2. Temperaturstrahlung

Absorption und Emission:
Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz     (4/4)

Temperaturbilder

Den Grauwerten in Infrarotbildern - d.h. den Helligkeiten - kann man somit Temperaturen zuordnen. Verschiedene Temperaturen lassen sich als Farbskala wiedergeben. So erhält man farbcodierte Temperaturbilder. Meist stellt blau eine niedrige und rot eine hohe Temperatur dar. Dies nutzt man bei der Thermographie von Gebäuden, um Wärmelecks in Wänden und Fenstern zu finden.

Die Temperaturbilder in der linken Spalte wurden mit einer Fluke® Ti10 Wärmebildkamera aufgenommen, ihr Detektor ist von 7,5 bis 14 μm spektral empfindlich.

Geringe Isolierung Fotografie Gute Isolierung Fotografie
Temperaturbild eines wenig isolierten Hauses
Links: Temperaturbild eines schlecht isolierten Hauses. Das Zimmer oben rechts ist überheizt, weshalb Fenster und Dach erhöhte Temperaturen zeigen.
Mitte links: Fotographie des schlecht isolierten Hauses.
Mitte rechts: Temperaturbild eines besser isolierten Hauses. Die Fenster stellen aber auch hier Wärmebrücken dar. Die Vorderfront hat durch das Sonnenlicht eine etwas höhere Temperatur als andere Flächen.
Rechts: Fotographie des besser isolierten Hauses.
Aufnahmedatum: 17.01.2017 11 Uhr, Lufttemperatur -12°C. Der Himmel erscheint schwarz; seine Strahlungstemperatur war -30°C und liegt unterhalb des hier gewählten Temperaturbereichs.

Polierte Metalle haben ein kleines Emissionsvermögen. Entsprechend ist ihr Absorptionsvermögen ebenfalls gering, stattdessen reflektieren sie die aus der Umgebung einfallende Strahlung. Das folgende Bild zeigt dies deutlich.

Briefkasten im IR Briefkasten im VIS
Temperaturbild eines metallischen Briefkastens
Links: Temperaturbild eines Briefkastens aus Edelstahl. An der Oberseite reflektiert er die Strahlung des kalten Himmels, vorne und unten die Strahlung des Erdbodens.
Rechts: Fotographie des Briefkastens.
Aufnahmedatum: 17.01.2017 11 Uhr. Die Lufttemperatur ist -12°C, dies ist vermutlich auch die wahre Temperatur des Briefkastens.

 

Mit einem Forschungsflugzeug kann man Temperaturbilder von Regionen in unterschiedlichen Jahreszeiten gewinnen, um den Jahresgang der Temperaturschwankungen verschiedener Objekte zu erfassen.

Zoom Sign
Temperaturbilder von Dahl bei Paderborn
Temperaturbilder von Dahl bei Paderborn im Winter (links), Frühjahr (Mitte) und Sommer (rechts). Luftbilder eines DAEDALUS-Scanners aus 300 m Höhe.
Quelle: DLR.
Zoom Sign
Temperaturbild von München
Temperaturbild der Innenstadt von München, 1982. Luftbild eines Bendix-Scanners. Die markierten Gebiete zeigen von oben nach unten den Englischen Garten, den Hauptbahnhof und die Theresienwiese.
Quelle: DLR.
Für die Umrechnung der Strahlungstemperatur in die wahre Temperatur müssen die Emissionsgrade der in den Bildern beobachteten Objekte geschätzt werden.

Bei Aufnahmen aus dem Weltraum sind auch andere Effekte zu berücksichtigen, welche die gemessenen Helligkeiten beeinflussen. Hierzu gehören

  • Signalanteile, die am Tage durch die Reflexion der Sonnenstrahlung am Boden und durch Teilchen in der Atmosphäre entstehen,
  • die teilweise Absorption der vom Boden emittierten Temperaturstrahlung durch absorbierende Gase in der Atmosphäre,
  • der Einfluss des Beobachtungswinkels auf den Emissionsgrad von Materialien.

Temperaturen der Land- und der Meeresoberfläche kann man von Satelliten aus allerdings nur bestimmen, wenn keine Wolken die Sicht behindern. Bei Bewölkung misst man die Temperatur der Wolkenoberseite.

Viele Satelliten messen die Oberflächentemperaturen des Festlands (LST: land surface temperature) und der Ozeane (SST: sea surface temperature). Verweise zu Datenquellen für solche Temperaturdaten sind auf der Link-Seite zu diesem Abschnitt angegeben.

Im nächsten Abschnitt wird der Frage nachgegangen, nach welchem Gesetz sich die Emission eines glühend heißen Körpers beim Erkalten aus dem sichtbaren Bereich in das thermische Infrarot verschiebt, und welche weiteren spektralen Eigenschaften diese Emission besitzt.