Физические основы дистанционного зондирования.
Дистанционное зондирование можно представить как процесс, посредством которого собирается информация об объекте, территории или явлении без непосредственного контакта с ними. Глаза являются прекрасным примером устройства дистанционного зондирования. Мы способны получать информацию об окружающей среде путем измерения количества и определения характера отражения энергии видимого света от какого-либо внешнего источника (например, Солнца или электрической лампочки) по мере того, как он отражается от объектов в поле зрения.
Данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) являются эффективным инструментом, позволяющим оперативно и детально исследовать состояние окружающей среды, использование природных ресурсов и получать объективную картину мира.
Дистанционное зондирование — это получение информации о земной поверхности (включая расположенные на ней объекты) без непосредственного контакта с ней путем регистрации приходящего от нее электромагнитного излучения.
Электромагнитный спектр.
Солнечное излучение.
Отражение и излучение поверхности Земли.
Излучательные свойства природных объектов.
Смысловая разница понятий «дистанционное зондирование» и «аэрокосмические методы».
Дистанционные методы понимают как любое изучение объекта, осуществляемое на расстоянии, без непосредственного с ним контакта. При аэрокосмических методах исследования информация об удаленном объекте (местности) передается с помощью электромагнитного излучения, которое характеризуется интенсивностью, спектральным составом, поляризацией и направлением распространения.
Окна прозрачности атмосферы.
Атмосфера поглощает часть отраженных лучей. Это поглощение избирательное и зависит от длины волны излучения. Поэтому при съемке поверхности Земли, необходимо учитывать указанный фактор. Существуют так называемые "окна прозрачности" атмосферы. Они представляют собой такие участки спектра электромагнитного излучения, которые не поглощаются атмосферой. При съемке поверхности Земли из космоса учитывают этот факт, а потому, съемку проводят только в окнах прозрачности. Окна прозрачности: 1) "большое окно": 0,3-1,3 мкм (видимый диапазон); 2) 0,74—2,40 мкм (инфракрасный диапазон); 3) 3,40—4,20 мкм (инфракрасный диапазон); 4) 8,0—13,0 мкм (тепловой инфракрасный диапазон); 5) 0,5 мм и более 10м (микроволновый и радиодиапазон - наибольшая прозрачность).
Длины волн спектра электромагнитных колебаний, используемых при аэро- и космических съемках.
Спектр э/м волн – последовательность э/м волн, классифицированная по их длинам. Большинство современных аэрокосмических методов основано на использовании оптических и ультракоротких радиоволн с длиной от 0,3 мкм до 3 м.
Оптические волны (0,001 – 1000 мкм): УФ (0,001 – 0,4 мкм), видимый (0,4 – 0,74 мкм) и ИК (0,74 – 1000 мкм). Ближний ИК (0,74 – 1,35), средний (1,35 – 3,5), дальний (3,5 – 1000). Субмиллиметровые волны: 0,1 – 1 мм.
Ультракороткие радиоволны: 1 – 10000 мм.
Сантиметровые и дециметровые волны: радиоволны СВЧ (K, X, C, S, L, P), часто микроволновый диапазон.
Видимая область спектра: применяемые методы и действующие ограничения.
Ближняя инфракрасная область спектра: применяемые методы и действующие ограничения.
На изображениях в обоих диапазонах зафиксирована отраженная земной поверхностью солнечная радиация. Солнечное излучение, достигая Земли, частично отражается ее поверхностью, а частично поглощается, превращается в тепловую энергию и составляет собственное излучение Земли.
Дистанционное зондирование в видимом диапазоне основано на наблюдении яркости рассеянного и отраженного земной поверхностью солнечного света. Камеры: МСУ-Э, NOAA.
Фотосъёмка: Спектральный диапазон фотографирования охватывает видимую часть ближней инфракрасной зоны (до 0,86 мкм).
Сканерная съёмка: во всех диапазонах, но предпочтительнее в этих двух.
Тепловая съёмка: ИК-излучение, проходя через атмосферу, избирательно поглощается, в связи с чем тепловую съемку можно вести только в зоне расположения так называемых "окон прозрачности" — местах пропускания ИК-лучей. 0,74—2,40; 3,40—4,20; 8,0—13,0; 30,0—80,0.
Спектрометрическая съемка: (0,30—1,40 мкм), фиксирующая спектральное распределение отражательного радиационного излучения, используется для измерения альбедо горных пород.
Ограничения: непрозрачность атмосферы – можно снимать только в «окнах прозрачности», поглощение излучения атмосферой, облачность, рассеяние (фиолетовый и синий цвета).