Optik, Strahlung, Fernerkundung at Universität Hamburg

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Was sind die Axiome der Strahlenoptik?

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Erläutern Sie die Begriffe Brechung und Beugung von Licht.

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Wie werden Bilder im sichtbaren und IR Bereich gemessen?

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Was ist AIRS?

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Wann lebte James Maxwell?

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Welche verschiedenen Bilder von Strahlung kennen Sie?

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Was ist der AVHRR?

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Wie lautet das erste Keplersche Gesetz?

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Wie lautet das zweite Keplersche Gesetz?

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Wie lautet das dritte Keplersche Gesetz?

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Was ist ein dispersives Medium?

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Warum ist Strahlung wichtig in der Meteorologie?


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Optik, Strahlung, Fernerkundung

Was sind die Axiome der Strahlenoptik?

  • Vorstellung: Licht breitet sich in homogenem Material  geradlinig aus. 
  • An der Grenze zwischen zwei homogenen isotropen Materialien wird das Licht im Allgemeinen nach dem Reflexionsgesetz reflektiert und nach dem Brechungsgesetz gebrochen. 
  • Der Strahlengang ist umkehrbar, die Lichtrichtung auf einem Lichtstrahl ist belanglos. 
  • Die Lichtstrahlen durchkreuzen einander, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Erläutern Sie die Begriffe Brechung und Beugung von Licht.

Brechung: Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle aufgrund einer räumlichen Änderung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit

Beugung: Ablenkung von Wellen an einem Hindernis

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Wie werden Bilder im sichtbaren und IR Bereich gemessen?

Sichbaren: Gemessen wird das reflektierte Sonnenlicht –> Wolken erscheinen hell (hohe Albedo)

IR-Bereich: Wolken sind kälter als der Erdboden –> haben daher weniger IR Abstrahlung und müssten schwarz erscheinen –> Umdrehen der Grauskala

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Was ist AIRS?

Atmospheric InfraRed Sounder

–> Instrument

  • Modernes hyperspektrales Instrument wie IASI
  • Teil von synergystischen Instrumenten – viele nacheinander
  • Horizontale Auflösung nicht so gut, dafür über 2000 Spektrale Kanäle
  • Liefert Temperaturprofil und Wasserdampfprofil
  • Vertikale Auflösung kommt aus der spektralen! Wissen über Absorptionbanden
  • Vertikal Profil von Spurengasen durch Vergleich von benachbarten Frequenzen

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Wann lebte James Maxwell?

James Clerk Maxwell

1831-1879

–> Maxwell Gl. essentiell für Beschreibung der Phänomene im Elekromagnetismus 

–> Zusammenhang zwischen E und B Feld, elektrischen und magnetischen Strömen

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Welche verschiedenen Bilder von Strahlung kennen Sie?

  • Wellenbild –> Maxwell Gleichungen 
  • Teilchenbild –> Einstein / Planck 
  • Strahlenbild –> Geometrische Optik 
  • Radianzbild (Energie/(Fläche, Raumwinkel, Frequenzintervall)) –> Strahlungstransfergleichung 
  • Energiebilanzbild –> Strahlungsflüsse, Heating Rates, Thermodynamik

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Was ist der AVHRR?

Instrument

  • Advanced Very High Resolution Radiometer –> Standard Meteorologischer Sensor für Bilder
  • Auf Polarumlaufenden Satelliten
  • Sowie SEVERI Instrument auf METEOSAT
  • Auf allen METOP und NOAA
  • Scannt fast 3000km und räumliche Auflösung 1km dafür spektrale nicht so gut
  • Für vieles Kanäle geschickt kombinieren

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Wie lautet das erste Keplersche Gesetz?

Die Satelliten bewegen sich auf elliptischen Bahnen. In einem ihrer Brennpunkte steht die Erde.

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Wie lautet das zweite Keplersche Gesetz?

Ein von der Erde zum Satelliten gezogener Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Wie lautet das dritte Keplersche Gesetz?

Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Satelliten verhalten sich wie die Kuben (dritten Potenzen) der großen Halbachse der Ellipse.

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Was ist ein dispersives Medium?

–> Dispersionsrelation ist die Beziehung zwischen der Kreisfrequenz ω und der Kreiswellenzahl k – Im einfachsten Fall proportional also keine Dispersion, wenn aber…

 𝑛 = 𝑛 (𝜈) , dann gibt es Dispersion. Man spricht dann von einem dispersiven Medium. Luft ist nicht dispersiv, Glas schon.

Optik, Strahlung, Fernerkundung

Warum ist Strahlung wichtig in der Meteorologie?


  • Optische Phänomene (Regenbogen, Halos)
  • Klima ergibt sich aus Gesamtstrahlungsbilanz der Erde 
  • Beiträge zur Diabatische Erwärmungsrate in der Atmosphäre: Strahlung (kontinuierlich und über große Abstände) Bsp. Latente Wärme, Turbulenter Fluss, fühlbarer Wärme, Direkte Wärmeleitung 
  • Fernerkundung oft einzige Informationsquelle

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