< Попер   ЗМІСТ   Наст >

ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ КОМПОНЕНТІВ БІОСФЕРИ

ПРИНЦИПИ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ

Збирання, запис і аналіз інформації щодо об'єктів навколишнього середовища на відстані називається дистанційним зондуванням. Методи і техніка дистанційного зондування базуються на реєстрації поглинутої, відбитої або випромінювальної енергії, яка надає специфічні характеристичні ознаки основним компонентам біосфери.

Основні компоненти дистанційного зондування – джерело енергії, випромінювання, середовище, об'єкт, сенсор, система обробки та аналізу інформації.

Поширення електромагнітного випромінювання крізь атмосферу

Електромагнітне випромінювання під час проходження через атмосферу зазнає поглинання та розсіювання. Крім того, теплове випромінювання й розсіювання з інших напрямків вносить свій вклад у випромінювання, що реєструється. Отже, вплив атмосфери на електромагнітне випромінювання, яке несе інформацію про об'єкт навколишнього середовища, має бути обмеженим.

Поширення γ-випромінювання На інтенсивність γ-випромінювання, яке проходить через атмосферу на систему реєстрації, впливає вологість ґрунту. Збільшення вологості впливає на послаблення цього випромінювання.

Поширення випромінювання видимої та близької інфрачервоної області спектра. В видимому діапазоні основний вклад в ослаблення оптичного випромінювання вносять молекули та аерозолі атмосфери.

Основними молекулами атмосфери, які здатні поглинати оптичне випромінювання, є водяна пара, двоокис вуглецю, озон, кисень, оксид вуглецю, метан і оксиди азоту. Особливо багатими на лінії поглинання є асиметричні молекули, такі як Н2О, О3. Молекули, лінійні за своєю структурою ((CO2, N2O, NO, CO, О2, N2), мають меншу кількість ліній на спектральний інтервал, хоча спектри цих молекул можуть бути складними (як, наприклад, у молекули метану). Слід зауважити, що поглинання відбувається за рахунок переходів між коливальними та обертальними рівнями. Крім того, молекули основних компонентів атмосфери – азоту і кисню – внаслідок своєї симетричної структури позбавлені електричного дипольного моменту і не беруть участі в процесі поглинання.

За відсутності опадів атмосфера містить дисперговані тверді та рідкі частинки (льоду, пилу, ароматичних та органічних речовин, біологічних матеріалів), що мають розміри від кількох молекул до 40 мкм. Такі колоїдні системи, в яких газ (в наведеному випадку – повітря) містить дисперговані частинки, називаються аерозолями.

Під час взаємодії оптичного випромінювання із середовищем, внутрішня структура якого неоднорідна, має місце розсіювання випромінювання. Цей процес супроводжується поширенням частини випромінювання в напрямку, що відрізняється від напрямку поширення випромінювання, яке падає. Характер розсіювання оптичного випромінювання залежить від співвідношення між розмірами частинок середовища, які розсіюють, та довжиною світлової хвилі . Звичайно в атмосфері середньої прозорості розсіювання на аерозолях домінує, якщо довжина оптичного випромінювання перевищує 0,5 мкм.

Взаємодія оптичного випромінювання з атмосферою

Таким чином, проходження оптичного випромінювання через атмосферу характеризується процесами його поглинання та розсіювання атмосферними молекулами та аерозолями. Під час проходження через атмосферу оптичне випромінювання зазнає ослаблення, яке визначається за законом Бера:

(25.1)

де – коефіцієнт пропускання; – коефіцієнт ослаблення, 1/м; z – довжина оптичного шляху, м.

Коефіцієнт ослаблення залежить від процесів поглинання молекул , розсіювання молекул , поглинання аерозолів та розсіювання аерозолів , що присутні в атмосфері:

(25.2)

де індекси “М” і “А ” відповідають молекулам та аерозолям відповідно.

Класифікація систем дистанційного зондування

Дистанційні методи поділяються на два основні типи: пасивні та активні. Пасивні методи основані на вимірюванні природного теплового або відбитого сонячного випромінювання. Активні методи передбачають використання штучних джерел випромінювання (в першу чергу, лазерів) та реєстрацію відбитого випромінювання або флуоресценції об'єктів, що досліджуються.

Пасивні методи характеризуються певними обмеженнями: залежністю інформації, яка реєструється, від спектральних характеристик та положення Сонця, метеорологічних та кліматичних умов, оптичних параметрів атмосфери та ґрунту. За допомогою активних методів можна зондувати об'єкт вузькою спектральною лінією, що разом із плавним перестроюванням частоти дозволяє збуджувати певні атоми та молекули. Перевагою цих методів є мала розбіжність лазерного випромінювання, що дає змогу переносити енергію на великі відстані. Вони також характеризуються більшою чутливістю та просторовим розділенням. Недоліком активних методів є висока вартість.

Сучасні методи дистанційного зондування передбачають використання різноманітної апаратури – від переносних приладів та платформ до авіаносіїв і супутників.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >