного снимка;
LMAXл - максимальное значение спектральной радиации для конкретного датчика спутника для конкретного снимка.
Или с использованием упрощённой формы (4).
Lлmin = DNmin Ч Gainл + Baisл (4)
где:
Lлmin - спектральная радиация для 1% тёмного объекта;
DNmin - значения яркости пикселя 1% тёмного объекта;
Gainл - усиление значения радиации относительно яркости 1% тёмного объекта;
Baisл - смещение значения радиации относительно яркости 1% тёмного объекта.
2. Рассчитываем коэффициент влияния угла падения и отражения солнечных лучей для 1%-тёмного объекта по формуле (5).
(5)
где:
L1% - коэффициент влияния угла падения и отражения солнечных лучей для 1% тёмного объекта;
d - расстояние от солнца до земли в астрономических единицах в конкретный день съёмки сцены на конкретной местности [7];
E0 - коэффициент солнечного внеатмосферного спектрального излучения (явно представлен как табличные данные и учитывается при калибровке датчиков Landsat 5 и 7, для Landsat 8 дополнительно вычисляется);
и - зенитное расстояние для солнца в радианах;
TZ - мера прохождения излучения от солнца до земли, в методе DOS2, принимается равным cosи.
3. Вычисляем значение атмосферной дымки (hazing) по формуле (6).
Lлhaze = Lлmin - L1% (6)
где:
Lлhaze-- значение атмосферной дымки (hazing);
L1% -- коэффициент влияния угла падения и отражения солнечных лучей для 1%-тёмного объекта;
Lлmin -- спектральная радиация для 1%-тёмного объекта.
4. Рассчитываем атмосферно скорректированные значения отражённой солнечной радиации по формуле (7)
(7)
где:
сл -- атмосферно скорректированные значения отражённой солнечной радиации;
Lл -- значения радиации, пришедшей на сенсор спутника;
Lлhaze -- значение атмосферной дымки (hazing);
d -- расстояние от Солнца до Земли в астрономических единицах в конкретный день съёмки сцены на конкретной местности [7];
E0 -- коэффициент солнечного внеатмосферного спектрального излучения (явно представлен как табличные данные и учитывается при калибровке датчиков Landsat 5 и 7, для Landsat 8 дополнительно вычисляется);
и -- зенитное расстояние для солнца в радианах;
TZ -- мера прохождения излучения от солнца до земли, в методе DOS2, принимается равным cosи.
Рис. 3.2 Атмосферная коррекция в ENVI
Заключение
В итоге данной самостоятельной работы могу отметить, что атмосфера является мешаюшим фактором и играет большую роль во время съемки со спутников, при измерении GPS приемниками, из-за чего может быть задержка и искажение электромагнитного излучения и т.д.
Атмосфера представляет собой смесь газов, в которой взвешены твердые и жидкие частицы вещества от тонкого аэрозоля до плотных облаков со всеми промежуточными стадиями. Например, когда проводим GPS измерений, атмосферную помеху мы можем вычислить с помощью двухчастотными приемниками, спускаются сигнал с двумя разными частотами L1 и L2 с разными длинами волнами. Зафиксируется время прохождения двух частот через слои атмосферы и вычисляется помеха и нужные данные.
При прохождении через атмосферу электромагнитные волны взаимодействуют с содержащимися в ней частицами пыли, дыма, кристаллами льда, каплями воды. При этом возникают процессы рассеяния и поглощения, которые уменьшают интенсивность солнечной радиации на поверхности Земли и меняют диапазон излучения. Входе в озоновый слой поглощаются электромагнитные волны с короткими длинами волн и не проходят в атмосферу, следовательно, не могут быть использованы при дистанционном зондировании. Так же происходят рассеивание при входе в атмосферу. Представляется ослаблением направленного потока электромагнитных волн вследствие отклонения направления его падение, но полностью не поглощаются. Оно происходит вследствие разнонаправленного отражения проходящих лучей маленькими и большими частицами газа и аэрозолями (пыль, дым), а также каплями воды. Интенсивность и вид рассеивания зависит от соотношений размера частицы и длины волны электромагнитного излучения. Например, молекулами газов рассеивается коротковолновая часть электромагнитного излучения (рассеяние Рэлея), а аэрозолями, размеры частиц в которых соизмеримы с длиной волны, рассеивается длинноволновая часть оптического излучения (рассеяние Мu).
Важность процессов рассеяния и поглощения для дистанционного зондирования объясняется ещё и тем, что с одной стороны, ими определяются ширина и интенсивность спектра солнечного или искусственного электромагнитного излучения, а с другой стороны, ими же определяются спектральные диапазоны и интенсивность отраженного и эмиттерного (вторичного теплового) излучения, регистрируемых бортовой аппаратурой. Поэтому зависимость прохождения электромагнитных волн сквозь атмосферу от их диапазона должна учитываться при проведении аэрокосмических съемок. Таким образом, для получения качественных результатов дистанционного зондирования необходимо учитывать ряд факторов:
- состояние атмосферы;
- высоту Солнца и азимут на него во время полета;
- технические параметры аппаратуры.
Для правильного использования возможностей выбранного диапазона электромагнитных волн при дистанционном зондировании местности важно учитывать то, что вид и интенсивность взаимодействия между потоками солнечной радиации (или искусственного излучения) и средой, на которую они падают, зависит от длины волны и вещества среды. Спектр излучения, атомный и молекулярный состав вещества на поверхности Земли определяют диапазоны, в которых электромагнитные волны будут отражаться, рассеиваться или поглощаться веществом на поверхности Земли, а также способность тела излучать вторичное тепло.
Представляющие интерес для дистанционного зондирования материалы на поверхности Земли (горные породы, почвы, растительность, водные поверхности и т.п.) подчиняются вышерассмотренным закономерностям, и широта спектра их температурного излучения зависит от вещества. Большинство этих материалов имеют свой характерный спектр отраженного, поглощенного и вторичного теплового излучений. Исходящий от них поток энергии регистрируется на борту носителя приемниками и может быть обработан в числовом или аналоговом виде, например, в виде кодированного телевизионного или фотоизображения.
Список использованной литературы
1. Дистанционное зондирование земли: учеб. пособие / Е. Н. Сутырина. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2013. 165 с. ISBN 978-5-9624-0801-9.
2. https://studfile.net/.
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/.
4. https://studopedia.su/.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Внешние тепловые потоки, действующие на космический аппарат. Общие сведения и устройство оптических систем вакуумных установок. Спектры солнечного излучения. Классификация имитаторов солнечного излучения. Физические принципы использования имитаторов.
курсовая работа [747,5 K], добавлен 13.09.2012Понятие и специфика реликтового излучения, исследование его источников и основные теории по этому поводу. Зависимость плотности реликтового излучения Вселенной от длины волны. Конечность материального мира Вселенной и бесконечность ее пространства.
реферат [79,9 K], добавлен 07.10.2010Обзор научной гипотезы о возможности превращения фотона в бозон вблизи чёрной дыры. Взаимодействие электромагнитного поля со сверхсильным гравитационным полем. Доказательство вечности существования Вселенной за счёт взаимного преобразования энергии.
доклад [21,2 K], добавлен 25.11.2013Исследование основ спектральной классификации звезд. Изучение спектра распределения энергии излучения по частоте и по длинам волн. Определение основных свойств излучающего объекта. Температура и давление на поверхности звезд разных спектральных классов.
реферат [147,1 K], добавлен 02.01.2017История космосъемки. Проблема получения космоснимков в видимой зоне электромагнитного спектра. Орбиты спутников с разными углами наклонения и соответствующие возможные территории охвата. Возможности цифровой фотограмметрии. Типы съемочных устройств.
презентация [114,5 K], добавлен 22.08.2015Радиоастрономия как раздел астрономии, изучающий космические объекты путем анализа приходящего от них радиоизлучения. Типы излучения космических радиоисточников: тепловое и нетепловое (обычно синхротронное). Открытие активных процессов в ядрах галактик.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.12.2009Ознакомление с историей открытия квазизвездных радиоисточников, причинами смещения спектральных линий. Рассмотрение радиоструктуры квазаров, их инфракрасного и рентгеновского излучения, определение скорости удаления, возраста и источников энергии.
контрольная работа [36,6 K], добавлен 03.05.2010Звуковолновая теория гравитации. Физические силы отталкивания-сталкивания. Звуковые волны как переносчики энергии. Содержание электромагнитного спектра, излучаемого Солнцем. Устройства для получения электрической энергии. Усилители гравитационного поля.
статья [394,9 K], добавлен 24.02.2010История образования атмосферы планеты. Баланс кислорода, состав атмосферы Земли. Слои атмосферы, тропосфера, облака, стратосфера, средняя атмосфера. Метеоры, метеориты и болиды. Термосфера, полярные сияния, озоносфера. Интересные факты об атмосфере.
презентация [399,0 K], добавлен 23.07.2016Описание крупнейших событий истории космологии: открытие Э. Хабблом разбегания галактик (всеобщего расширения Вселенной); регистрация Пензиасом и Вилсоном реликтового излучения, равномерно заполняющего все пространство мира; открытие космического вакуума.
курсовая работа [61,5 K], добавлен 23.07.2010История наблюдений и исследований за метеорами и болидами, их научная ценность. Взаимодействие метеороидов с атмосферой Земли. Физические процессы, протекающие в метеорных следах. Основные методы наблюдения за объектами, применяемые в прошлом и настоящем.
реферат [51,7 K], добавлен 16.10.2010Дистанционное (аэрокосмическое) зондирование - система сбора, переработки и регистрации данных, ориентированных на решение конкретных геологических и метеорологических задач. Виды и технические характеристики аппаратуры для аэрокосмических исследований.
курсовая работа [728,2 K], добавлен 07.01.2010Метеором как частицы пыли или осколки космических тел, их поведение при соприкосновении с атмосферой Земли. Понятие метеоров и история их исследований учеными, типы и разновидности. Описание случаев метеоритных дождей, их влияние на нашу планету.
доклад [23,4 K], добавлен 06.12.2010Туманность как участок межзвездной среды, выделяющейся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба, ее разновидности и формы: эмиссионная, остатки сверхновых. История возникновения и развития некоторых туманностей: Орел, Песочные часы.
презентация [489,2 K], добавлен 11.10.2012Квазар - особо мощное и активное ядро галактики, один из самых ярких объектов во Вселенной. Теории происхождения, способы определения размеров квазаров и мощности их излучения. Внутреннее строение квазаров, наблюдения за ними с помощью телескопа "Хаббл".
реферат [171,1 K], добавлен 24.11.2012Получение неоднородного и неизотропного решения космологических уравнений тяготения Эйнштейна для неоднородно распределенной темной энергии. Вычисление хронометрических инвариантов космологической модели. Интерпретация красного смещения спектров галактик.
дипломная работа [1020,2 K], добавлен 13.05.2015Солнечная система, ее строение и место Земли в ней. Данные исследования метеоритов и лунных пород и возраст Земли: фазы эволюции. Строение Земли: гидросфера, тропосфера, стратосфера, атмосфера и литосфера. Сильно разреженная часть атмосферы – экзосфера.
дипломная работа [105,0 K], добавлен 02.03.2009Форма, размеры и движение Земли. Поверхность Земли. Внутреннее строение Земли. Атмосфера Земли. Поля Земли. История исследований. Научный этап исследования Земли. Общие сведения о Земле. Движение полюсов. Затмение.
реферат [991,6 K], добавлен 28.03.2007Связь гравитационного поля и фигуры планет Солнечной системы, ее астрофизическое обоснование. Описание измерения коэффициента гравитационного потенциала для Земли с помощью метода лазерной локации. Анализ временного ряда, описывающего ее колебания.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.02.2017Спектральный анализ и прогноз данных неравномерности вращения Земли с помощью программы по обработке данных методом сингулярного спектрального анализа. Астрономические и палеонтологические данные. Движение полюсов, природа периодических колебаний.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 11.06.2015
