Прикладные вопросы дистанционного зондирования, страница 7

Термин яркостная температура т_Виспользуется для обозначения интенсивности теплового излучения» испускаемого земной поверхностью или атмосферой. Если бы излучающий объект был идеальным излучателем и поглотителем электромагнитной энергии, т.е. абсолютно черным телом, его яркостная температура равнялась бы абсолютной термодинамической. Если бы антенна была окружена абсолютно черным телом, антенная температура была бы равна его термодинамической температуре. Абсолютно черные тела в природе не существуют, и яркостная температура реальных излучающих объектов, таких как суша, море и атмосфера, всегда меньше их термодинамической температуры. Излучателъная способность объекта - это безразмерная величина, характеризующая степень его "черноты". Она определяется формулой:

e(θ, φ)=T_B(θ, φ)/T,

где  T_B(θ, φ) - угловое распределение яркостной температуры; Т -

абсолютная термодинамическая температура. Излучательная способность изменяется от 0 (идеальный отражатель) до 1 (абсолютно черное тело). Она зависит от состава материала и геометрической формы объекта, а также от частоты и поляризации, на которых ведутся наблюдения.

Яркостная температура излучения, падающего на установленный на борту космического летательного аппарата и направленный к Земле радиометр, обусловлена излучением земной поверхности и атмосферы. Яркостная температура складывается из собственного излучения суши или моря, восходящего излучения атмосферы и нисходящего излучения атмосферы, вторично рассеянного земной поверхностью в направлении антенны радиометра.

На частотах СВЧ-диапазона ниже 10 ГГц атмосферное поглощение и излучение пренебрежимо малы. Яркостная температура на этих частотах описывается простым выражением:

                            T_B = e_i(θ,φ)·T

где е_i - излучательная способность поверхности Земли (суши или моря); i - направление поляризации (горизонтальное или вертикальное), на котором ведется наблюдение; Т- термодинамическая температура поверхности (см. рис, 20). В Х-диапазоне и на более высоких частотах вклад атмосферы в яркостную температуру существен и должен учитываться. Ниже даётся в качестве примера краткое рассмотрение поведения яркостных температур морской поверхности и различных типов суши.

а). Яркостная температура моря. Яркостная температура моря зависит не только от термодинамической температуры, но и от степени его волнения (относительно длины волны излучения) и солёности, а также от угла наблюдения к надиру, частоты наблюдения и поляризации. Волнение морской поверхности, в свою очередь, зависит от скорости ветра. Яркостная температура спокойного (зеркального) моря при температуре 20°С и солёности 36%, измеряемая в надирном направлении, меняется от 90 К на частоте 1.4 ГГц до 110 К на 10 ГГц и 130 К на 37 ГГц. С увеличением угла от надира яркостная температура горизонтально поляризованной компоненты излучения падает, а вертикально поляризованной - растет. При уменьшении солёности от 36 до 0% (пресная вода), яркостная температура в направлении надира возрастает на несколько градусов.  С  уменьшением   длины   волны    принимаемого излучения чувствительность к волнению и ветру возрастает. Например, на частоте около 19 ГГц в направлении 55° от надира яркостная температура горизонтально поляризованной компоненты излучения почти линейно возрастает от 82 до 96К с увеличением скорости ветра от нуля до 14м/с (при условии, что на поверхности нет пены или барашков).

b). Яркостная температура морского льда. Излучательная способность морской поверхности, покрытой льдом, отличается от излучательных способностей льда и морской воды, взятых в отдельности. Морской лед представляет собой смесь собственно льда, соли, пузырьков воздуха и полостей с рассолом. Граница раздела лед-воздух может быть гладкой или шероховатой. На углах, близких к надиру, преобладают процессы поверхностного излучения, а на больших углах - процессы как поверхностного, так и объёмного рассеяния. Процессы излучения и рассеяния сложны и сильно зависят от длины волны и поляризации.