Atmospheric Scattering

Oprócz bycia absorbowanym lub transmitowanym, promieniowanie elektromagnetyczne może być również odbijane lub rozpraszane przez cząsteczki w atmosferze. Rozpraszanie to przekierowanie energii elektromagnetycznej przez zawieszone cząsteczki w atmosferze. Rodzaj i ilość rozpraszania, które występuje zależy od wielkości cząstek i długości fali energii. Istnieją trzy główne rodzaje rozpraszania, które mają wpływ na przychodzące promieniowanie słoneczne:

• Rayleigh Scatter
• Mie Scatter
• Non-Selective Scatter

Rayleigh Scatter

Rayleigh scatter występuje, gdy promieniowanie (światło) oddziałuje z cząsteczkami i cząsteczkami w atmosferze, których średnica jest mniejsza niż długość fali przychodzącego promieniowania. Krótsze fale są łatwiej rozpraszane niż fale dłuższe. Światło o krótszej długości fali (jak niebieskie i fioletowe światło widzialne) jest rozpraszane przez małe cząsteczki, do których należą NO2 i O2. Ponieważ światło niebieskie znajduje się na krótkim końcu widma widzialnego, jest ono silniej rozpraszane w atmosferze niż światło czerwone o dłuższej fali. Rozproszenie Rayleigha jest odpowiedzialne za niebieski kolor nieba. Rozproszenie Rayleigha może również powodować zamglenia na zdjęciach. W fotografii lotniczej stosuje się specjalne filtry, które odfiltrowują rozproszenie światła niebieskiego, aby zredukować zamglenie. W obrazach cyfrowych istnieją różne techniki wykorzystywane do minimalizacji wpływu Rayleigh scatter.

Na wschodzie i zachodzie słońca przychodzące światło słoneczne podróżuje dłuższy dystans (długość ścieżki) przez atmosferę. Dłuższa droga prowadzi do rozproszenia krótkich (niebieskich) długości fal, które jest tak całkowite, że widzimy tylko dłuższe fale światła, czerwone i pomarańczowe. W przypadku braku cząsteczek i rozpraszania niebo wydawałoby się czarne.

Źródło obrazu: Principles of Remote Sensing (Tempfli et al.)

Rozproszenie Mie

Rozproszenie Mie występuje, gdy długość fali promieniowania elektromagnetycznego jest podobnej wielkości co cząstki atmosferyczne. Rozproszenie Mie generalnie wpływa na promieniowanie od bliskiego UV poprzez średnie podczerwone części widma. Rozproszenie Mie występuje głównie w dolnych partiach atmosfery, gdzie większe cząsteczki są bardziej obfite, i dominuje przy zachmurzeniu. Pyłki, kurz i smog są główną przyczyną rozpraszania mie. Rozproszenie mie powoduje ogólne zamglenie na obrazach.

Rozproszenie nieselektywne

Rozproszenie nieselektywne występuje, gdy średnica cząstek w atmosferze jest znacznie większa niż długość fali promieniowania. Rozpraszanie nieselektywne jest powodowane głównie przez kropelki wody w atmosferze. Rozpraszanie nieselektywne rozprasza całe promieniowanie równomiernie w widzialnej i podczerwonej części widma – stąd określenie nieselektywne. W zakresie fal widzialnych światło jest rozpraszane równomiernie, dlatego mgła i chmury wydają się białe. Ponieważ chmury rozpraszają wszystkie długości fal światła, oznacza to, że chmury blokują większość energii przed dotarciem do powierzchni Ziemi. Może to utrudniać interpretację i analizę zdjęć teledetekcyjnych na obszarach podatnych na powstawanie chmur i mgły. Chmury rzucają również cienie, które zmieniają oświetlenie i względne odbicie cech powierzchni. Może to stanowić poważne ograniczenie w obrazowaniu teledetekcyjnym.

Wpływ interakcji atmosferycznych

W teledetekcji ważne jest zrozumienie wpływu atmosfery na promieniowanie elektromagnetyczne. Po pierwsze, ważne jest, aby zrozumieć okna atmosferyczne i być w stanie określić, czy czujnik może „zobaczyć” przez atmosferę w danej części widma, czy nie. Ponieważ atmosfera pochłania i rozprasza przychodzące promieniowanie, często chcemy skorygować te interakcje. Proces ten znany jest jako „korekcja atmosfery” i jest powszechnie stosowaną techniką przetwarzania obrazu.

Dla zabawy: Marsjański zachód słońca

Atmosfera na Marsie różni się od tej na Ziemi i ma znaczną ilość drobnych cząstek stałych w atmosferze. Powoduje to inne rozpraszanie światła niż to, które widzimy tutaj na Ziemi. Pył w marsjańskiej atmosferze pozwala niebieskiemu światłu przenikać przez atmosferę bardziej efektywnie niż światło o dłuższej długości fali. To powoduje, że niebieskie kolory w mieszanym świetle pochodzącym od Słońca pozostają bliżej słonecznej części nieba, w porównaniu do szerszego rozproszenia kolorów żółtego i czerwonego. Efekt jest najbardziej wyraźny w pobliżu zachodu słońca, kiedy światło słoneczne przechodzi przez dłuższą drogę w atmosferze niż w południe. Daje to niebiesko zabarwiony zachód słońca na Marsie.

← Powrót

Moduł Strona główna

.