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Licht als elektromagnetische Welle

Das elektromagn.
Spektrum

Schwarzer Strahler

Atmosphärische
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Streuung

Reflexion und Absorption

Anwendung:
NDVI

Wechselwirkung Strahlung und Materie 

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Reflexion und Absorption


Strahlungsverlauf in einem Blatt

Die auf die Erdoberfläche einfallende Globalstrahlung wird von den Objekten jeweils zum Teil aufgenommen (absorbiert), zurückgestrahlt (reflektiert) und durchgelassen (transmittiert).

Die in der Fernerkundung eingesetzten Aufnahmesysteme messen hauptsächlich die reflektierte Strahlung (außer den Systemen, die die Thermalstrahlung erfassen). Dabei hängen die Reflexionseigenschaften der Geländeobjekte vor allem von dem jeweiligen Material, seinem physikalischen Zustand (z.B. Feuchtigkeit), der Oberflächenrauhigkeit und den geometrischen Verhältnissen (Einfallswinkel der Sonnenstrahlung, Beobachtungsrichtung) ab. Die Rückstrahlfähigkeit im sichtbaren Bereich wird als Albedo bezeichnet, wobei die Albedo das Verhältnis der reflektierten zur absorbierten Strahlung angibt. Körper, die alle sichtbare Strahlung reflektieren, erscheinen weiß, haben also eine hohe Albedo, während schwarz erscheinende Körper Strahlung stark absorbieren, also eine niedrige Albedo aufweisen. In der Natur liegen die Albedowerte zwischen diesen Extremen.

Wie wir bereits gesehen haben, können in der Fernerkundung neben dem Bereich des sichtbaren Lichts auch Strahlungen aus weiteren Spektralbereichen gemessen werden. Entscheidend ist nun, dass jedes Objekt einen bestimmten spektralen Reflexionsgrad in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlung aufweist. Werden nur die Intensitäten der reflektierten Strahlung in eng begrenzten Spektralbereichen (den Kanälen) erfasst, so spricht man von Spektralsignaturen.

 

Die wichtigsten spektralen Signaturen:


Die Balken 1,2,3,4,5,7 stellen die Bereiche der entsprechenden Kanäle des Landsat-TM dar.
Durch Mausklick auf einen Balken, können die entsprechenden Landsatbilder aus der 
Umgebung von Sonthofen aufgerufen werden !

Die gezeigten spektralen Reflexionsgrade verschiedener Oberflächen wurden aus empirischen Untersuchungen ermittelt. Sie sind daher nicht feststehend, sondern können für unterschiedliche Regionen und Zeitpunkte durchaus unterschiedlich ausfallen. In der Tendenz können diese Reflexionsgrade jedoch als Grundlage zur Deutung von Fernerkundungsdaten verwendet werden.

Aufgabe:  Überprüfe das  Reflexionsvermögen der verschiedenen Untergründe für die Landsatbilder von Sonthofen 

Besonders wichtig ist der charakteristische Unterschied zwischen dem sichtbaren und dem infraroten Spektralbereich. Dies ist z.B. für das Erkennen kranker Pflanzen wichtig. Im sichtbaren Bereich können alle Blätter einer Baumgruppe grün erscheinen (Grün wird reflektiert, Rot und z.T. auch Blau werden absorbiert). Im nahen Infrarot hingegen reflektieren gesunde Blätter sehr stark (was vor allem auf der starken Reflexion durch das Schwammparenchym beruht), während kranke Blätter die infrarote Strahlung stark absorbieren. Mit Hilfe des Infrarot können wir daher in der uns einheitlich grün erscheinenden Baumgruppe die geschädigten Bereiche herausfinden. Zugleich kann der Bereich des nahen Infrarot zur Unterscheidung von Laubblättern und Nadeln herangezogen werden: Blätter von Laubbäumen reflektieren im nahen Infrarot deutlich mehr der eingefallenen Strahlung als Nadeln. Dabei weisen die Nadeln der Lärchen höhere Reflexionen auf als die der Fichten, Kiefern und Tannen.

Einzelheiten zur Photosynthese vergleiche     http://www.drd.de/helmich/bio/stw/reihe4/photosynthese.html
Einzelheiten zur Absorption von Chlorophyll:    http://www.drd.de/helmich/bio/stw/reihe4/licht/licht00.htm

Die Reflexion von Böden und anderen Materialien nimmt mit zunehmender Feuchtigkeit über den ganzen Spektralbereich ab. Deshalb wird feuchter Boden in Luft- und Satellitenbildern stets dunkler wiedergegeben als trockener.

Emission und Absorption des OH-Moleküls:
OH Vibrations-Rotations-Spektren:    http://www.physik.uni-bielefeld.de/~projekt/h2spekt/index.html

 

Quelle:    http://www.uni-kiel.de/ewf/geographie/forum/unterric/material/einf_fe/kapitel_4_reflexion.htm

Literatur:    

Reflexion:    
E: Hecht: Optik    Seite 151 - 158  

Reflexion und Transmission:    
E: Hecht: Optik    Seite 185 - 190  

Alltägliche Aspekte der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie !!!    GUT für SATGEO  !!!
E: Hecht: Optik    Seite 205 - 211  



Erstellt im Rahmen des Projektes ENGL/EMIR von Carsten Stech (stech@geographie.uni-kiel.de)
Anregungen, Tips, Kommentare erdkunde@ewf.uni-kiel.de