Ατμόσφαιρα και ακτινοβολία

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Η ατμόσφαιρα της γης αποτελείται κυρίως από άζωτο2, 78%), διοξείδιο του άνθρακα (CO2, 21%), υδρατμούς (Η2Ο) και όζον (Ο3) που κατά κύριο λόγο κυριαρχούν στις αλληλεπιδράσεις της με την ηλιακή ακτινοβολία. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ομοιόμορφα αναμεμειγμένο σε ύψος μέχρι και 100 Km.[1] Η αλληλεπίδραση του διοξειδίου του άνθρακα με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (ΗΑ) είναι έντονη στο υπέρυθρο, κοντά στα 4.3 μm και στα 15 μm. Διαδραματίζει κυρίαρχο ρόλο στις αλληλεπιδράσεις της ενέργειας στη μεσόσφαιρα (50 έως 90 Km) η οποία ψύχεται εξαιτίας της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας του διοξειδίου του άνθρακα στα 15 μm.

Οι υδρατμοί παίζουν σημαντικό ρόλο στις αλληλεπιδράσεις με την ακτινοβολία στην τροπόσφαιρα (κάτω από 15 Km) εξαιτίας του ρόλου τους στο σχηματισμό των βροχοπτώσεων και των χιονοπτώσεων. Η συγκέντρωση των υδρατμών μεταβάλλεται δριμύτατα στο χώρο και το χρόνο. Στο επίπεδο της θάλασσας, η συγκέντρωση σε Η2Ο μεταβάλλεται από 0.01 g/m3 σε πολύ κρύο και ξηρό κλίμα μέχρι και 30 g/m3 σε θερμό και υγρό κλίμα. Η πυκνότητα των υδρατμών ελαττώνεται εκθετικά σε σχέση με το ύψος και έχει περιεκτικότητα της τάξης του 0.25% της ολικής ατμοσφαιρικής μάζας, σε μέση τιμή. Παίζει σημαντικό ρόλο στην αλληλεπίδραση με την ηλιακή ακτινοβολία λόγω της ισχυρής απορρόφησης των Η2Ο στο υπέρυθρο και τα μικροκύματα.

Το όζον επικεντρώνεται κυρίως σε ύψη από 20 έως και 50 km και η κατανομή του είναι εξαιρετικά ευμετάβλητη.[2] Απορροφά έντονα την υπεριώδη ακτινοβολία και δεν επιτρέπει μετάδοσή της σε μήκη κύματος μικρότερα από 0.3 μm. Υπάρχει ένα βασικό ερώτημα το οποίο πρέπει να απαντηθεί και διατυπώνεται ως εξής:
Ποια είναι η σχέση μεταξύ του τόνου του γκρι που καταγράφεται στην εικόνα και της πραγματικής εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας;

Μια ψηφιακή τιμή η οποία καταγράφεται σε κάποια θέση pixel δεν αντιστοιχεί στην πραγματική ακτινοβολία του στόχου, επειδή εξασθενεί λόγω απορρόφησης και σκέδασης της ακτινοβολίας μέσω της ατμόσφαιρας. Η ηλιακή ακτινοβολία εξασθενεί λόγω της απορρόφησής της από τα αέρια και αιωρούμενα σωμάτια (ονομάζονται και αεροζόλ) και από τα σύννεφα. Τμήμα της ηλιακής ενέργειας σκεδάζεται από τα σωματίδια της ατμόσφαιρας με αποτέλεσμα να υπάρχει απώλεια της ακτινοβολίας και εκτροπή της σε διάφορες κατευθύνσεις (σκέδαση). Επίσης κάποια ενέργεια προστίθεται στην ακτινοβολία του στόχου ως αποτέλεσμα της θερμικής εκπομπής ακτινοβολίας από την ατμόσφαιρα. Επιπλέον μέρος της ενέργειας που προέρχεται από άλλες διευθύνσεις προστίθεται στο ηλιακό κύμα ως αποτέλεσμα της σκέδασης με την ατμόσφαιρα. Με αποτέλεσμα να τροποποιεί τις φασματικές και χωρικές κατανομές της ακτινοβολίας η οποία προσπίπτει στη φυσική γήινη επιφάνεια. Επομένως το σήμα το οποίο φτάνει στο δέκτη και θεωρείται ότι προέρχεται από το pixel A του εδάφους στην πραγματικότητα έχει προέλθει από ατμοσφαιρική σκέδαση αλλά και από ακτινοβολία που προέρχεται από ανάκλαση από κάποιο γειτονικό pixel B του εδάφους. Επιπλέον η ακτινοβολία του στόχου – pixel A εξασθενεί καθώς διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα. Περαιτέρω επιδράσεις προέρχονται από τις μεταβολές της γεωμετρίας του ηλιακού φωτισμού, όπως το ύψος και το αζιμούθιο του ήλιου, της κλίσης του εδάφους και του προσανατολισμού του τοπογραφικού αναγλύφου. Ως συμπέρασμα οι μεταβολές τις οποίες υφίσταται η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (ΗΑ) κατά τη δίοδό της μέσα από την ατμόσφαιρα έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον στο πεδίο της τηλεπισκόπησης:

  • Είτε για τις επιπτώσεις τους στην ποιότητα των τηλεπισκοπικών δεδομένων (διότι αυτά δεν εκφράζουν ποσοτικά μόνο τα οπτικά μεγέθη τα οποία χαρακτηρίζουν τις οπτικές ιδιότητες της προς μελέτη επιφάνειας αλλά και της ατμόσφαιρας)
  • ή για περιβαλλοντικές / μετεωρολογικές εφαρμογές, όπου η ίδια η ατμόσφαιρα είναι το αντικείμενο μελέτης.

Για την αξιολόγηση των μεταβολών της ΗΑ λόγω της διέλευσής της από την ατμόσφαιρα πρέπει να γνωρίζουμε :

  • Τις φυσικές διεργασίες οι οποίες συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα,
  • Το μέγεθος των επιπτώσεων αυτών των διεργασιών στην ακτινοβολία η οποία καταφθάνει στο δέκτη,
  • Τις επιπτώσεις στα τελικά τηλεπικοπικά δεδομένα.

Για την εξάλειψη των ατμοσφαιρικών επιπτώσεων από τα τηλεπισκοπικά δεδομένα προτείνονται τα ατμοσφαιρικά μοντέλα διόρθωσης[3] [4] [5] [6] Τα ατμοσφαιρικά μοντέλα διόρθωσης προσεγγίζουν χωριστά την εκπεμπόμενη και την ανακλώμενη ακτινοβολία.[7]

Αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. 'geo.auth.gr':Σύνθεση της κατώτερης ατμόσφαιρας, March 30,2017
  2. ' Φυσικoχημικές ιδιότητες':Ozone,March 31,2017
  3. H. Hopfield, “Tropospheric Range Error at Zenith”, Committee on Space Research, 14th Plenary Meeting, working group 1, id. number a.15, edited by Applied Physics Laboratory, The Johns Hopkins Univerity, Maryland, 1971
  4. J. Saastamoinen, “Contribution to the Theory of Atmospheric Refraction,” Bulletin Geodesique, pp. 105-107, 1973
  5. Z. Li, “Correction of Atmospheric Water Vapour Effects on Repeat-Pas SAR Interferometry Using GPS, MODIS and MERIS Data,” Doctor of Philosophy, University of London, 2005.
  6. A. Saqellari-Likoka, V. Karathanassi: An Approach for Solving Rank-Deficient Systems That Enable Atmospheric Path Delay and Water Vapor Content Estimation. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 11/2008; 46(10-46). DOI:10.1109/TGRS.2008.921744
  7. ' Y. Kaufman et al. ': MODIS Quarterly Report, April 1996, March 30,2017