Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом, страница 20

3.5.1. Видимая и ближняя инфракрасная области

Видимая и ближняя инфракрасная области электромагнитного спектра в диапазоне от 0,4 до 2 мкм является наиболее важной для дистанционного зондирования земной поверхности. Большинство используемых приборов (за исключением предназначенных для тестирования земной атмосферы) работают именно в этом диапазоне, и получаемые данные понятны даже неподготовленным пользователям.

В меньшей степени используются столь же важные широкополосные оптические данные, полученные путем интегрирования отраженного излучения по всей видимой части спектра. Данные черно-белой (панхроматической) фотосъемки в этом смысле оказываются довольно грубыми, так как представляют усредненное по всему спектру альбедо. На рис. 3.23 представлены типичные значения альбедо различных материалов.

Самым низким альбедо обычно обладает водная поверхность. Коэффициент преломления воды для видимого света составляет примерно 1,33, так что при нормально падающем излучении коэффициент Френеля, вычисленный по формулам (3.33.1) или (3.33.2), равен 0,14 для амплитуды и 0,02 для интенсивности. Низкое альбедо чистой воды объясняется тем, что ее коэффициент преломления довольно близок к 1. Для природной воды в естественных условиях альбедо может быть либо несколько выше вследствие рассеяния от взвешенных в ней частичек, либо несколько ниже из-за поглощения. Коэффициент преломления чистого льда такой же, как у воды, но в естественных условиях лед обычно содержит включения из пузырьков воздуха значительной концентрации, являющихся причиной объемного рассеяния и, соответственно, более высокого альбедо.

Для облаков (представляющих собой совокупность мелких капелек воды или кристалликов льда), а также снега (смесь кристаллов льда, воздуха и, возможно, жидкой воды) альбедо зависит в основном от эффекта объемного рассеяния. Мы уже показывали в п. 3.4, что величина объемного рассеяния зависит от отношения _________________. Если мы, как и ранее, положим радиус капелек в облаке равным а = 2 • 10-5 м, то параметр размера частиц ______________________ окажется в несколько сот раз больше длины волны, так что сечение рассеяния будет порядка _____________________________. При показателе концентрации капелек N = 2107 м-3 коэффициент рассеяния будет порядка 0,02 м-1. А как рассчитать коэффициент поглощения? Из рис. 3.1 следует, что коэффициент поглощения в чистой воде составляет около 0,01 м-1. Но один кубометр облаков содержит только ________________________ = 7 • 10-7 м3 воды, так что коэффициент поглощения в облаке составляет в среднем 10-8 м-1. Таким образом, _________________________ и, следовательно, практически все попадающее в облако излучение рассеивается в нем при условии, что его оптическая толщина достаточно велика. Поскольку абсорбционная длина составляет порядка 50 м, выполнение этого условия вполне реально. Подобные же рассуждения справедливы и для снежных масс.

Для минералов, почвы и материалов, составляющих видимую часть городских территорий, типично альбедо 5—40 %. Определяющим фактором в данном случае служит коэффициент преломления, так как условия для возникновения объемного рассеяния здесь весьма ограничены. Понятно, что коэффициент преломления этих материалов несколько больше, чем у воды: его типичные значения лежат в пределах 1,6—4,5. Если материал влажный, то разница с коэффициентом преломления воздуха уменьшается и соответственно уменьшается отражательная способность. Почвы с большим содержанием органического материала, сильно поглощающего свет, также обладают пониженной отражательной способностью.