Особенности радиационного излучения земной поверхности

Основная характеристика электромагнитного излучения земной поверхности - частота электромагнитных колебаний. Зная скорость распространения света, легко можно пересчитать частоту излучения на длину электромагнитной волны.

Электромагнитные колебания имеют широкий диапазон длины волн. Если обратиться к спектру электромагнитных колебаний, то можно заметить, что видимый диапазон занимает лишь небольшой участок с длиной волны λ = 0,38-0,76 мкм. Видимое излучение с различной длиной волны воспринимается глазом как световое и цветовое ощущения.

Таблица 2. Спектральный состав видимого света

В этом интервале чувствительность глаза и других оптических приборов неодинакова и определяется функцией спектральной чувствительности человеческого глаза. Максимальное значение функции видности человеческого глаза соответствует длине волны λ = 0,556 мкм, что отвечает желто-зеленому цвету видимого участка спектра. При длинах волн, выходящих за рамки этого диапазона, человеческий глаз и аналогичные ему оптические приборы не реагируют на электромагнитные колебания, или, как принято говорить, коэффициент видимости равен 0.

Справа от видимого диапазона (в сторону увеличения) находится Диапазон инфракрасного излучения 0,76-1000 мкм, далее следуют диапазоны радиоволн ультракороткого, коротковолнового и длинноволнового диапазонов. Слева от видимого диапазона (в сторону уменьшения) располагается диапазон ультрафиолетового излучения, сменяющийся рентгеновским и гамма-диапазоном (рис. 5).

Рис. 5. Спектр электромагнитных колебаний

В большинстве случаев реальные тела излучают энергию в широком спектральном диапазоне. Дистанционные методы исследования основаны на изучении радиации земной поверхности и отраженной радиации внешних источников в различных диапазонах. Наиболее активный внешний источник облучения Земли - Солнце. Для исследователя важно знать, в какой части спектра сосредоточено наибольшее излучение исследуемого объекта. Кривая теплового излучений, характеризующая распределение энергии излучения нагретых тел, обладает максимумом, тем ярче выраженным, чем выше температура. При возрастании температуры длина волны, соответствующая максимуму спектра, сдвигается в сторону более коротких волн. Сдвиг излучения в сторону коротких волн мы наблюдаем при изменении цвета раскаленных предметов в зависимости от температуры. При комнатной температуре практически все излучение приходится на инфракрасную область (ИК-область) спектра. По мере роста температуры начинает появляться видимое излучение. Вначале оно приходится на красную часть спектра, в результате чего объект кажется красным. Когда температура повышается до 6000°К, что соответствует температуре поверхности Солнца, излучение распределяется таким образом, что создается впечатление белого цвета.

Общий поток излучения претерпевает значительные изменения, связанные с поглощением и рассеиванием лучистой энергии атмосферой.

В прозрачной атмосфере инфракрасное и микроволновое излучение рассеиваются значительно слабее, чем видимое и ультрафиолетовое. В видимом диапазоне рассеивание сине-фиолетовой части спектра заметно, по этому днем при безоблачной погоде небосвод голубой, а во время восхода и захода Солнца - красный.

Кроме рассеивания, происходит и поглощение излучения в коротковолновой части спектра. Ослабление проходящего излучения зависит от длины волны. Ультрафиолетовая его часть почти полностью поглощается кислородом и озоном атмосферы. В длинноволновой части спектра (инфракрасной) полосы поглощения обусловлены присутствием водяных паров и углекислого газа, для наблюдения используются "окна прозрачности". Оптические характеристики атмосферы, ослабление и рассеивание меняются в зависимости от времени года и широты местности. Например, основное количество водяного пара сосредоточено в нижнем слое атмосферы, и его концентрация в ней зависит от широты, высоты над уровнем моря, времени года и местных метеорологических условий.

Таким образом, приемник излучения, установленный на борту самолета или космической лаборатории, регистрирует одновременно излучение поверхности (собственное и отраженное), ослабленное атмосферой, и излучение атмосферной дымки (многократное рассеяние).

Успех дистанционных наблюдений земной поверхности со спутников и самолетов во многом зависит от правильного выбора участка спектра электромагнитных колебаний, в котором влияние газовой оболочки на излучение Земли минимально.