Scattering atmosferico

Oltre ad essere assorbita o trasmessa, la radiazione elettromagnetica può anche essere riflessa o diffusa dalle particelle nell’atmosfera. Lo scattering è il reindirizzamento dell’energia elettromagnetica da parte delle particelle sospese nell’atmosfera. Il tipo e la quantità di dispersione che si verifica dipende dalla dimensione delle particelle e dalla lunghezza d’onda dell’energia. Ci sono tre tipi principali di dispersione che hanno un impatto sulla radiazione solare in entrata:

• Scatter di Rayleigh
• Scatter Mie
• Scatter non selettivo

Scatter di Rayleigh

Lo scatter di Rayleigh si verifica quando la radiazione (luce) interagisce con molecole e particelle nell’atmosfera di diametro inferiore alla lunghezza d’onda della radiazione in arrivo. Le lunghezze d’onda più corte sono più facilmente disperse delle lunghezze d’onda più lunghe. La luce a lunghezze d’onda più corte (come la luce visibile blu e viola) è diffusa da piccole particelle che includono NO2 e O2. Poiché la luce blu è all’estremità a lunghezza d’onda corta dello spettro visibile, è più fortemente diffusa nell’atmosfera rispetto alla luce rossa a lunghezza d’onda più lunga. La dispersione di Rayleigh è responsabile del colore blu del cielo. La dispersione di Rayleigh può anche produrre foschia nelle immagini. Nella fotografia aerea si usano filtri speciali per filtrare la dispersione della luce blu e ridurre la foschia. Nelle immagini digitali ci sono diverse tecniche usate per minimizzare l’impatto della dispersione di Rayleigh.

All’alba e al tramonto la luce solare in arrivo percorre una distanza maggiore (lunghezza del percorso) attraverso l’atmosfera. Il percorso più lungo porta alla dispersione delle lunghezze d’onda corte (blu) che è così completa che vediamo solo le lunghezze d’onda più lunghe della luce, il rosso e l’arancione. In assenza di particelle e dispersione il cielo apparirebbe nero.

Fonte immagine: Principles of Remote Sensing (Tempfli et al.)

Mie Scatter

La diffusione Mie si verifica quando la lunghezza d’onda della radiazione elettromagnetica ha una dimensione simile a quella delle particelle atmosferiche. La dispersione Mie influenza generalmente le radiazioni dal vicino UV fino al medio infrarosso dello spettro. La diffusione Mie si verifica principalmente nelle porzioni più basse dell’atmosfera, dove le particelle più grandi sono più abbondanti, e domina quando le condizioni delle nuvole sono coperte. Polline, polvere e smog sono la causa principale della dispersione Mie. La diffusione mie produce una foschia generale nelle immagini.

Diffusione non selettiva

La diffusione non selettiva si verifica quando il diametro delle particelle nell’atmosfera è molto più grande della lunghezza d’onda della radiazione. La dispersione non selettiva è causata principalmente da goccioline d’acqua nell’atmosfera. La dispersione non selettiva disperde tutte le radiazioni in modo uniforme attraverso le porzioni visibili e infrarosse dello spettro – da qui il termine non selettivo. Nelle lunghezze d’onda visibili la luce viene dispersa in modo uniforme, quindi la nebbia e le nuvole appaiono bianche. Poiché le nuvole disperdono tutte le lunghezze d’onda della luce, ciò significa che le nuvole bloccano la maggior parte dell’energia dal raggiungere la superficie terrestre. Questo può rendere difficile l’interpretazione e l’analisi delle immagini telerilevate in aree soggette a copertura di nuvole e nebbia. Le nuvole proiettano anche ombre che cambiano l’illuminazione e la riflettanza relativa delle caratteristiche della superficie. Questa può essere una grande limitazione nelle immagini telerilevate.

Impatto dell’interazione atmosferica

Nel telerilevamento è importante capire l’impatto dell’atmosfera sulla radiazione elettromagnetica. In primo luogo, è fondamentale capire le finestre atmosferiche ed essere in grado di identificare se un sensore può “vedere” o meno attraverso l’atmosfera in una data porzione dello spettro. Poiché l’atmosfera assorbe e disperde la radiazione in entrata, spesso vogliamo correggere queste interazioni. Questo processo è noto come “correzione atmosferica” ed è una tecnica comune di elaborazione delle immagini.

Per divertimento: Tramonto marziano

L’atmosfera di Marte è diversa da quella della Terra e ha una quantità significativa di particolato fine nell’atmosfera. Questo causa una diversa dispersione della luce rispetto a quella che vediamo qui sulla Terra. La polvere nell’atmosfera marziana permette alla luce blu di penetrare nell’atmosfera in modo più efficiente rispetto alla luce di lunghezza d’onda maggiore. Questo fa sì che i colori blu nella luce mista proveniente dal sole rimangano più vicini alla parte di cielo del sole, rispetto alla dispersione più ampia dei colori gialli e rossi. L’effetto è più pronunciato vicino al tramonto, quando la luce del sole passa attraverso un percorso più lungo nell’atmosfera che a metà giornata. Questo produce un tramonto colorato di blu su Marte.

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