5. Отражательная способность поверхности

Установленная на спутнике аппаратура в видимом и ближнем ИК диапазоне регистрирует солнечную энергию, отраженную и рассеянную поверхностью Земли. Отражательная способность А − это отношение количества (плотности потока) отраженной и рассеянной вверх радиации I0 к плотности потока падающей прямой радиации Солнца Ic: A = I0/Ic. Обычно говорят об общей отражательной способности для широкой области видимого и ближнего инфракрасного спектра и выражают А в %. Можно определять А и для отдельных участков спектра. Величина А для различных типов поверхности и различных участков спектра − это ключ к распознаванию деталей на спутниковых изображениях Земли. Для идеально матовой поверхности зависимость интенсивности радиации, рассеянной под углом α к нормали к поверхности, в точности подчиняется закону Ламберта. Такую поверхность имеют, например, облака. Для других типов поверхности закон Ламберта выполняется приближенно. Значение А зависит от свойств (в том числе от влажности) отражающей поверхности (трава, лес, почва и т. п.), от спектра падающей радиации − прямой и рассеянной, от угла её падения α, рельефа и т. п. Так, зеленая растительность, образующая хорошо поглощающий слой, имеет низкое А − около 5 % в видимой части спектра и большее А в ближней ИК области. У оголенных почв отражательная способность различна: у подзола − всего 7 %, у сухого песка в красной части спектра − до 37 %, заметно меньше у влажного песка. И у растений, и у почвы А обычно растет с увеличением угла α (при низком Солнце). В зимнем хвойном лесу снег, лежащий между деревьями, увеличивает A при малом α и не влияет на А при косых солнечных лучах. Свежий снег имеет в видимых лучах высокое А − до 98 %. У старого зернистого и влажного снега и морского льда А невелико, до 43–45 %. В ИК лучах при λ = 1,55−1,65 мкм снег почти черный (А ~ 0), что позволяет отличать при спутниковых наблюдениях заснеженные участки от облаков, имеющих значительное А на этих длинах волн. Поверхность водоемов имеет низкое А в видимой области (4–6 %) при малых α и еще меньшее в ИК-спектре с λ = 0,8–1,5 мкм, но оно возрастает до 30 % и более при большом угле падения лучей, при зеркальном их отражении (α > 60°), когда, например, со спутника видна светлая дорожка солнечных бликов на воде. Волнение увеличивает А до 13 % при малых α и уменьшает при больших. Часть отражательной способности (1–4 %) обусловлена светом, рассеянным в верхнем тонком слое воды.

6. Наблюдение растительного и снегового покрова

У оголенных почв отражательная способность различна: у подзола − всего 7 %, у сухого песка в красной части спектра − до 37 %, заметно меньше у влажного песка. И у растений, и у почвы А обычно растет с увеличением угла α (при низком Солнце). В зимнем хвойном лесу снег, лежащий между деревьями, увеличивает A при малом α и не влияет на А при косых солнечных лучах. Свежий снег имеет в видимых лучах высокое А − до 98 %. У старого зернистого и влажного снега и морского льда А невелико, до 43–45 %. В ИК лучах при λ = 1,55−1,65 мкм снег почти черный (А ~ 0), что позволяет отличать при спутниковых наблюдениях заснеженные участки от облаков, имеющих значительное А на этих длинах волн. Поверхность водоемов имеет низкое А в видимой области (4–6 %) при малых α и еще меньшее в ИК-спектре с λ = 0,8–1,5 мкм, но оно возрастает до 30 % и более при большом угле падения лучей, при зеркальном их отражении (α > 60°), когда, например, со спутника видна светлая дорожка солнечных бликов на воде. Волнение увеличивает А до 13 % при малых α и уменьшает при больших. Часть отражательной способности (1–4 %) обусловлена светом, рассеянным в верхнем тонком слое воды.

Особый интерес представляет отражательная способность растительного покрова, которая определяется пигментами листа, в особенности, хлорофиллом (рис. 2.1). В синей и красной области видимого диапазона отражательная способность листа низкая из-за наличия полос поглощения с центрами при λ1 = 0,45 и λ2 = 0,65 мкм. Поглощение на длине волны λ2 заметно даже из космоса. Рис. 2.1. Отражательная способность зеленого листа Поглощение между полосами (в зеленой области) незначительное, минимум поглощения, т. е. максимум отражательной способности лежит приблизительно при 0,54 мкм. Из-за этого нормальная, здоровая листва воспринимается глазом как зеленая. Когда растение находится в состоянии стресса и образование хлорофилла уменьшается, происходит уменьшение поглощения энергии в полосах λ1 и λ2, отражательная способность повышается, это заметно глазом в красной области. Растение кажется желтоватым. В ближнем ИК диапазоне при λ > 0,75 > 1,3 мкм поглощательная способность зеленого листа незначительна (~5 %), отражательная способность достаточно велика (А до 45–50 %), значительное количество энергии проходит сквозь лист (45–50 %). Несколько слоев листьев могут иметь более высокую, чем один лист, отражательную способность (А до 85 %). В среднем ИК диапазоне вода