1. Спектральные диапазоны, используемые в дистанционных методах.

Суть дистанционного метода - регистрация всех излучений, исходящих от поверхности Земли. Все излучения – по сути электромагнитные колебания. Электромагнитный спектр – упорядочение магнитных волн по длинам волн. УФ, видимы диапазон и ИК диапазон – это оптический диапазон.

Таб. Зоны спектра, исп. в АКсъемке З.

Д-н	Зона сп-ра	Lволн	Виды съ-ки	t съ-ки	Обл. прим.
Микроволновый	дм	10-100см	Радиолокац.(акт.)	люб.tсуток	Голог,геобот,геофиз.;лед.разведка;термика вод и З.
	см	1-10см	Радиолокац.(пас.)
	мм	0,1-10см
ИК	Далекая ИК зона	8-20мкм	ИК-я (тепловая).Съ-ка сканирующими радиометрами..Лазерная	Люб.tсуток	Геолог.Исслед.вулк.д-ти и термальных вод.Изучение течений и загрязнений вод..Лед.разведка
	Ср. ИК зона	3-6мкм
	Ближняя ИК зона	0,78-3мкм	ТВ и фото- ИК съ-ка.Тепловая съ-ка радиометрами	ден	Изуч.раст-ти суши и вод.
Видимый	Оранжево-кр.	590-760нм	Фото:ЧБ,цвет.,спектрозональная. ТВ.	ден	Геогр.,геолог,эколог,картогр.
	Зелено-желт.	500-590нм
	синий	390-500нм
УФ	Ближ	0,32-0,38мкм	Фото-ие ч/з кварцевый объектив.	ден	Геолог.разведка
	Ср	0,28-0,32мкм
	дальняя	Не исп.,т.к. поглощ..земной атм.

Спектры:

• 1-390 УФ

• 0,39-0,76 видимый

• ИК

• Радио

Видимый спектр:

Ф	400-450
С	450-480
Г	480-500
З	500-560
Ж	560-590
О	590-620
К	620-760

ИК:

• Ближний 0,76-1,5 мкм

• Средний 1,5-3 мкм

• Дальний(тепловой) 3-1 мм

Радио:

• Микроволновый 1-1000 мм

• СВЧ

2.Виды излучений,используемые в дистанционных методах.Пассивные и активные методы.

Солнечное излучение, достигая З., частично отражается ее поверхностью, а частично поглощается, превращается в тепловую энергию и составляет собственное излучение З.Отраженное изл регистрируется видимым, ближним и средним ИК. Собственное – в тепловом и микроволновом диапазонах. В СВЧ диапазоне отраженное излучение активно.

Отраженная и излучаемая З. радиация имеет волновую и корпускулярную природу и представляет спектр ЭМ колебаний. Часть спектра от 0,4 до 0,7 мкм воспринимается человеческим зрением – видимая часть спектра.

Среди света, отражаемого поверхностью З., присутствуют лучи с длинами волн короче 0,4 мкм (УФ), и от 0,7 мкм до 3 мкм (ближний ИК).

Более длинноволновая часть спектра, где преобладает собственное излучение З., делится на ИК тепловой- и радиодиапазоны.

ИК тепловой диапазон (3-1000мкм) – это излучение земной поверхности в виде тепла, накопленного в рез-те превращеня световой энергии в тепловую; большая часть этого излучения поглощается атмосферой.

Радиодиапазон (более 1мм) включает не только собственное излучение З., но и излучение создаваемое искусственным источником.

Поступающее на земную поверхность солнечное излучение проходит ч/з атм., кот. преобразует его. Излучение одних участков спектра («окна прозрачности») почти беспрепятственно проходит ч/з атм., излучение др. отражается (рассеивается) или поглощается ею.

Пассивный и активный методы в ДЗЗ.

Зондирование – регистрация свойств не лежащих на поверхности объектов съемки. Фотоэлектронная съемка может быть пассивной и активной. Пассивная съемка заключается в регистрации солнечной радиации, отраженной З.поверхностью или собственного излучения З.объектов. При активной съемке местность облучается источником лучистой энергии, установленном на летательном аппарате; регистрируется отраженный сигнал или вторичное, стимулированное, излучение З.объектов. Обычная фотосъемка носит пассивный х-р. К активной принадлежат съемки с использованием радара, лазера. Пассивный предполагает что регистрируются те энергопотоки, которые сущ в природе. Активный предполагает, сто мы искусственно формируем зондирующий сигнал. Все излучения должны описываться по 3 характеристикам: интенсивность, спектральный состав, характер распространения в пространстве.

3. Спектральные характеристики объектов в видимом и ближнем ИК.

Оптические свойства:

1.Яркость – это то кол-во света/энергии, кот. отражает объект в опр. направлении. Я. зависит от самого объекта, его состояния (после дождя или в засушливом состоянии), освещенности (от высоты солнца, экспозиции склона, крутизны склона, ех: при низких высотах Солнца наклонные поверхности получают больше света нежели горизонтальные), угла визирования. Я.-динамическая х-ка.

Освещенность завис. от высоты С., экспозиции склонов.

2. Коэф. интегральной яркости, r – относительный показатель: отношение яркости данной поверхности В к яркости одинаково с ней освещенной идеальной рассеивающей поверхности В₀, отражающий весь падающий на нее свет :

r = B/B₀

3. Индикатриса(И.) отражения (рассеяния) х-зует пространственно-отражательную спосо-ть (ПОС). ПОС – св-во объектов, при кот. отраженное однородными элементами З. поверхности приходящее излучение распределяется в пространстве неодинаково. И. о. бывет 3 видов: ортотропная –отражение идёт равномерно во все стороны, зеракальная (угол падения равен углу отражения), антизеркальная (куда упало – туда и отразилось). И. представляет собой плавную поверхность, огибающую концы пучка векторов отражения.

4. Контраст, К - интервал яркостей ландшафта.

• Относительный – отношение яркостей двух объектов: K_o =B₂ / B₁= r₂ / r₁

• Визуальный – отношение разницы яркостных х-к двух объектов и яркости одного из них: K в = (B₂ – B₁)/B₂

5. Интервал контрастности, U – отношение макс на данном участке яркости к мин:

U = B max / B min = r _max/ r _min

6. Коэф. спектральной яркости, r_λ – х-ка отражательной способности объектов в ограниченных интервалах длин волн (аналог 2).

Графическое отображение r_λ – спектральная кривая, кот. определяют в ходе экспериментальных работ – спекторометрирование:

1. лабораторное – выполняют, чтобы орп. спектральное поведение объектов в завис. от остава и состояния

2. полевое – поведение отд. объектов самого низшего таксономического уровня (изучение сут./ сезон. динамики поведения)

3. воздушное – прир. комплексы высокого уровня

4. космическое – учет влияния атм-ры на сп. Объекта

4. Физические основы дистанционных методов в тепловом ИК-диапазоне.

Тепловой диапазон – обл. собст. теплового пассивного излучения (3 – 1000 мкм). Наиболее употребим в дист. методах 3-30 мкм.

3-5 мкм, 8-12 мкм – окна прозрачности в тепловом диапазоне.

1. Интенсивность излучения сравнивают с эталоном (абс. черное тело – идеал. Излучатель, коэф. излучения =1). Поведение абс. черного тела подчиняется з-ну Планка - макс излучение у нагретых тел смещается в более коротковолновую часть. З-н Планка позволяет предвычислить λ, на кот. приходится макс излучение. Описывается изотермой Планка (интенсивность зависит от t и λ):

и нт.

2. Коэф. излучения σ: λ

σ = М/ М _абс

М – интес-ть излучения объекта,

М абс – абс. черное тело, при одинаковом нагреве

По поведению σ все излучатели делятся на:

• серые – имеют пост. σ , нет спектра; спектральная кривая подобна изотерме Планка ( можно судить только о нагреве тела, а что за тело неизвестно)

• селективные (горные породы) – имеют непост. σ; по виду можно судить об объекте

5. Физические основы дистанционных методов в радиодиапазоне.

В радиодиапазоне (1мм-10 м) фиксируется как собственное излучение З, так и отраженное з.п. поверхностью излучение, создаваемое радиолокационной станцией. В наиболее коротковолновом участке ралиодиапазона (1мм- 1 м) – микроволновом регистрируются радиояркостные температуры. Микроволновый снимок регистрирует собственное излучение з.п. Его получают методом сканирования. На таких снимках различаются объекты с разными излучательными свойствами – почвы отлич по влажности, воды по солености, возраст морских льдов.

6.Спектральные характеристики горных пород.

Спектральная кривая – это графическое выражение коэф. спектральной яркости(х-ка отражательной способности объектов в ограниченных интервалах длин волн).

У г. п. отражательная способность в видимой части спектра растет с увеличением длины волны. Отражательная сп-ть г. п. – стабильна.

Спектральная яркость г. п. зависит от оптических св-в входящих в их состав минералов и химических элементов; от их дисперсности и влажности. Но поверхность г. п. в природе всегда не чистая, она покрыта корками, выцветами, налетами, спектры отражения кот. сущ-но отличаются от х-к исходной породы. Ех при хим выветривании пород с. к. приобретают макс в оранжево-красной зоне.

Отличительная особ-ть почв заключается в различиях в интегральной яркости при малых колебаниях по спектру. Наим ярк-ю обладают черноземы, наиб – сильнооподзоленные суглинистые почвы. В целом почвы малоселективны, т.е отражаемое ими излучение мало изменяется по спектру. Отражательная сп-ть сухих почв х-зуется плавным нарастанием яркости с увеличинием длины волны в интервале от 0,4 до 1,6-2,0 мкм и постепенным уменьшением до 2,5 мкм. Кривые спектральной яркости влажных почв имеют прогибы в зонах поглощения солнечного излучения водой при λ = 1,45 мкм и λ = 1,95 мкм.

На отражение солн света почвами влияют три осн группы в-в:

• светлоокрашенные соединения (карбиды, соед Si и Al), отражающие излучение равномерно, но значительно;

• темено гумуссовые в-ва, отражающие свет слабо и равномерно;

• соединения Fe, кот обуславливают селективность, неравномерное отражение, почвами солнесного излуч-я.

Влияние сод-я кремнезема: с увеличением оподзоленности почв растет ее яркость.

Различия содержания гумуса влияет слабо на спектральные х-ки почв, но изменяют интегральную яркость. При малом значении содержания гумуса зависимость коэф интегральной яркости почв – линейная, далее параболическая. Поэтому опр-ть сод-е гумуса с точностью до 0,5% можно по ярк-ти почвы, если оно не превышает 8-10%; при более высоком содержании гумуса различия в яркости не улавливаются.

Увеличение сод-я железистых соед-ий отражается как резкое увеличение яркости в оранжевой зоне спектра и четко выраженный макс в красной.

Влияние влажности существенно влияет на регистрируемую яркость: у влажных в 2 раза ниже (потому что они тёмные)5, чем у сухих, а вблиз ИК до 3 раз. Особенно у светлых почв.

Влияние гранулометрического состава: с уменьшением размера частиц коэф ярк-ти возрастает экспоненциально. Яркость почв зависит от макроструктуры поверхности. С укрупнением комьев увеличивается суммарная площадь затененных участков, возрастает неравномерность пространственного отражения.

7. Спектральные характеристики растительности.

Растительность обладает наибольшей спектральной селективностью. Отражательные св-ва р. п. опр-ся след. факторами:

• оптическим св-вами зеленых листьев;

• геометрией растений;

• отражательной сп-ю поверхности почвы, если р. п. не сплошной;

• структурой р. п., т.е. х-ром пространственного распределения растений.

Лучистая энергия в основном поглощается, 2-3% - отражается. Степень отражения зависит т воскового слоя листа, т.е. от вида растения.

Общ з-номерность с. к. зеленых растений6 в оптическом диапазоне они имеют два мин – в синем (0,45-0,47 мкм) и кр. (0,68-0,69 мкм) и два макс – в зеленом (0,54 – 0,58) и ближнем ИК (0, - 1,3) участках.

70-90% солн. Лучей синего и кр уч-в спектра поглощается пигментами листьев растений (хлорофилл); к зеленой зоне приурочен макс отражения.

На 0,7-0,8 мкм – резкий подъем кривой, х-зующий отражательную способность листьев. В ближ ИК обл листья отраж 40-50% и поглощ не менее 5 % падающего излучения. Высокое отр в данной обл («ик плато») объясняется многократным отражением света внутри полостей листа.

Отражательная способность здоровых растений в области более 1,3 мкм связана обратной зависимостью с сод-ем воды в листьях: чем оно больше, тем ниже яркость. Две полосы падения ярк-ти – 1,45 и 1,95 мкм.

Коэф спектр ярк-ти различны в разные периоды вегетации. В процессе развития происходит накопление хлорофилла, кот приводит к понижению ярк-ти.

При старениии или увядании листьев сод-е хлорофилла падает, а ярк-ть повышается в видимой части спектра, в ближ ИК – наоборот. На опт св-ва листьев также влияют стрессы: недостаток питательных в-в, засоленность почв, болезни. Кот. приводят к сниж хлорофилла.Кроны деревьев имеют более низкую ярк-ть (на 40 – 60%), чем отдел листья.

Геометрия растений х-зует расположение отд-х рассеивающих эл-в и сущ-но влияет на их отражательные св-ва. Происходит многократное отражение и пропускание света слоями листьев – увеличение отр-ой сп-ти в ИК обл. Мак отр-я (70 – 80%) – при восьми слоях листьев.

Значение ориентации листьев (гориз, верт или наклоненная) значительно.

Все вышеизлож отн к отд раст или листьям, в природе преобладают р. п., для кот важны след факторы:

• Почвенный покров

• Структура р. п.

• Направление падующего излучения и наблюдения.

Влияние отражательной сп-ти поверхности почвы проявляется, когда просветы м-ду р. п. и почвой меньше разрешающей сп-ти съемочной системы. В таком случаи ярк-ти раст и почвы интегрируются. Влияние почвы заметно в кр зоне спектра и проявл. В более высокой ярк-ти системы «поча – раст-ть»

Структура р. п. определяется чередованием в нем отд-х рассеивающих и погл-х эл-ов: листьев растений отд-х ярусов, наземного покроваи становится одним из главных факторов, обуславливающих его отражатн\ельные св-ва. Точного описания влияния стр-ры р. п. нет, т.к. она очень сложная и разная.