1. חישה מרחוק סביבתית - הרצאה 5 החזרה והעברה באטמוספירה Environmental Remote Sensing Lecture 5 Atmospheric Reflection and Transmission

2. אופטיקה גאומטרית λ r
האטמוספירה מתנהגת הן כחלקיק גאומטרי רגולרי (חוקי החזרה ושבירה) והן כחלקיק לא רגולרי (פיזורים שונים ריילי, מי).

3. חוקי שבירה והחזרה
θinc
θref m1 m2
θtra
חוק ההחזרה
חוק סנל

5. משטחים מחזירים: ספקולרי/למברטיאני
Lambertian
Specular
להוסיף תמונת עננים אלטוסטרטוס וקומולוס
cumulus
stratus

6. החזרה ממשטח גדול פונקצית ההחזרה R והאלבדו A
Reflectance:
Figure 5.4, p. 103 Petty
Albedo:
Why 1/pi?

7. מקורות הקרינה באטמוספירה – השלכות לפונקצית ההחזרה
קרינת שמש ישירה Direct solar beam (one direction)
קרינה מפוזרת Scattered radiation
(multiple directions, downward)
bidirectional reflection function (BDRF):
החזרה של קרינת שמש ישירה

8. פליטה ובליעה – חוק קירכהוף
משיקולי שימור אנרגיה
חוק קירכהוף (Kirkhoff) – האמיסיביות ε (יעילות הפליטה) של משטח באורך גל נתון שווה לחלק היחסי של הקרינה הפוגעת הנבלעת באותו אורך גל.
לשאול את קרן כל חוק קירכהוף
משטחים שהם בולעים טובים הם גם פולטים טובים
משטחים שמחזירים היטב הם פולטים גרועים

9. פליטה ובליעה – חוק קירכהוף
שתי הערות חשובות:
עוצמת הפליטה הנמדדת תלויה בפונקצית פלנק אשר תלויה בטמפרטורה וספציפית לאורך הגל. לכן הבליעה היא אינדיקציה לפליטה רק באורך הגל המתאים.
גרף פונקצית פלנק

10. פליטה ובליעה – חוק קירכהוף
2. לעיתים קשה להבחין בין קרינה
מפוזרת לנפלטת באורך גל נתון.
פתרונות:
(א) מדידת רפלקטיביות
באורך גל הנראה שם הפליטה
נמוכה
(ב) מדידה באורך גל של
פליטת כדוה"א (NIR) ולהסתכל
על גופים הפולטים חזק ומחזירים
חלש
(ג) מדידות בשני אורכי גל,
נראה ו-NIR.
להוסיף גרף פליטה של כדוה"א והשמש

11. החזרה באטמוספירה
TOA
SFC
Reflectance
Reflection
Direct

12. העברה באטמוספירה
TOA
SFC
Transmittance
Transmission
Direct

13. כעת...
TOA
SFC
...אך לא כל הפרמטרים רלוונטיים בכל אורכי הגל...

14. בליעה ע"י מולקולות שונות באטמוספירה

15. קרינת השמש וכדוה"א TOA SFC TOA SFC
: solar radiation = shortwave radiation:
TOA
SFC
: terrestrial radiation = longwave radiation:

16. ? = absorptivity + transmission = absorptivity + albedo עבור נחלק ב-
ונקבל
= absorptivity + transmission
= absorptivity + albedo
מה כתבנו עבור משטחים? ?
As mentioned in the previous lecture, there is an added complication here. At terrestrial wavelengths, the atmosphere emits too (refer to Figure 8-3 Jensen)
What we measure from space is not just radiation emitted from the surface that is transmitted through the atmosphere, but also radiation emitted by that atmosphere itself. The conservation of energy is still true, but does not allow us to predict how much total radiation leaves the TOA. For that, we need another equation.
Assume that at terrestrial wavelengths, the atmosphere does not reflect/scatter and that the atmosphere emits but is not a black body:
נניח אורך גל של הקרקע, האטמוספירה אינה מפזרת/מחזירה ופולטת אך לא כגוף שחור

17. אמיסיביות הקרקע קרובה ל- 1.0 אטמוספירה דקה (למברטיאנית)
מה מקור הקרינה?
נניח כי:
אמיסיביות הקרקע קרובה ל- 1.0
אטמוספירה דקה (למברטיאנית)
ניתן לכתוב (מעמוד קודם)
Now, for a surface, we said that according to Kirkhoff’s law, . This is also true for a gas in local thermodynamic equilibrium (the atmosphere up to km). In that case, we can write:
So now we have an equation for a thin atmosphere that at terrestrial wavelengths does not scatter/reflect, that emits but not like a black body, and lies over a surface that absorbs and emits like a black body. Such an equation can be used in certain restricted applications in remote sensing.
מחוק קירכהוף (ומתאים גם לגז הנמצא בשווי משקל תרמודינמי מקומי)

18. נבחן מקרים נוספים (יותר ריאליים)
אמיסיביות הקרקע קטנה מ- 1.0
איבר הפליטה מורכב יותר
וקיימת החזרה על פי

19. נבחן מקרים נוספים (יותר ריאליים)
2. האטמוספירה איננה דקה
תלות בגובה באיברים
ניתן להוציא פרופיל טמפרטורה
בליעה של קרינה הנפלטת
משכבות תחתונות ע"י שכבות עליונות
הבליעה וההעברה תלויות זוית (מסלול)

20. putting all of the processes together
Direct transmission to surface – scattering, reduce absorption
Scattering solar radiation to sky – disturbance to signal
scattering to surface – scattering, absorption increase signal
Direct solar reflection from surface to sky from neighboring area – disturbance to signal
Direct solar reflection from neighboring area then reflected to ground sensor.
Figure 2-20, p. 50 Jensen
path 1: direct solar beam transmission to surface sensor – effects: scattering, absorption reduce signal
path 2: scattering of solar radiation into sky sensor – disturbance to signal
path 3: scattering into direction of surface sensor – effects: scattering, absorption increase signal
path 4: direct solar beam reflected by surface to sky sensor from neighboring area – disturbance to signal
path 5: direct solar beam reflected by neighboring surface, then scattered into ground sensor
paths 1,3,5: then reflect off of target to sky sensor