3 о мкм) инфракрасные области длин волн. В действительности два последних названия предпочтительнее термина «отражательная инфракрасная» область вследствие причин, ,на которых мы коротко остановимся.

Для диапазона Х=3,0-7,0 мкм нет специального названия, поскольку атмосферные явления очень затрудняют интерпретацию данных излучения в этом диапазоне и фактически ограничивают пригодность его для спутникового дистанционного зондирования.

Оптические /.лины солн

Отражательные

Тепловые

или !мЗлучаюш,м5

Видимые

, i

s s I Соедиие

in I ИК

I Дальние И К

0,30 0,38

0.72 1,3 3,0

Длина волны ( мкм)

15,0

Рис. II.7. Оптический спектр

Энергия диапазона ?i = 7,0-15,0 мкм попадает в дальнюю инфракрасную область спектра. Иногда для обозначения этой части спектра используются термины «излучающий» и «тепловой», но хотя мы должны знать об использовании этих терминов в литературе, они в действительности не совсем подходят, поскольку в этой области спектра имеет место и отражение, и солнечная радиация наряду с излучением.

На рис. II.1 и II.5 показаны взаимосвязи между отраженной и излученной энергией на поверхности Земли. Все вещества, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают электромагнитную энергию, но количество излученной энергии и преобладающие диапазоны длин волн изменяются в соответствии с природой материала. Излучение Солнца за пределами атмосферы самое большое в диапазоне приблизительно Х= = 0,35-3,0 мкм, в отражательной области спектра, но Солнце также излучает энергию, как показано на кривой, во всем электромагнитном спектре. Как было сказано ранее, излучение Солнца аналогично излучению абсолютно черного тела при температуре 6000 К. Объект при комнатной температуре (300 К) излучает большую часть энергии в диапазоне А = 7,0-15,0 мкм (см. рис. П.5), но его излучение также распространяется по всему спектру. Однако нигде энергия, излучаемая абсолютно черным телом при температуре 300 К, не будет так же велика, как излучаемая абсолютно черным телом при температуре 6000 К, даже в диапазоне 2 = 7,0-15,0 мкм. Но поскольку мы смотрим на объекты на поверхности Земли и из-за большого

расстояния между нами и Солнцем оно кажется гораздо меньшим, чем на самом деле, энергия, наблюдаемая нами в диапазоне Х=7,0-15,0 мкм, -это преимущественно энергия, излученная близкими объектами, а не Солнцем. По этой причине термины «отражательный инфракрасный», «тепловой инфракрасный» и «излучаемый инфракрасный» неточны. Излучение и Солнца, и Земли существует в диапазоне Х=0,90-3,0 мкм, а солнечное излучение и отражение - также в диапазоне Х= 7,0-15,0 мкм. Подводя итог, можно сказать, что предпочитаемая в дистанционном зондировании и используемая в этой книге терминология следующая:

видимая часть спектра; Л,=0,38-0,72 мкм; ближняя инфракрасная: Х = 0,72-1,30 мкм; средняя инфракрасная: >и=1,30-3,00 мкм; дальняя инфракрасная: А.= 7,0 -15,00 мкм.

11.2. Атмосферные влияния

В прикладном дистанционном зондировании, связанном со сбором данных с помощью установленных на самолетах или/и спутниках датчиков, атмосфера между датчиком и объектом и между источником излучения и объектом оказывает влияние н данные. В общем, если влияние атмосферы в кадре данных не постоянно, поправки могут оказать большое влияние на конечный анализ кадра данных [5]. В этом разделе особое внимание будет уделено влиянию атмосферы на качество данных дистанционного зондирования и на выбор спектральных каналов.

Атмосфера может влиять на данные дистанционного зондирования двумя способами: путем рассеяния и поглощения энергии. Рассеяние имеет место, когда излучение в атмосфере отражается или преломляется частицами от молекул газов, составляющих атмосферу, крупинками пыли и большими водяными каплями. Обычно предполагается, что рассеянное излучение, идущее от Солнца (падающее) или отраженное от поверхности Земли (восходящее), не ослабляется, а меняет направление. Часто это изменение направления зависит от длины волны. Излучение, которое не рассеивается, поглощается атмосферой также в зависимости от длины волны, и атмосфера нагревается поглощенным излучением. Метеорологические параметры атмосферы оказывают большое влияние на относительное преобладание процессов рассеяния и поглощения.

Чистое рассеяние имеет место при отсутствии поглощения, при этом нет потери энергии, происходит только изменение направления излучения. В дистанционном зондировании при наличии рассеяния часть энергии выходит за пределы поля зрения датчика. Если поле зрения очень большое, часть рассеянного излучения все же будет восприниматься датчиком, однако если поле зрения небольшое, фактически все рассеянное излучение будет теряться. В последнем случае из-за рассеяния полу-44

чается явное ослабление или потускнение изображения, тогда как в предыдущем случае рассеяние вызывает усиление сигнала принимаемого прибором, из-за дополнительного излучения, попадающего в апертуру прибора. В обоих случаях рассеяние ухудшает качество полученных данных.

"Теоретически рассеяние может быть разделено на три различных типа в зависимости от отношения между длиной волны рассеиваемого излучения и размером частиц, вызывающих рассеяние. Есть такие виды рассеяния: Релея, Ми и неселективное. Рассеяние Релея имеет место, когда длина волны излучения много больше размера рассеивающих частиц. В рассеянии Релея коэффициент объемного рассеяния ах определяется выражением [6]

ох= 7? {п + ПоУ -

где N - число частиц в 1 см; V - объем рассеивающих частиц;

длина волны излучения; п - показатель преломления частиц; По - показатель преломления среды.

Используя это уравнение, получим, что коэффициент рассеяния сферических водяных капель в воздухе, для которых По = 0 и л=1,33 для всего видимого и инфракрасного диапазонов спектра (кроме областей вблизи полос поглощения), уменьшается до ах =0,827 AN/X. Здесь А - площадь поперечного сечения рассеивающей капли. Конечно, в этом случае предполагается, что капли имеют размер молекул и поэтому гораздо меньше длины волны излучения в оптическом диапазоне спектра. Чтобы найти полное рассеяние, надо проинтегрировать уравнение (П.5) по всем длинам волн и площадям поперечного сечения, встречающимся в любой данной ситуации, удовлетворяющей ранее приведенному ограничению относительно соотношения длины волны и размера частиц.

В соответствии с законом рассеяния Релея небо кажется синим. Поскольку коэффициент рассеяния обратно пропорционален четвертой степени длины волны, излучение в более коротких синих волнах рассеивается по направлению к Земле значительно сильнее, чем излучение в красном диапазоне спектра. Красный цвет заката также объясняется законом рассеяния Релея. Как только Солнце приближается к линии горизонта и его лучи проходят более длинный путь через атмосферу, излучение на более коротких волнах рассеивается и остается излучение только на более длинных волнах - красное или оранжевое, которое мы и видим. В силу релеевского рассеяния полезность многоспектральных данных из синей части спектра весьма ограничена. При аэрофотосъемке для удаления рассеянного синего излучения, вызванного атмосферным туманом, применяются специальные фильтры.

Второй тип рассеяния, который следует здесь рассмотреть, - это рассеяние Ми. Оно происходит в случае, когда длина вол-