Fagstoff

Prinsipper for fjernanalyse

Publisert: 24.07.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Prinsippene som beskrives, har fokus på fjernanalyse brukt til jordobservasjon. For å kunne forstå anvendelsen av satellittdata, er det nødvendig med informasjon om f.eks. lys, stråling, instrumenter og tilgjengelighet av data.

Det elektromagnetiske spekteretSpekteret
Opphavsmann: Narom
Total innstrålingTotal innstråling og refleksjon
Opphavsmann: Narom

 

Stråling som treffer en satellittStråling som treffer en satellitt
Opphavsmann: Narom

 

ReflektansReflektans
Opphavsmann: Narom

 

 

 

 

Spektrale signarurerSpektrale signaturer for vann, vegetasjon og jord
Opphavsmann: Narom

 

Absorbsjon og refleksjon for frisk vegetajonAbsorbsjon og refleksjon for frisk vegetajon
Opphavsmann: Narom


Spektrale signaturer for ulik tSpektrale signaturer for grønt gress og noen treslag
Opphavsmann: Narom

Elektromagnetisk stråling er energi overført gjennom det tomme  rom eller et gjennomtrengelig medium ved elektromagnetiske bølger.
Bølgene kan variere over et vidt område i bølgelengde fra gammastråler (omkring ca.10-6 µm) til langbølget radiostråling (omkring ca.108 µm). Området mellom de to ytterpunktene kalles det elektromagnetiske spekteret.

Omtrent midt i spekteret, fra 0,4 til 0,7 µm, ligger et felt der det menneskelige øye oppfatter strålingen som lys. Like under 0,4 µm ligger den ultrafiolette strålingen, over 0,7 µm den infrarøde. Imellom registrerer nervecellene i øyet f.eks. 0,4 µm som fiolett og 0,7 µm som rødt.

Synlig lys

Fargen til et legeme vil altså avhenge av overflatens evne til å dels absorbere, dels reflektere elektromagnetisk stråling innenfor området for synlig lys. En hvit overflate vil reflektere all stråling, mens en sort vil absorbere alt. En gul flate vil reflektere synlig stråling av den bølgelengden øyet oppfatter som gult.
Alle legemer reflekterer noe av strålingen som den mottar. Forholdet mellom strålingen som reflekteres, og den totale strålingen, kalles albedo E1/E0.

Refleksjon og absorpsjon av stråling

Den strålingen som treffer en satellitt, kan være direkte sollys, stråling reflektert fra atmosfæren eller stråling sendt ut eller reflektert fra jorda. Den reflekterte strålingen kommer fra hav, land, skyer eller atmosfæren. Noe av strålingen fra jorda blir absorbert av skyene, og noe blir absorbert av atmosfæren.

Ved jordobservasjon er vi interessert i refleksjonene fra bakken, fordi den reflekterte strålingen vil inneholde informasjon om overflaten, og om stoffene i atmosfæren som har absorbert strålingen på vei opp.

Reflektans

Innen jordobservasjon med passive instrumenter (optiske sensorer) er den relative mengden av stråling som reflekteres i en viss retning – i dette tilfelle i retning av instrumentet (e1/E0) –, betegnet som reflektans.
Sendes hvitt lys mot en grønn plante, blir mesteparten av den røde og blå delen absorbert, mesteparten av den grønne delen reflektert. Derfor ser planten grønn ut i hvitt lys. Sendes rødt lys mot planten, vil mesteparten av lyset bli absorbert. Dermed ser planten mørk ut. Sendes grønt lys mot planten, vil en liten del av lyset bli absorbert og mesteparten bli reflektert slik at den ser grønn ut. Reflektansen er den andelen av strålingen i en bølgelengde som reflekteres. Hvis kun 10 % av den røde strålingen blir reflektert, er reflektansen 10 %. Hvis 30 % av den grønne strålingen reflekteres, er reflektansen 30 %.

Spektrale signaturer

Kartlegges reflektansen for grønne planter med stråling av mange bølgelengder, kan vi finne hvordan planten reflekterer lys for de forskjellige bølgelengdene. Da er det vanlig å fortsette med stråling også i den infrarøde delen av spekteret. Tegner vi reflektansen som funksjon av bølgelengden, får vi en kurve som er typisk for grønne planter. En slik kurve kalles en reflektanskurve eller en spektral signatur. Forskjellige grønne planter har forskjellig reflektanskurve.

Ulike overflatetyper kan skjelnes fra hverandre ved at de har forskjellige absorpsjons- og refleksjonsegenskaper som funksjon av bølgelengde.

Vi merker oss at vann er en total absorbator for bølgelengder over 0,8 µm. Fordi vann i vegetasjon absorberer stråling med bølgelengdene 1,4 µm, 1,9 µm og 2,7 µm, kommer dette frem på reflektanskurvene for vegetasjon. Figuren for spektrale signaturer viser tre minima nettopp for disse bølgelengdene. Dette signaliserer plantens vanninnhold. Når reflektanskurven for en plantetype måles fra satellitt, får vi altså informasjon om vanninnholdet i plantene, dessuten om veksttilstanden for vegetasjonen. Videre merker vi oss at frisk vegetasjon absorberer rødt og blått lys, mens grønt blir reflektert. Dette skyldes klorofyllets egenskaper.

Går vi et skritt videre, finner vi at forskjellige plantetyper absorberer ulike mengder stråling. Det er altså ikke bare fellesbegrepet planter som har en egen signatur. Hver enkelt plantegruppe har sin spektrale signatur. Dermed er det også mulig å skaffe informasjon om hvilken vekstfase plantene er i, eller om plantene har sykdommer.

Det at de spekrale signaturene for grønt gress og ulike treslag er forskjellige, gjør det mulig å skjelne mellom, dvs. klassifisere, forskjellige vekster. I illustrasjonen legger vi spesielt merke til at ulike refleksjonsegenskaper i det røde og nærinfrarøde området er viktige for å skjelne mellom ulike vekster. Hver plantesort vil dessuten ha en årssyklus, og det vil være mulig å bestemme om planten kan være utsatt for sykdomsangrep.

Satellittene registrerer den elektromagnetiske strålingen fra jordoverflaten mens de beveger seg utenfor jordens atmosfære. Instrumentene måler med andre ord bare lyset som slipper gjennom atmosfæren.

Molekylene i atmosfæren absorberer strålingen. Hvilke bølgelengder som blir absorbert, avhenger av luftens kjemiske sammensetning. Stort sett er det vann, karbondioksid, ozon og metan som absorberer hver sine bestemte bølgelengder. I tillegg til molekylene i atmosfæren vil støv, skyer og dis svekke strålingen til og fra bakken.

Satellittbilder som er dannet basert på mottatt refleksjon til instrumentet om bord på en satellitt, betegnes som et optisk bilde. Selve instrumentet betegnes som et optisk eller passivt instrument. Passivt fordi instrumentet selv ikke sender noe stråling fra seg, men kun mottar reflektert stråling.

Relatert innhold