1. Физические основы

Влияние атмосферы

Разные виды излучения взаимодействуют с атмосферой различным образом. Излучение Солнца рассеивается, отражается или поглощается частицами в атмосфере так же, как и отражённое от Земли излучение. Облака представляют собой наихудшую помеху излучению и делают невозможным измерение поверхности Земли пассивными сенсорами спутников.

Влияние атмосферы зависит от длины волны. В диапазоне видимого света, в котором Солнце излучает сильнее всего, прозрачность атмосферы наибольшее (см. график). В более длинноволновом диапазоне прозрачность ограничена узкими полосами. Они включают в себя оптические окна в тепловом инфракрасном диапазоне, в котором поверхность Земли испускает излучение. В области микроволн атмосфера почти полностью прозрачна, но излучение Солнца и Земли мало; поэтому этот диапазон используется активными радарными системами. Волны с длиной меньшей, чем у ультрафиолетового дианазона, практически полностью поглощаются атмосферой и потому не так важны для дистанционного зондирования. Дистанционное зондирование сосредотачивается на областях прозрачности, так называемых атмосферных окнах.

Атмосферное рассеяние обозначает рассеивание излучения частицами в атмосфере.

Рассеивание Рэлея - диффузное рассеяние, вызываемое мельчайшими частицами и молекулами (например, азота или кислорода), меньшими в диаметре, чем длина волны излучения. Коротковолновая часть солнечного света рассеивается сильнее, чем длинноволновая.

Рэлеевское рассеяние также вызывает "дымку" и уменьшение контраста в изображениях. На цветных фотографиях оно придаёт изображению сине-серый оттенок.

Рассеяние Ми вызывается частицами, диаметр которых больше, чем длина волны излучения. В их числе капли воды в облаках, кристаллы льда или аэрозоли (морская соль, пыль, биологические материалы, сульфаты, нитраты и т.д. от испарения, огня и лесных пожаров, извержений вулканов и промышленности). Этот тип рассеяния менее избирателен по длинам волн, чем релеевское, что объясняет белый цвет облаков и серый - пыли.

В противовес рассеянию, поглощение означает эффективные потери энергии излучения и по большей части обусловлено парами воды, углекислым газом и озоном. Поглощение в газах сильно зависит от длины волны и определяет атмосферные окна, т.е. набор прозрачных областей спектра.

Для любой задачи дистанционного зондирования необходимо рассматривать два основмых момента: основые источники электромагнитного излучения (Солнце и Земля) и атмосферные окна. Чтобы выбрать спектральную чувствительность сенсоров, обнаруживающих и фиксирующих излучение, нужна конкретная информация. (см. график).