Fernerkundung an der Universität Frankfurt am Main

Karteikarten und Zusammenfassungen für Fernerkundung an der Universität Frankfurt am Main

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Charakteristika der spektralen Signatur von Vegetation. 

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Nicht-selektive Streuung

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Elektromagnetische Strahlung

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Atmosphärische Fenster

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schwarzer Köper

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Stefan-Boltzmann-Gesetz

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Absorption in Atmosphäre

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Relfexion

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Passive Fernerkundung

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Emission von Strahlung

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Planck'sches Strahlungsgesetz

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Rayleigh-Streuung

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Fernerkundung

Charakteristika der spektralen Signatur von Vegetation. 

  • Sichtbarer Bereich:

--> Strahlung wird von Blattpigmenten absorbiert

-->besonders Absorption im blauen und roten Spektralbereich

--> daher grüne Vegetation

Reflexionsanstieg im nahen Infrarot 

--> Plateau zwischen 0,7um und 1,3 um

--> starke Reflexion durch interne Zellstruktur (Schwamm-Mesophyll) des gesunden Blattes

  • bei 1,4um, 1,9um und 2,6um (MIR) Wasserabsorptionsbänder

--> Reflexionsgrad wird nach Wassergehalt reduziert

  • Red-Edge Übergang Rot zu NIR

--> Absorption von rot 


Fernerkundung

Nicht-selektive Streuung

Streuung durch Luftbestandteile mit einem Durchmesser, der die jeweiligen Wellenlängen erheblich überschreitet (z.B. Dunst, Wolken, Nebel), 

Durch sie werden alle Wellenlängen gleichmäßig gestreut.

 

-->Wolken, Wassertropfen, Eiskristallewellenlängenunabhängig: starke Streuung aller Wellenlängen 

-->Wolken, Nebelbänke erscheinen weiß

Fernerkundung

Elektromagnetische Strahlung

  • Grundkomponenten: Sender – Objekt – Empfänger (z.B. Sonne – See – Sensor) 
  • ES ist Energieträger. Sie besteht aus einem elektrischen Feld und einem dazu rechtwinklig angeordneten, magnetischen Feld. 
  • ES wird mit Lichtgeschwindigkeit in Form von Wellen übertragen.
    Lichtgeschwindigkeit = Wellenlänge x Frequenz 
  • Je Kürzer Wellenlänge desto höher Energie 
  • Ladungsträger mit T > 0 K (-273,15 °C) geben elektromagnetische Wellen ab

 

Fernerkundung

Atmosphärische Fenster

Wellenlängenbereiche, die für solare Einstrahlung und terrestrische Ausstrahlung durchlässig sind. 

-->Hauptfenster 0.3 – 2.4, 3.5 – 4.1, 8 - 13 μm (und λ > 25 mm) 


Diese Wellenlängenbereiche werden in der Fernerkundung verwendet um möglichst störungsfreie Bilder zu erhalten 

Fernerkundung

schwarzer Köper

  • Körper, der dadurch ausgezeichnet ist, daß er die gesamte auftreffende Energie der elektromagnetischen Strahlung absorbiert. 
  • unabhängig von der Einfallsrichtung und Polarisation
  • Eigenschaften materialunabhängig und lediglich durch die Temperatur definiert
  • nicht realisierbar--> keine Materie bekannt die gesamte Strahlung emittiert

 

Fernerkundung

Stefan-Boltzmann-Gesetz

  • Wie viel Energie wird bei gegebener Wellenlänge ausgestrahlt? 
  • Schwarzer Körper gibt Energie proportional zur 4. Potenz seiner absoluten Temperatur ab 
  • Je heißer desto mehr Energie wird abgestrahlt

Fernerkundung

Absorption in Atmosphäre

- tritt auf, wenn die Atmosphäre die Transmission von EMS zu stark dämpft/ verhindert. 

- Hauptverantwortliche Gase für Absorption: 


Ozon

0,1 – 0,3 ppm in Stratosphäre è Bildung durch Interaktion von UV-Strahlung mit O2- Molekülen


Wasserdampf

280 ppm in unterer Atmosphäre 

-->Absorption von der Erde emittierter EMS im MIR und TIR 

--> mitverantwortlich für natürlichen Treibhauseffekt 

 

Kohlenstoffdioxid

0-3% in unterer Atmosphäre 

--> Stärkster Absorber 

Fernerkundung

Relfexion

EMS trifft auf Grenzschicht auf und wird zurückgeworfen. 

1. Glatte Oberfläche: Spiegelnde Reflexion

2. Raue Oberfläche: - Diffuse Reflexion (In bestimmte Richtungen gestreut) 

3.Isotrope Reflexion (In alle Richtungen gleich) 


  • Wellenlängenabhängig (z.B. Blätter) 
  • Reflexionsgrad p = Albedo = Reflektierte Strahlung durch einfallende Strahlung 
  • Alle Oberflächen reflektieren in verschiedene Richtungen unterschiedlich stark, und das abhängig von der Wellenlänge 
  • -->BRDF – Bidirectional reflectance distribution function

Fernerkundung

Passive Fernerkundung

Das reflektierte Sonnenlicht oder die von den Oberflächen emittierte Strahlung (bsp. Wärmestrahlung von Erde und Wolken) wird aufgezeichnet

Fernerkundung

Emission von Strahlung

Emission, Aussendung von Wellen- oder Teilchenstrahlung durch Atome, Moleküle, Ionen, Flüssigkeiten oder Festkörper.

Fernerkundung

Planck'sches Strahlungsgesetz

  • Beschreibt Emission von schwarzen Körpern,
  • spektrale Strahldichte abhängig von Wellenlänge und absoluter Temperatur des Körpers
  • Jeder Körper mit einer Temperatur größer als der absolute Nullpunkt sendet elektromagnetische Strahlung aus, die in Relation zur Temperatur des Körpers und zur Wellenlänge steht
  • Damit wird die spektrale Energieverteilung der Strahlung eines schwarzen Körpers beschrieben.
  • In der Fernerkundung ist das Plancksche Strahlungsgesetz u.a. bei der Konzeption von Sensoren von Bedeutung. Es dient dabei zur Bestimmung der Energiemaxima strahlender Körper (Sonne, Erde), da passive Fernerkundungsverfahren lediglich die reflektierten Anteile dieser Strahlung aufzeichnen.

Fernerkundung

Rayleigh-Streuung

·       Streuung an Teilchen mit Durchmesser kleiner als Wellenlänge der Strahlung

-->Luft-Moleküle

·       wellenlängenabhängig: je kurzwelliger, desto stärkere Streuung 

·       bei klarer Atmosphäre dominiert Rayleigh-Streuung blauer Wellenlängen

 --> Himmel erscheint blau 

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