Спектральная отражательная способность

Земная поверхность представляет собой совокупность элементов, различающихся по своим отражательным свойствам — спектральными пространственным. Объекты земной

поверхности изображаются на снимках в прямой зависимости от этих свойств.

Коэффициенты яркости. Спектральные свойства объектов при съемке в оптическом диапазоне принято характеризовать коэффициентами интегральной и спектральной яркости.

Большинство природных образований обладает спектральной отражательной способности, т.е. по-разному отражает солнечное излучение в различных участках. Поэтому они воспринимаются как различающиеся по цвету.

Для отражательных свойств чаще всего используют коэффициент спектральной яркости (КСЯ).

При работе с многозональными или спектрозональными снимками помогает определить дешифровочные признаки объектов, выявить возможность распознавания объектов по их спектральным различиям.

Горные породы и почвы. Практически у всех минералов и почв отражательная способность в видимой части спектра растет с увеличением длины волны.

Спектральная яркость горных пород зависит прежде всего от оптических свойств входящих в их состав минералов и химических элементов. Кроме этого спектральные свойства горных пород зависят от их дисперсности и влажности.

Однако чистая поверхность горных пород встречается в природе не столь часто. Обычно она покрыта корками, выцветами, налетами, спектры отражения которых отличаться от аналогичных характеристик исходной породы.

Отличительная особенность почв заключается яркости при малых колебаниях по спектру.

Наименьшей яркостью обладают черноземы, наибольшей — сильно оподзоленные суглинистые почвы. В целом почвы малоселективны, т.е. отражаемое ими излучение мало изменяется по спектру.

На отражение солнечного света почвы влияют три основные группы веществ:

1. светло окрашенные соединения (карбиды, соединения кремния и алюминия), отражают излучение равномерно, но значительно

2. темные гумусовые вещества, отражают свет слабо и равномерно;

3. соединения железа, которые обусловливают селективность, неравномерно отражает, почвами солнечного излучения.

Различия в содержании гумуса почти не отражаются на спектральных характеристиках почв, но приводят к изменениям ее интегральной яркости. Например, дерново-подзолистая почва, содержащая около 2,5% гумуса, обладает довольно высокой отражательной способностью при невысокой спектральной селективности. Серая лесная почва более богата гумусом, поэтому яркость ее меньше, особенно в красной зоне.

Чернозем обыкновенный с содержанием гумуса около 10% обладает еще более низкой яркостью.

Поэтому определять содержание гумуса с точностью до 0,5% можно по яркости почвы.

Очень существенно яркость почв зависит от влажности. Даже при визуальном дешифрировании можно уверенно различить три-четыре градации влажности сероземов после полива.

Оптические характеристики почв зависят от гранулометрического состава поверхности почвы: с уменьшением размера частиц коэффициент яркости возрастает.

Растительный покров. Растительность обладает наибольшей спектральной селективностью по сравнению с другими объектами земной поверхности.

Отражательные свойства растительных покровов в основном определяются четырьмя основными факторами:

• оптическими свойствами зеленых листьев;

• геометрией растений, особенно индексом листовой поверхности, и угловым распределением листьев;

• отражательной способностью поверхности почвы, если растения не образуют сплошного покрова;

• структурой растительного покрова, т.е. характером пространственного распределения растений.

Оптические свойства зеленых растений. В видимом диапазоне длин волн происходит наиболее интенсивное поглощение лучистой энергии растениями. Лишь 2-3% приходящего излучения отражается от поверхности листьев без проникновения в них и взаимодействия. Степень и природа отражения зависят от воскового слоя листа, который довольно тесно связан с видом растений.

Основными факторами, которые определяют их отражательные свойства, являются влияние почвенного покрова, структура растительного покрова и направления падающего излучения и наблюдения.

Влияние отражательных свойств поверхности почвы на отражательные свойства системы почва—растительность проявляется в тех случаях, когда просветы почвы между растениями меньше пространственного разрешения съемочной системы. В таком случае яркости растений и почвы интегрируются.

Водные объекты. Спектральная яркость воды падает с возрастанием длины волны солнечного излучения.

Лучи ближнего Инфракрасного участка спектра практически полностью поглощаются тонкой пленкой воды, т.е. на снимках в этой съемочной зоне можно дешифрировать только границы и поверхность водных объектов.

Информация о водной толще, а также об объектах, находящихся внутри нее или на дне, может быть получена в видимом участке спектра от 0,4 до 0,7 мкм. Солнечное излучение не только отражается поверхностью воды, но и проникает на глубину, где частично поглощается молекулами воды и растворенными органическими веществами.

Проникновение света на глубину спектрально селективно: сине-зеленого света значительно больше, чем красного.

Это объясняется следующим. Во-первых, поглощение воды селективно: наиболее сильно поглощается красно-оранжевая составляющая света; в значительно меньшей степени — синий свет. Во-вторых, в воде, как и в воздухе, в большей мере рассеивается коротковолновое излучение.

Содержащийся в воде фитопланктон вызывает понижение яркости в синей (около 0,4 мкм) и красной (0,64-0,69 мкм) частях спектра.

Свойство воды поглощать инфракрасное излучение широко используется для дешифрирования границ водных объектов. Это свойство влияет на отражательные свойства содержащих воду объектов — почв, тающих снега и льда, покровов болотной и водной растительности, понижая их интегральную яркость и яркость в ближнем ИК участке спектра.

Снег и облака. Эти объекты, представляющие воду в двух других фазовых состояниях, имеют аналогичную закономерность распределения яркости по спектру:- максимум отражения приходится на синюю зону, а минимум — на ближнюю Инфракрасную, но отличаются очень высокой интегральной яркостью.

Облака и снег — самые яркие объекты земной поверхности. Яркость снега более стабильна во времени, тогда как облачность сохраняется над одной точкой, как правило, не более трех—пяти дней. Следовательно, суммарная же некоторый отрезок времени яркость облаков ниже, чем яркость снежного покрова.

Интегральная яркость облаков и снега существенно понижается при наличии в их составе воды в жидком состоянии, тающий снег и дождевые облака имеют относительно низкую яркость, особенно в ближней инфракрасной части спектра. Яркость снега понижается также в зависимости от его загрязнения.

Знание отражательных свойств объектов — необходимое условье получения надежных результатов дешифрирования.