Atmosferische verstrooiing

Naast absorptie of transmissie kan elektromagnetische straling ook worden weerkaatst of verstrooid door deeltjes in de atmosfeer. Verstrooiing is het omleiden van elektromagnetische energie door zwevende deeltjes in de atmosfeer. Het type en de hoeveelheid verstrooiing die optreedt hangt af van de grootte van de deeltjes en de golflengte van de energie. Er zijn drie belangrijke soorten verstrooiing die de inkomende zonnestraling beïnvloeden:

• Rayleigh Verstrooiing
• Mie Verstrooiing
• Niet-Selectieve Verstrooiing

Rayleigh Verstrooiing

Rayleigh Verstrooiing treedt op wanneer straling (licht) interageert met moleculen en deeltjes in de atmosfeer die een kleinere diameter hebben dan de golflengte van de inkomende straling. Kortere golflengtes worden gemakkelijker verstrooid dan langere golflengtes. Licht met kortere golflengten (zoals blauw en violet zichtbaar licht) wordt verstrooid door kleine deeltjes, waaronder NO2 en O2. Aangezien blauw licht zich aan het korte einde van het zichtbare spectrum bevindt, wordt het in de atmosfeer sterker verstrooid dan rood licht met een langere golflengte. Rayleigh-verstrooiing is verantwoordelijk voor de blauwe kleur van de lucht. Rayleigh-verstrooiing kan ook waas in beelden veroorzaken. Bij luchtfotografie worden speciale filters gebruikt om de verstrooiing van blauw licht weg te filteren en zo de waas te verminderen. In digitale beelden worden verschillende technieken gebruikt om de gevolgen van Rayleigh verstrooiing te minimaliseren.

Bij zonsopgang en zonsondergang legt het binnenkomende zonlicht een langere afstand (padlengte) af door de atmosfeer. De langere weg leidt tot verstrooiing van de korte (blauwe) golflengtes die zo volledig is dat we alleen de langere golflengtes van het licht zien, de rode en oranje. Bij afwezigheid van deeltjes en verstrooiing zou de hemel zwart lijken.

Afbeelding Bron: Principles of Remote Sensing (Tempfli et al.)

Mieverstrooiing

Mieverstrooiing treedt op wanneer de golflengte van de elektromagnetische straling een vergelijkbare grootte heeft als de atmosferische deeltjes. Mie-verstrooiing beïnvloedt over het algemeen straling van het nabije UV tot het midden-infrarode deel van het spectrum. Mie-verstrooiing treedt vooral op in de lagere delen van de atmosfeer, waar grotere deeltjes overvloediger aanwezig zijn, en overheerst wanneer het bewolkt is. Pollen, stof en smog zijn belangrijke oorzaken van mie-verstrooiing. Mie-verstrooiing veroorzaakt een algemene waas in beelden.

Niet-selectieve verstrooiing

Niet-selectieve verstrooiing treedt op wanneer de diameter van de deeltjes in de atmosfeer veel groter is dan de golflengte van de straling. Niet-selectieve verstrooiing wordt voornamelijk veroorzaakt door waterdruppels in de atmosfeer. Niet-selectieve verstrooiing verstrooit alle straling gelijkmatig door het zichtbare en infrarode deel van het spectrum – vandaar de term niet-selectief. In de zichtbare golflengten wordt licht gelijkmatig verstrooid, vandaar dat mist en wolken wit lijken. Aangezien wolken alle golflengten van licht verstrooien, betekent dit dat wolken de meeste energie blokkeren zodat deze het aardoppervlak niet kan bereiken. Dit kan het interpreteren en analyseren van teledetectiebeelden bemoeilijken in gebieden met veel bewolking en mist. Wolken werpen ook schaduwen die de belichting en relatieve reflectie van oppervlakte-eigenschappen veranderen. Dit kan een belangrijke beperking zijn bij teledetectiebeelden.

Impact van atmosferische interactie

Bij teledetectie is het belangrijk om de invloed van de atmosfeer op elektromagnetische straling te begrijpen. In de eerste plaats is het van cruciaal belang de atmosferische vensters te begrijpen en te kunnen vaststellen of een sensor al dan niet in een bepaald deel van het spectrum door de atmosfeer kan “zien”. Omdat de atmosfeer de inkomende straling absorbeert en verstrooit, willen wij vaak voor deze wisselwerkingen corrigeren. Dit proces staat bekend als “atmosferische correctie” en is een gebruikelijke beeldverwerkingstechniek.

Voor de lol: Martian Sunset

De atmosfeer op Mars is anders dan die van de Aarde en heeft een aanzienlijke hoeveelheid fijne deeltjes in de atmosfeer. Dit veroorzaakt een andere lichtverstrooiing dan wat we hier op aarde zien. Het stof in de Marsatmosfeer zorgt ervoor dat blauw licht efficiënter door de atmosfeer dringt dan licht met een langere golflengte. Daardoor blijven de blauwe kleuren in het gemengde licht van de zon dichter bij het deel van de hemel waar de zon staat, in vergelijking met de bredere verstrooiing van gele en rode kleuren. Het effect is het meest uitgesproken tegen zonsondergang, wanneer het licht van de zon een langere weg door de atmosfeer aflegt dan midden op de dag. Dit levert een blauw getinte zonsondergang op Mars op.

← Terug

Module Home