ны излучения сравнима с размерами рассеивающих частиц. В этом случае коэффициент рассеяния есть коэффициент площади, определяемый как отношение фронта падающей волны, на который влияет частица, к площади поперечного сечения самой частицы. В самом общем случае с непрерывным распределением размеров частиц коэффициент рассеяния выражается зависимостью [7]

ax=WnN{a}K{a,n)a4a, (П.6)

где oi - коэффициент рассеяния на длине волны %, км"; N{a) - число частиц в интервале а - {a-{-.da); К{а,п) -коэффициент рассеяния (поперечное сечение); а - радиус сферических частиц; п - показатель преломления частиц.

Рассеяние Ми может существенно зависеть от длины волны, а может и не зависеть, что связано с характеристикой длины волны и коэффициентом площади рассеяния. В дистанционном зондировании рассеяние Ми обычно проявляется как общее ухудшение многоспектральных изображений во всем оптическом спектре при наличии в атмосфере густого тумана. При таких условиях капли воды в атмосфере значительно больше тех, о которых шла речь при рассмотрении рассеяния Релея.

Последний рассматриваемый тип рассеяния - неселективное рассеяние. Оно происходит, когда размер рассеивающей частицы гораздо больше длины волны излучения. Общее влияние рассеяния больших частиц есть сумма вкладов трех процессов, происходящих при взаимодействии излучения с частицей, т. е. отражения от поверхности частицы без проникновения, прохождения излучения сквозь частицу с внутренним или без внутреннего отражения и преломления на краю частицы. Неселективное рассеяние обычно имеет место в сильно запыленной атмосфере и приводит к сильному ослаблению полученных данных. СЗднако наличие такого рассеяния часто указывает на существование больших твердых примесей в атмосфере над исследуемой сценой, что само по себе иногда представляет полезную информацию.

При рассеянии атмосферой, с одной стороны, излучение отражается или преломляется частицами в атмосфере. С другой стороны, поглощение включает преобразование энергии падающего излучения в энергию движения молекул мешающей атмосферы. Составляющие атмосферу молекулы могут поглощать энергию либо с помощью поступательных колебаний, либо с помощью механизма вращения. Молекулярная структура составляющих атмосферу газов достаточно сложна, так что для определенного газа возможны несколько резонансных частот поглощения. Например, двуокись углерода поглощает излучение на нескольких длинах волн. В окрестностях этих критических длин волн поглощение атмосферы преобладает над рассеянием. 46

в других диапазонах спектра доминирующими факторами, влияющими на перенос излучения в атмосфере, являются рассмотренные ранее механизмы рассеяния.

На рис. П.8 приведен график пропускания в процентах слоя атмосферы в зависимости от длины волны. Этот график не учитывает влияние рассеяния. Пики графика указывают те области спектра, где излучение проходит через атмосферу с относительно малым ослаблением. Эти спектральные области называются атмосферными окнами.

На рис. II.8 также детально не показано поглощение в спектральной области ниже А, = 2,5 мнм. Там из-за наличия водяного пара в атмосфере имеются узкие полосы сильного поглощения на длине волны 1,4 и 1,9 мкм. Вода, имеющаяся в естественных материалах, также дает в этих спектральных диапазонах малое отражение (т. е. поглощение). Атмосферное молекулярное (релеевское) рассеяние и слой поглощения озона существенно ослабляют излучение при длинах волн меньше 0,3 мкм. Это приводит к идентификации атмосферных окон в спектральных диапазонах 0,3-1,3; 1,5-1,8; 2,0-2,6 мкм. Объединяя эту информацию с приведенной на рис. П.8, можно составить следующий список атмосферных окон:

о 3 5 7 9 11

Длина волны (мкм)

Рис. II.8. Количество излучения в процентах, проходящего через 2000-метровый слой атмосферы (парциальное давление -167 Па). (Источник: Справочник по геофизике [1], @ авт. права 1961 г., Компания Макмиллан. Используется по разрешению)

Атмосферные окна

Спектральные области (мкм)

0,3-1,3 1,5-1,8 2,0-2,6 3,0-3,6 4,2-5,0 7,0-15,0

Спектральные диапазоны в системах сбора данных дистанционного зондирования обычно выбираются из атмосферных окон 1, 2, 3 и 6, так как в этих спектральных областях влияния отражения и излучения отчетливо разделимы (см. разд. V.2 - обсуждение спектральной характеристики растительности и соответствующего влияния атмосферных окон).

Представленные здесь данные предполагают горизонтальный слой пропускания атмосферы с постоянной температурой, влажностью и давлением. Для наклонного слоя пропускания имеется очень мало количественных данных. Поскольку давление, тем-

пература и состав газов изменяются вдоль слоя, пропускание обычно предсказывается на основе теоретических вычислений. Чтобы определить пропускаемость атмосферы для данного наклонного слоя, сначала надо определить эквивалентный слой над уровнем моря для исследуемой поглощающей среды, а затем найти поглощение, характерное для исследуемого диапазона длин волн. На заключительном этапе устанавливается функциональная зависимость между пропускаемостью и поглощением, наилучшим образом подходящая к рассматриваемому наклонному слою. В тех случаях, когда общее поле зрения датчика, используемого для получения данных, достаточно велико, так, что длина слоя на краю общего поля зрения значительно больше, чем длина слоя в надире (вниз по прямой), очень важны расчеты наклонного слоя.

Л.З. Отражательная способность в дистанционном зондировании

Способ взаимодействия солнечного излучения с объектом определяет его отражательную способность. В гл. V рассмотрены многие детали взаимодействий объекта и энергии. В этом разделе будут рассмотрены геометрические аспекты отражательной способности, особенно относительно взаимодействия источника, объекта и датчика. Тщательное изучение отражательной способности включает рассмотрение оптических характеристик как датчика, так и объекта. Поэтому этот раздел начинается с обзора некоторых начал оптики, чтобы облегчить последующее изучение отражательной способности.

Обсуждение отражательной способности близко к изложению в работе Де Витта и Робинсона [8].

Обзор основ оптики

При описании оптических компонент датчика дистанционного зондирования необходимо говорить об оптических диафрагмах в критических узлах системы, формирующих изображение. Положение и размер этих диафрагм влияют на поток излучения, идущий через оптическую часть датчика, поэтому нужно получить основное представление о том, что такое диафрагмы и как они влияют на характеристики данных и их качество.

Хотя оптические системы дистанционного зондирования могут быть достаточно сложными, можно представить основные идеи диафрагм, используя простой пример с тонкой линзой. Тонкая линза имеет фокусное расстояние гораздо больше толщины линзы; это - элемент преломления. Обычно оптическая система дистанционного зондирования содержит и отражающие, и преломляющие элементы; однако основные понятия легче усвоить на примере с преломляющей системой тонкой линзы.

Рассмотрим тонкую линзу (рис. П.9). Все дефекты линз игнорируются и используется простая схема хода лучей для опре-48