![Page 1: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/1.jpg)
Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i
oceanów.Wykład 4.
Kolor OceanuKrzysztof [email protected]
![Page 2: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/2.jpg)
2
• Albedo planetarne Ziemi wynosi około 30 %
• Albedo samej powierzchni ziemi 14-15 %
• Pozostały wkład do albeda pochodzi od atmosfery (chmury, aerozolowe)
![Page 3: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Dlaczego kolor oceanu?
Jego pomiary dostarczają informacji o koncentracji fitoplanktonu, chlorofilu oraz rozpuszczonych cząstek w wodzie.
Jest to istotne z punktu widzenia
1) Produkcji biologicznej w oceanach (w oceanach zawarta jest około 1/3 części CO2)
2) Optyki oceanu3) Interakcji wiatru i prądów morskich z biologią oceanu4) Wpływu antropogenicznego na środowisko oceaniczne
![Page 4: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Kolor oceanu
• Jest zdefiniowany przez spektralna zależności promieniowania wychodzącego z wody (water leaving radiance)
• Jest wynikiem absorpcji oraz rozpraszania przez chlorofil, pigment oraz rozpuszczoną materię oceaniczną.
• Promieniowanie wychodzące z wody stanowi zaledwie kilka procent promieniowania dochodzącego do satelity. Dlatego ważna role odgrywa tu tzw. poprawka (korekcja) atmosferyczna i kluczowe staje się jej poprawne wyznaczenie.
![Page 5: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Spektralna zależność promieniowania wychodzącego z wody dla wysokiej (linia kropkowana) oraz niskiej (dolna linia ciągła) koncentracji chlorofilu. Górna linia przedstawia promieniowanie wychodzące z wody, które dochodzi do górnej granicy atmosfery.
![Page 6: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Widmo absorpcyjne chlorofilu
Chlorofil absorbuje znaczna cześć promieniowania czerwonego oraz niebieskiego tym samym rozpraszając światło zielone.
![Page 7: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Dygresja
![Page 8: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Albedo powierzchni oceanu -odbicie Fresnela
n1
sinsin
i
t
2
it
itp cosncos
cosncosR
Współczynniki odbicia:
i kat zenitalny promieniowania padającego,
t kat zenitalny promieniowania załamanego. 2
ti
tis cosncos
cosncosR
2i
t nsin1cos
Rp współ. odbicia (reflektancja) dla wektora elektrycznego równoległego do płaszczyzny padania (polaryzacja pionowa), Rs - współ. odbicia dla wektora elektrycznego prostopadłego do płaszczyzny padania (polaryzacja pozioma),
Współczynnik odbicia dla promieniowania niespolaryzowanego
sp RR21R
![Page 9: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Dla i=0o2
normal 1n1nR
Dla wody Rnormal=0.022 dla obszaru VIS
R 1 dla i 90o
Z wyjątkiem i =0 współczynnik odbicia pionowej składowej jest znacznie mniejsza niż składowej horyzontalnej.
Kat Brewstera Rp=0it cosncos i
22t
2 cosncos
2i
222
it
2 n/)sin1(nn
sin1cos
i244
2i sinnn
nsin1
i244
i22 sinnnsinn
)1n)(1n()1n(nsin 22
22
i2
1n
narcsin 2
2
i
![Page 10: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/10.jpg)
10
![Page 11: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Odstępstwa współczynnika odbicia wody od wzorów Fresnela
• Falowanie oceanu - powierzchnia wody nie jest plaska. Teoria Coxa-Munka z 1956 opisuje kształt powierzchni wody w zależności od kierunki i prędkości wiatru.
• Załamywanie grzbietów fal i pojawianie się piany prowadzi do wzrostu albeda powierzchni oceanu.
Przy prędkości wiatru 10 m/s piana pokrywa około 4% powierzchni, przy 15 m/s około 10-20% . Albedo samej piany zmienia się od 0.6-0.9.
• Dostające się do wody bąble powietrza z jednej strony zmieniają własności optyczne wody z drugiej zaś w czasie ich pękania emitowana jest do atmosfery sól morska oraz ładunki elektryczne.
![Page 12: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Elementy Teorii Coxa-Munka
• Statystyczne podejście do problemu kształtu powierzchni oceanu.
• Na podstawie fotografii sfalowanej powierzchni wody Cox i Munk stwierdzili, iż rozkład prawdopodobieństwa nachyleń powierzchni wody niewiele różni się od rozkładu gaussowskiego.
• Jedna z najprostszych formuł określających rozkład prawdopodobieństwa nachylania powierzchni wody ma postać:
gdzie w jest prędkością wiatru [m/s]
Bardziej zaawansowane rozkłady uwzględniają zależność szerokości rozkładu od kierunku wiatru i mają postać rozbudowanych wzorów empirycznych
![Page 13: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Ze względu na silna zależność reflektancji R od kąta padania i odbicia współczynnik odbicia opisywany jest za pomocą BRDF-u (dwu kierunkowego współczynnika odbicia), który zależy od 2 kątów padania i 2 kątów odbicia (zenitalny i azymutalny)
![Page 14: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/14.jpg)
14
• Współczynnik 2-kierunkowego odbicia w przeciwieństwie od albeda zdefiniowanego dla strumieni promieniowania nie zależy od własności optycznych atmosfery a jedynie od własności samej powierzchni odbijającej.
d
(,)
oo(,)
oooSAT cosF
)(I),(R
Definicja BRDF-u
powierzchni ziemi 'd'cos)'(I)(dI
),'(R
Definicja BRDF-u na górnej granicy atmosfery
![Page 15: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/15.jpg)
15
• Większość typów powierzchni ziemi wykazuje własności optyczne pomiędzy dwoma skrajnymi typami: idealnie gładka (odbicie zwierciadlane) oraz powierzchnia szorstką (Lambertsowska)
• W pierwszym przypadku współczynnik odbicia jest niezerowy jedynie dla kąta padania równego kątowi odbicia (odbicie Fresnela)
• W drugim przypadku radiancja promieniowania odbitego jest izotropowa.
• Określenie BRDF-u powierzchni ziemi jest kluczowe dla większości metod teledetekcyjnych. Bezpośredni pomiar BRDF-u możliwy jest jedynie w pewnych obszarach spektralnych.
![Page 16: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Odblask - Sun GlintZjawisko związane odbiciem zwierciadlanym (Fresnelowskim) od płaskiej powierzchni wody. Zależy ono od wzajemnego położenia Słońca i satelity oraz stanu morza.
![Page 17: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Albedo oceanu a albedo powierzchni oceanu.
• Ze względu na promieniowanie wychodzące w wody albedo oceanu jest na ogół inne niż albedo powierzchni oceanu.
• Chlorofil i zawarte w wodzie substancje zwiększają albedo oceanu.
• Ponadto zmieniają jego spektralną zależność – kolor oceanu
![Page 18: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Pomiary koncentracji chlorofilu – pomiary naziemneprzy użyciu przyrządu SIMBAD.
• Pomiar promieniowania bezpośredniego
• Pomiar promieniowania odbitego od powierzchni oceanu dla kąta odbicia około 45o (blisko kąta Brewstera)
• Pomiary w wąskich (10 nm) kanałach spektralnych: 443, 490, 560, 670, 870 nm.
![Page 19: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/19.jpg)
19
• Lw(z=a,,,) – water leaving radiance (radiancja promieniowania wychodzącego z wody) z kierunku (,) na wysokości a=z po wyżej powierzchni wody
• F - strumień promieniowana słonecznego• Remote Sensing Reflectance (Reflektancja zdalna)
określa jaka cześć promieniowania padającego na powierzchnie wody powraca do atmosfery pod kątem (,)
),az(F
),,,az(L,,R wRS
Definiujemy wielkości zwaną Remote Sensing Reflectance (Reflektancja zdalna)
![Page 20: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Znormalizowana radiancja promieniowania wychodzącego z wody zdefiniowana jest jako
Nwo
Nw )(LF
)(R
Zakładając ze powierzchnia jest typu Lamberta współ. odbicia związany jest z znormalizowaną reflektancją zdalną relacja:
o
*
F),,(IT
)(T)(L
)(L wNw
Nw
Nw
)550(R)443(R Wielkość silnie skorelowany z koncentracja
chlorofilu w wodzie
![Page 21: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Nw
Nw
)550(R)443(R5.0r
310
2101010 )r(log8.2)r(log5.0rlog2.1)C33.3(log
Koncentracja chlorofilu można wyznaczyć z następującego wzoru empirycznego
C wyrażone jest w [mg/m3]
Aby wyznaczyć Rw()N
musimy znać wpływ atmosfery na promieniowanie odbite od wody. W przypadku pomiarów naziemnych sytuacja jest znacznie prostsza w porównaniu z pomiarami satelitarnymi
![Page 22: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Spektralne pomiary reflektancji zdalnejMierzone wielkości: LSKY – radiancja nieba
Lmw – radiancja od powierzchni wody
Uwzględniając efekt odbicia promieniowania nieba mamy:
Lmw
LSKY
Lwaterw
i
SKYSKYmww LRL),,(L
RSKY – Fresnelowski współczynnik odbicia od wody
Musimy wyznaczyć wielkość Lwater (diagram) . Korzystamy w tym przypadku z prawa n2 :
2water
w nL
tL gdzie n jest współ. odbicia zaś t transmisją
t=1-RSEA/SKY
![Page 23: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/23.jpg)
23
• Opisana powyżej metoda jest poprawna dla płaskiego oceanu. W innym przepadku będzie prowadzić do istotnych błędów związanych z niewłaściwym oszacowaniem odbicia związanego z promieniowaniem nieba.
• Redukcja promieniowania nieba pojawiająca się w wielkości Lw może być efektywnie uzyskana poprzez pomiar poziomej składowej promieniowania odbitego dla kąta Brewstera.
• Ustawienie polaryzatora w płaszczyźnie poziomej sprawia, że efekt odbicia Fresnelowskiego jest minimalny. Wkład od promieniowania nieba związany jest tylko ze słabą składową pionową pola elektrycznego związaną z pofalowaną powierzchnią oceanu.
)LRL(R1
ntnL
L SKYSKYmw
SKY/SEA
22w
water
![Page 24: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Algorytm w SIMBADZIE
1) Obliczamy strumień na powierzchni oceanu
)F1(TTcosd
dFF cloud3OAo
2o
o
o
2/
cloud cos2e1ercov_cloudsF
cloud
o3O cos/3O eT
oARAYoATAY cos/)52.0(cos/)(A eeT
2o
dd
Korekcja związana z odległością Ziemia - Słońce
![Page 25: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/25.jpg)
25
2) Wyznaczenie wpływu powierzchni oceanu
F)nm870(RR
R cccfrac
cfrac12 R)nm870(RRR
2
3R
R
totdtoto1 FTcos
signalR
3OAtot TTT )F1(d
dF cloud
2o
totd
FRL 3
w
2o
o3
nwd
dFR
)L( 3
SRR
R
Korekcja związana z polaryzacja, współ. polaryzacji
Korekcja związana z odbiciem promieniowania nieboskłonu
Rc współczynnik odbicia zależny od prędkości wiatru
![Page 26: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Spektralna zmienność RSR
![Page 27: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/27.jpg)
27
![Page 28: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Poprawka atmosferyczna
• Radiancja obserwowana przez detektor umieszczony na satelicie:
)(I)(T)(I)(T)(I)(T)(I)(I wwcgdirpathTOA
Ipath() - radiancja promieniowania rozproszonego
Ig() - radiancja związana z odblaskiem słonecznym (sun glint)
Iwc() - radiancja związana z załamywaniem się fal (white caps), odbicie promieniowania całkowitego
Iw() - water leaving radiance
T() – całkowita transmisja atmosferyczna /)(
dir3OAReT
oo
*
F),,(IT
![Page 29: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Przyczynki do radiancji na górnej granicy atmosfery.
![Page 30: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Analogiczne równanie możemy zapisać dla współczynnika odbicia R
)(R)(T)(R)(T)(R)(T)(R)(R wwcgdirpathTOA
Następujące wyrażenia musza być właściwie wyznaczone:
Rpath(), Tdir ()Rg (), T ()Rwc (), T ()Rw ()
1) Tdir ()Rg () usuwa się zakładając maskę na odblask słoneczny (nie rozpatruje się obszaru nim objętego)
2) Rwc() szacuje się z wzoru empirycznego: 52.37
wc V1049.6R gdzie V jest prędkością wiatru w [m/s] na wysokości 10m
)(R)(R)(R)(R raarpath 3)
Rr i Ra współ. odbicia związane z rozpraszaniem Rayleigha oraz z aerozolami w przybliżeniu pojedynczego rozpraszania
![Page 31: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Rra – współ. odbicia związany z wielokrotnym rozpraszaniem na aerozolach o molekułach powietrza.
4) W bliskiej podczerwieni promieniowanie wychodzące z wody jest zaniedbywanie małe a wiec: Rw(750 nm)=0, Rw(850 nm)=0
5) Znikające wielkości Lw w bliskiej podczerwieni pozwalają obliczyć poprawkę atmosferyczną. Różnica pomiędzy obliczona i mierzona na satelicie radiancja określa promieniowanie wychodzące z wody która dociera do górnej granicy atmosfery.
![Page 32: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Przybliżenie pojedynczego rozpraszania
Rpath()=Rr()+Ra()
Rr – oblicza się z teorii Rayleigha dla danego ciśnienia na powierzchni ziemi z uwzględnieniem funkcji fazowej
Ra(750nm) oraz Ra(865nm) są wyznaczane na podstawie pomiarów satelitarnych. Definiujemy iloraz:
),,865(P)865()865(),,750(P)750()750(
)865(R)750(R
)865,750(o
*aaa
o*aaa
a
a
P*a jest zmodyfikowana na odbicie Fresnela funkcją fazowa
związana z rozpraszaniem na aerozolu.
Zakładamy ponadto, iż atmosfera jest płasko równoległa i składa się z dwóch warstw; górnej gdzie mamy tylko molekuły i dolnej zawierającej cały aerozol.
![Page 33: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/33.jpg)
33
• Ostatecznie pozostaje wyznaczenie wielkości (i,865) dla =443 oraz 550 nm na podstawie pomiarów (750,865)
• Po założeniu jednego z typów aerozolu (morski, troposferyczny, miejski, wiejski, pustynny) wyznacza się poszukiwana wielkość (i,865).
• Wybór modelu aerozolu zależny jest od typu przyrządu i dostępnych kanałów spektralnych. To zagadnienie będzie analizowane w czasie kolejnych wykładów.
![Page 34: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Kluczowe czynniki dla poprawki atmosferycznej
1) Rozproszenie wielokrotne2) Wpływ aerozoli absorbujących (potrzeba
znajomości profilu aerozolu)3) Istnienie aerozoli stratosferycznych4) Obecność chmur cirrus5) Polaryzacja promieniowania6) BRDF oceanu oraz jego falowanie
![Page 35: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Detektory satelitarne• CZCS (Coastal Zone Color Scanner) na satelicie NIMBUS 7, 1978-
1986• OCTS (Ocean Color and Temperature Scanner) na ADEOS 1996-1997• SeaWIFS (Sea-viewing Field of View Scanner) na satelicie Orbitview-2
od 1997 roku. • MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) na satelicie
Terra od 1999 oraz Aqua 2002
![Page 36: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/36.jpg)
36
CZCS
![Page 37: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/37.jpg)
37
SeaWIFSBand Wavelength
1 402-422 nm
2 433-453 nm
3 480-500 nm
4 500-520 nm
5 545-565 nm
6 660-680 nm
7 745-785 nm
8 845-885 nm
Orbit Type Sun Synchronous at 705 km
Equator Crossing Noon +20 min, descending
Orbital Period 99 minutes
Swath Width 2,801 km LAC/HRPT (58.3 degrees)
Swath Width 1,502 km GAC (45 degrees)
Spatial Resolution 1.1 km LAC, 4.5 km GAC
Real-Time Data Rate 665 kbps
Revisit Time 1 day
Digitization 10 bits
![Page 38: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/38.jpg)
38
• Poprawka atmosferyczna dla przyrządów MODIS oraz SeaWIFS jest wyznaczana na podstawie pomiarów własności optyczne aerozoli np. grubość optyczna aerozolu.
![Page 39: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/39.jpg)
39
![Page 40: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/40.jpg)
40
![Page 41: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/41.jpg)
41Cyrkulacja powierzchniowa oraz koncentracja chlorofilu oparta na danych z MODIS-a oraz SeaWIFS-a
![Page 42: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/42.jpg)
42
Chlorofil a cyrkulacja oceaniczna• Produkcja fitiplanktionu związana jest z dwoma
czynnikami: światłem słonecznym oraz substancjami odżywczymi (nutrients)
• Za substancje odżywcze odpowiedzialne jest zjawisko wypływania chłodnych wód oceanicznych na powierzchnie (upwelling) Fitoplankton rozwija się w obszarach upwelling (stref wypływania chłodnych wód głębinowych). Zaliczany do nich: związki azotu oraz fosforan
• Produktywność fitoplanktonu związana jest z ilością węgla organicznego zawartego w wodzie wyprodukowanego w czasie fotosyntezy.
• Komórki fitoplanktonu zawierają chlorofil więc obszary o wysokiej produktywności fitoplanktonu odznaczają się wysoką koncentracja chlorofilu.
![Page 43: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/43.jpg)
43
• Upwelling związane są z cyrkulacją Ekamana w warstwie granicznej oceanu. Jest procesem wznoszenia się chłodnych wód docierających do powierzchni oceanu. Powstaje w :
• rejonie zachodnich wybrzeży kontynentów• strefach dywergencji prądów morskich oraz• rejonie równikowym
• Upwelling jest bardzo dobrze widoczny na mapach temperatury powierzchni oceanu (SST) jako obszary o niższej temperaturze znajdujące się z reguły blisko linii brzegowej
![Page 44: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Cyrkulacja Ekamana w wodach przypowierzchniowych
Średni transport masy pod kątem 90 stopni
w prawo (półkula północna)
w lewo (półkula południowa)
do kierunku wiatru
![Page 45: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/45.jpg)
45
Upwelling
dywergencyjny
zachodnich wybrzeży
równikowy
![Page 46: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Upwelling równikowy powstający na prądach
równikowych
![Page 47: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/47.jpg)
47
![Page 48: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/48.jpg)
48
Typowa cyrkulacja Walkera
Cyrkulacja Walkera w czasie Al. Nino
![Page 49: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Koncentracja chlorofilu, SeaWIFS Sep 2004
![Page 50: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/50.jpg)
50
Dwa typy wód morskich• Klasyfikacja na podstawie stężenie chlorofilu w wodzie, który
warunkuje produkcję materii organicznej i tym samym wpływa na stężenie innych składników wody odziaływujących ze światłem.
• 1) wody pierwszego rodzajuto głównie otwarte wody oceaniczne, w których składniki optycznie aktywne (oprócz soli morskiej i samej wody) są autogeniczne czyli powstają lokalnie w wyniku funkcjonowania ekosystemów morskich. Wody charakteryzują się niskimi stężeniami chlorofilu (0.01-1 mg/m3).
• 2) wody drugiego rodzajuTo najczęściej wody przybrzeżne w których znaczną część substancji aktywnych optycznie jest pochodzenia alogenicznego tj. z dopływów ze źródeł zewnętrznych (transportowane z rzek i zanieczyszczonej atmosfery). Stężenie chlorofilu jest wysokie (1-30 mg/m3)
![Page 51: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/51.jpg)
51
Elementy optyki morza
Pozorne własności optyczne morza (apparent opticalproperties) w odróżnieniu od własności inherentnychzależą nie tylko od własności optycznych morza alerównież warunków oświetleniowych.Parametry określające własności optyczne ośrodka to:1) Współczynnik absorpcji2) Współczynnik rozpraszania3) Funkcja fazowa na rozpraszanie (indykatrysa)
Własności pozorne:
dz)z(dE
)z(E1)z(K
Współczynnik dyfuzyjnego osłabienia oświetlenia odgórnego
![Page 52: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Podobnie definiuje się wartości dla radiancji
dz)z(dE
)z(E1)z(K
Współczynnik dyfuzyjnego osłabienia oświetlenia oddolnego
dz),,z(dL
),,z(L1)z(K
Współczynnik dyfuzyjnego osłabienia radiancji
)z(E)z(E
)z(R
Reflektancja oświetlenia odgórnego na
głębokości z
)z(E)z(E
)z(R
Reflektancja oświetlenia oddolnego na
głębokości z
z
0E dz)z(K)z( Pozorna głębokość optyczna
![Page 53: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/53.jpg)
53
Index NDVI• Spektralna zależność współczynnika odbicia od
powierzchni ziemi zawiera informację o typie podłoża.• Własności odbijające powierzchni ziemi są z reguły
bardziej skomplikowane niż oceanu. • Jednak większość powierzchni wegetacyjnych wykazuje
podobne zachowanie dla długości fali około 0.7m• W obszarze tym występuje silna zmiana współczynnika
odbicia• Dla <0.7 m zawarty w roślinach chlorofil prowadzi do
silnej absorpcji i spadku współczynnika odbicia
![Page 54: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/54.jpg)
54
Spektralna zmienność albeda powierzchni ziemi
![Page 55: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/55.jpg)
55
Typowe wartości indeksu NDVINon-desert vegetation
0.01 - 0.75
Lakes, rivers, and ocean
negative values
Sparse desert vegetation
0-0.01
Clouds 0-0.075
![Page 56: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/56.jpg)
56
Zmiany współczynnika odbicia w bliskiej podczerwieni (NIR) opisywane są przez indeks NDVI (znormalizowany, różnicowy indeks wegetacyjny)
)VIS(I)NIR(I)VIS(I)NIR(INDVI
I(NIR) oraz I(VIS) są radiancja promieniowania odbitego w bliskiej podczerwieni i w obszarze widzialnym.
NDVI mówi nam o zawartości składnika wegetacyjnego w danym typie podłoża. Im większy indeks tym zawartość biomasy większa.
Przykład
W przyrządzie AVHRR (Advance Very Heigh Resolution Radiometer) w celu wyznaczenia NDVI wykorzystuje się kanał 1 (0.54-0.68 m) oraz kanał 2 (0.73-1.10 m).
![Page 57: Metody teledetekcyjne w badaniach atmosfery i oceanów . Wykład 4. Kolor Oceanu](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062520/56815e1a550346895dcc777f/html5/thumbnails/57.jpg)
57
Korekcja atmosferyczna
• Wartości I(NIR) oraz I(VIS) są mierzone na górnej granicy atmosfery a więc zawierają również przyczynek od atmosfery
• Imeas=Isurf+I*
• I* poprawka atmosferyczna często ogranicza się tylko do rozpraszania Rayleigha