Capítulo 3 2014_pos

Princípios da Radiação

Eletromagnética

Interações da Energia Eletromagnética

Energia registrada por um sistema de sensoriamento remoto sofre

interações fundamentais que devem ser entendidas de forma que os

dados sejam interpretados corretamente. Por exemplo, se a energia que é

observada vem do Sol, a energia:

• é radiada pelas partículas atômicas na fonte (o Sol),

• viaja no vácuo espacial à velocidade da luz,

• interage com a atmosfera da Terra,

• interage com a superfície da Terra,

• interage com a atmosfera da Terra novamente, e

• finalmente chega ao sensor, onde ela interage com vários

componentes óticos, filtros, emulsões de filmes, ou detectores.

Interações da Energia

com a matéria na

atmosfera, na área de

estudo e no sensor de

sensoriamento remoto

Interações da Energia Eletromagnética

No campo do sensoriamento remoto, só se pode ir

mais longe do que o simples conhecimento dos objetos

mais óbvios, se a análise dos dados estiver baseada no

conhecimento das interações entre energia e matéria;

Para compreender melhor as interações entre a energia

eletromagnética e os objetos (matéria), temos que

começar pelo estudo da natureza desta energia.

Modelos de Radiação Eletromagnéticas

Para entender como a radiação eletromagnética é criada,

como se propaga através do espaço, e como ela interage

com outra matéria, é útil descrever estes processos

utilizando 2 modelos diferentes:

• O modelo de onda, e

• O modelo de partícula (corpuscular).

Modelo de Onda da Radiação Eletromagnética

A onda eletromagnética consiste de 2 campos flutuantes — um elétrico

e outro magnético. Os 2 vetores são ortogonais entre si, e ambos são

perpendiculares à direção de deslocamento. A velocidade de propagação

da onda eletromagnética no vácuo é a velocidade da luz, c, a qual é 3 x

108 m s-1.

• comprimento de onda é formalmente definido como a distância

média entre 2 máximos (ou mínimos) consecutivos de um padrão

periódico e é normalmente medido em micrômetros (m) ou

nanômetros (nm).

• Frequência é o número de ondas que passa por um ponto fixo

do espaço num determinado intervalo de tempo. Uma onda que

envia uma crista a cada segundo (completando um ciclo) é dita

ter a frequência de 1 ciclo por segundo ou 1 hertz, 1 Hz.

Modelo de Onda da Radiação Eletromagnética

A relação entre comprimento de onda, , e frequência, f, da radiação

eletromagnética é baseada na seguinte fórmula, onde c é a velocidade

da luz:

fc

cf

Note que frequência, f é inversamente proporcional ao comprimento

de onda, Quanto maior o comprimento de onda, menor é a

frequência, e vice-versa.

Modelo de Onda da Radiação Eletromagnética

Esta figura ilustra a relação inversa entre

comprimento de onda () e frequência

(n). Quanto maior o comprimento de

onda, menor a frequência; quanto menor

o comprimento de onda, maior a

frequência. A amplitude de uma onda

eletromagnética é a altura da crista da

onda acima da posição fixa. Cristas de

onda sucessivas são numeradas como 1,

2, 3, e 4. Um observador na posição do

relógio registra o número de cristas que

passam a cada segundo. Esta frequência

é medida em ciclos por segundo, ou

hertz

Modelo de Onda da Radiação Eletromagnética

Em particular o comprimento de onda (; m) no sensoriamento

remoto na região do infravermelho é geralmente especificado pelo

número de onda n*, o qual é o recíproco do comprimento de onda:

1* v

Tradicionalmente, número de onda é expresso em inverso de centímetro

(cm-1). Como está em m (1cm=104m), então o comprimento de onda de

10 m tem um número de onda de 1000cm-1

Modelo de Onda da Radiação Eletromagnética

O número de onda n*, nos fornece justamente o número de ondas

por unidade de comprimento.

Ele tem a propriedade de ser proporcional a Frequência e por

conseguinte a Energia. Na verdade, muitas vezes é utilizado como

unidade de Energia.

Podemos obter a Frequência (multiplicando por c) e a Energia

(multiplicando por hc) facilmente.

Vale lembrar que Frequência nada mais é que o número de ondas por

unidade de tempo.

Modelo de Onda da Radiação Eletromagnética

Niels Bohr (1885–1962) e Max Planck formularam que

um corpo não irradia energia de forma contínua, mas

apenas em pacotes discretos por meio de “pulsos”

chamados de quanta ou fótons.

Modelo de Partícula da Radiação Eletromagnética

Segundo Niels Bohr (1885–1962) e Max Planck a energia emitida pelo

corpo deve satisfazer à expressão:

onde Q é a energia de um quantum medida em joules, h é a constante de

Planck (6.626 10-34 J s), e f é a frequência da radiação.

A magnitude do quantum depende unicamente da frequência da radiação.

Portanto, o fóton emitido oscila com uma dada frequência.

Chegamos num impasse em que a energia se comporta como onda

eletromagnética e como partícula.

fhQ

Teoria Quântica da EMR

Modelo de Partícula da Radiação Eletromagnética

A fórmula da relação entre frequência e comprimento de onda, podemos

multiplicar a equação por h/h, ou 1, sem alterar seu valor:

Substituindo Q por hn, nós podemos expressar o comprimento de onda

associado com um quantum de energia como:

ou

Portanto, a energia de um quantum é inversamente proporcional ao seu

comprimento de onda, i.e., quanto maior o comprimento de onda, menor

será a energia

vh

ch

Q

ch

chQ

Modelo de Partícula da Radiação Eletromagnética

Tipo de Radiação Comprimento

de onda

Raios Gama (γ) < 10-11 m (10 pm)

Raios X 10-11 m (10 pm) – 10-8 m (10 nm)

Ultravioleta 10-8 m (10 nm) – 0,4 m (400 nm)

Visível 0,4 m (400 nm) – 0,7 m (700 nm)

Infravermelho 0,7 m – 1000 m (1 mm)

Microondas 1000 m (1 mm) – 1 m

Ondas de Rádio > 1 m

Tipo de Radiação Comprimento

de onda Subdivisões

Raios X 10-11 m (10 pm) – 10-8 m (10 nm) Hard X (10 pm – 100 pm)

Soft X (100 pm – 10 nm)

Ultravioleta 10-8 m (10 nm) – 0,4 m (400 nm)

Extreme UV (10 nm – 100 nm)

Near UV (100 nm – 400 nm)

UV-C (0,20 – 0,29 m)

UV-B (0,29 – 0,32 m)

UV-A (0,32 – 0,40 m)

A energia de fótons

variando dos raios

gama até ondas de

rádio no espectro

eletromagnético.

A Fig. mostra alguns dos diferentes comprimentos de onda da radiação.

A Fig. mostra alguns dos diferentes comprimentos de onda da radiação.

Energia x Comprimento de Onda: Impacto na resolução espacial

Energia x Comprimento de Onda: Impacto na resolução espacial

Energia x Comprimento de Onda: Impacto na resolução espacial

Energia x Comprimento de Onda: Impacto na resolução espacial

Energia x Comprimento de Onda: Impacto na resolução espacial

Radiometria – Objetivo: medir a energia radiante.

Vamos ver no quadro as principais medidas

básicas em radiometria.

O conhecimento dos termos radiométricos é de

grande importância em SR.

Terminologia da Energia Radiante

Irradiância e Excitância

A quantidade de fluxo radiante incidente sobre uma superfície por unidade

de área é chamada de Irradiância (E), onde:

• A quantidade de fluxo radiante deixando uma superfície por unidade de

área é chamada de Exitância (M).

• Ambas quantidades são medidas em watts por metro quadrado (W m-2).

AE

AM

O conceito de densidade de fluxo radiante

para uma área sobre a superfície da

Terra.

• Irradiância é uma medida de fluxo

radiante incidente sobre uma

superfície por unidade de área (watts

m-2).

• Excitância é uma medida de fluxo

radiante que deixa (emergente) uma

superfície por unidade de área (watts

m-2).

Densidade de Fluxo Radiante

Radiância

Radiância (L) é o fluxo radiante por unidade de ângulo sólido deixando uma

fonte numa dada direção por unidade de área da fonte projetada naquela

direção e é medida em watts por metro quadrado por esterradiano (W m-2 sr -1

). Estamos somente interessados no fluxo radiante num certo comprimento de

onda deixando a área projetada da fonte (A) numa certa direção () confinada

no ângulo sólido ():

L

cos

cosA

L

O conceito de radiância

deixando a área projetada da

fonte sobre a superfície,

numa direção específica, e

dento de uma ângulo sólido.

2

0

2

0

ddsencos),(LE

D.F.R.M.

Fλ=Eλ

Irradiância [Wm-2/m]

Para melhor compreender o conceito de

radiação, aqui estão alguns conceitos e fatos

importantes para lembrar:

1) Todas os objetos (cuja temperatura esteja acima do zero

absoluto), não importa quão grande ou pequeno ele seja, emite

radiação. O ar, seu corpo, as flores, as árvores, a Terra, as

estrelas, estão todos emitindo um amplo espectro de ondas

eletromagnéticas. A energia tem origem na rápida vibração dos

elétrons, bilhões dos quais existem em cada objeto.

2) Objetos quentes emitem mais radiação do que objetos frios.

3) Qual é a quantidade de radiação emitida por um objeto e em

que comprimento de onda esta emissão se dá? Precisamos

definir o conceito de Corpo Negro

Um Corpo Negro é uma superfície ou cavidade idealizada que tem a

propriedade de absorver perfeitamente (completamente) toda radiação

eletromagnética incidente e depois re-irradiar;

O termo Corpo Negro e utilizado para uma configuração de material onde

a absorção é completa.

A Radiação emitida por um corpo negro é isotrópica

Corpo Negro

Lei de Planck e Curvas de Radiação de Corpos Negros

Lei de Planck: descreve a radiação emitida por um Corpo Negro. Esta radiação depende da

temperatura e do comprimento de onda.

Curvas de radiação de corpos negros para diferentes temperaturas.

Lei de Stefan-Boltzmann: integrando a Lei de Planck em todos os

comprimentos de onda e em todas as direções, obtemos a expressão para a

taxa total de emissão de energia radiante de um corpo negro:

Representa a área da curva da densidade de fluxo espectral (irradiância ou

excitância espectral) ou da função de Planck multiplicada por .

Stefan-Boltzmann diz que a emissão total realmente depende fortemente

da temperatura do corpo! É proporcional a quarta potência da temperatura

do corpo

Lei de Stefan Boltzmann

Representa a área da curva da densidade de fluxo espectral (irradiância ou

excitância espectral) ou da função de Planck multiplicada por .

Lei de Stefan Boltzmann

Leis de Radiação

Calcule utilizando a lei de Stefan-Boltzmann a taxa total de

emissão de energia radiante do Sol e da Terra:

Sol: T = 5800 K

Terra: T = 288K

Se dobrarmos a temperatura de um objeto, quanto mais de

radiação ele irá emitir?

Lei de deslocamento de Wien

Lei de Wien: a) a maioria dos objetos emitem em diferentes comprimentos

de onda; 2) há um comprimento de onda onde um objeto emite o máximo

valor de emissão. A Lei de deslocamento de Wien fornece o comprimento

de onda associado a máxima emissão de um corpo negro. Derivada da

função de Planck igualada a zero e resolvida para o comprimento de onda:

Lei de deslocamento de Wien

Leis de Radiação

Utilizando a lei de deslocamento de Win calcule:

Comprimento de onda associado a máxima emissão do Sol

(5800 K)?

Comprimento de onda associado a máxima emissão da Terra

(288 K)?

Leis de Radiação

• Temperatura do Sol é de 6000 K:

– O pico de emissão:~ 0,5 m na região

visível do espectro;

– Radiação solar significante ocorre entre 0,3 e

5 m;

– Radiação solar: ondas curtas;

• Temperatura média da Terra é de 288 K:

– O pico de emissão:~ 10 m na região do

infravermelho;

– Radiação terrestre significante ocorre entre 3

e ≈ 1000 m (início da região de

microondas);

– Radiação terrestre: ondas longas.

Leis de Radiação

Espectro eletromagnético emitido pelo Sol

•44% da radiação do Sol se concentra na região visível;

•Comprimento de ondas menores que violeta 0.4m são ultravioleta. O Sol emite somente

cerca de 7% da sua radiação total nesta faixa do espectro.

•Comprimentos de onda maiores que 0.7m são conhecidos como infravermelho próximo.

•Aproximadamente 37% da energia solar é radiada entre 0.7 e 1.5m, com somente 12% na

região acima de 1.5m.

•Violeta: 0.4 - 0.446 mm

•Azul: 0.446 - 0.500 mm

•Verde: 0.500 - 0.578 mm

•Amarelo: 0.578 - 0.592 mm

•Laranja: 0.592 - 0.620 mm

•Vermelho: 0.620 - 0.7 mm

Leis de Radiação

Leis de Radiação

only

VIS

VIS +

IR

only

IR

Sun radiation Earth radiation

Watt/

m2

and

micron

Leis de Radiação

• Em geral as bandas dos espectro eletromagnético utilizadas

em SR passivo podem ser divididas em 3 regiões:

• Bandas entre 0,3 e 3 m (região de reflexão da radiação solar) –

radiação medida corresponde a radiação solar refletida pela

superfície/nuvem/atmosfera;

• Bandas entre 3 e 5 m (região intermediária) – radiação medida é

composta tanto pela radiação solar refletida como pela radiação emitida

pela superfície/nuvem/atmosfera;

• Bandas entre 5 e ≈ 1000 m/incluindo o início da região de microondas

(região de emissão terrestre) – radiação medida é composta pela

radiação emitida pela superfície/nuvem/atmosfera;

Quando a REM incide a matéria, a REM pode ser:

•Transmitida;

•Refletida/Espalhada;

•Absorvida;

Interações Energia-Matéria

Interações Energia-Matéria

•Transmissão – A REM atravessa a matéria. A

transmissão é relacionada de forma inversa com

extinção. A extinção é dada tanto pela absorção quanto

pela reflexão/espalhamento;

•Quando a radiação passa por um meio com diferentes

densidades ocorre a refração

Interações Energia-Matéria

Índice de Refração

O índice de refração (n) é uma medida da densidade ótica de uma

substância. Este índice é a razão da velocidade da luz no vácuo, c, e a

velocidade da luz numa substância como atmosfera ou água, cn (Mulligan,

1980):

A velocidade da luz numa substância nunca pode chegar a velocidade da

luz no vácuo. Portanto, o índice de refração é sempre maior que 1. Por

exemplo, o índice de refração para atmosfera é 1,0002926 e 1,33 para

água. A Luz viaja mais vagarosamente através da água porque a água é

mais densa

nc

cn

Lei de Snell

Refração pode ser descrita pela Lei de Snell que fornece uma expressão do

o desvio angular sofrido por um feixe de luz ao passar de um meio para

outro com índices de refração diferentes. Onde teta é ângulo entre o raio

incidente e a linha normal à interface:

Na próxima figura, podemos observar que uma atmosfera não turbulenta

pode ser pensada como uma série de camadas de gases, cada uma com uma

densidade ótica diferente. Sempre que houver mudança na direção devido a

diferença de densidade entre dois meios, então ocorre o fenômeno da

refração.

2211 sinsin nn

Refração

Atmosférica

Refração em três camadas

atmosféricas. A Lei de Snell

pode ser utilizada para prever

o quanto a radiação mudará de

direção, com base no

conhecimento do ângulo de

incidência () e do índice de

refração de cada camada

atmosférica, n1, n2, n3.

•Reflexão – Em SR acaba-se utilizando o termo reflexão como

sinônimo de espalhamento.

• Entretanto, a reflexão é considerada, em diversas áreas de

estudo, unicamente como reflexão especular, onde a REM

emerge da matéria numa única e previsível direção

• O ângulo de reflexão é sempre igual ao ângulo de incidência e a

radiação refletida possui sentido oposto à incidente.

Interações Energia-Matéria

Espalhamento – Também chamado de reflexão difusa

Espalhamento difere da reflexão já que a direção associada ao

espalhamento é imprevisível, enquanto que a direção da reflexão é

previsível.

A radiação/luz vai em todas as direções (luz espalhada também

chamada de radiação difusa).

Interações Energia-Matéria

A equação de balanço diz que a quantidade total da

densidade de fluxo radiante num determinado comprimento

de onda () incidente no terreno é igual

Interações Energia-Matéria

dtransmitteabsorbedreflectedi FFFF

As características da radiação e o que acontece com

ela quando esta interage com a Terra é de extrema

importância em sensoriamento remoto.

Pelo monitoramento da natureza da radiação incidente

em comprimentos de onda específicos e como ela

interage com a Terra, é possível obter informações

importantes acerca da Terra.

Interações Energia-Matéria

Reflectância, Absortância e Transmitância Hemisférica

A Reflectância Hemisférica (r) é definida como a razão adimensional entre a densidade

fluxo radiante refletido pela superfície e o fluxo radiante incidente nela:

A Transmitância Hemisférica () é definida como a razão adimensional entre a

densidade fluxo radiante transmitido através da superfície e o fluxo radiante incidente nela

:

A Absortância Hemisférica (a) é definida como a razão adimensional entre a densidade

fluxo radiante absorvido pela superfície e o fluxo radiante incidente nela :

rE

M

F

F

i

reflected

i

dtransmitte

F

F

a

i

absorbed

F

F

Reflectância, Absortância e Transmitância Hemisférica

Equação de Balanço com base na Reflectância Hemisférica (r), Absortância Hemisférica

(αλ) e Transmitância Hemisférica ():

ar

1

i

dtransmitte

i

absorbed

i

reflected

i

i

F

F

F

F

F

F

F

F

Reflectância, Absortância e Transmitância Hemisférica

Equação de Balanço com base na Reflectância Hemisférica (r), Absortância Hemisférica

(αλ) e Transmitância Hemisférica ():

1) PARA UM CORPO OPACO:

2) PARA UM CORPO NEGRO

ar

1

0

a

r

1

0

0

Reflectância, Absortância e Transmitância Hemisférica

Lei de Kirchhoff: Para um corpo em equilíbrio termodinâmico, para um dado

comprimento de onda, a absorção e emissão são iguais de forma que a absortância e a

emissividade são iguais:

Para um corpo negro, a absorção e a emissão são máximas:

a

a 1

Reflectância, Absortância e Transmitância Hemisférica

Para um corpo real a emissividade é menor que 1 e descreve a eficiência de emissão

de um corpo quando comparado com um emissor perfeito (corpo negro):

PARA UM CORPO OPACO EM EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO PODEMOS

RELACIONAR REFLECTÂNCIA COM EMISSIVIDADE:

)(

)(sup

TatemperaturaperfeitoemissorF

TatemperaturarealerfícieF

r

r

a

ar

1

1

1

A reflectância hemisférica multiplicada por 100 fornece uma quantidade bastante utilizada

chamada de porcentagem de reflectância ( ):

100%

r

i

reflected

F

F

%r

Reflectância, Absortância e Transmitância Hemisférica

Curvas típicas de

reflectância para

diferentes tipos de

superfícies na região

de 0.4 – 0.9 m.

Jensen 2007

Há vários tipos de superfícies refletoras:

• Reflexão Lambertiana.

• Reflexão especular.

• Reflexão anisotrópica.

Reflectância

Casos Limites:

• Lambertiana: reflectância = cte (mesma reflectância em todas as direções independente do ângulo de iluminação). • Especular: reflectância = 0 em todas as direções, excepto em uma, a direção especular (a superfície é um espelho perfeito).

Superfícies

Naturais

em algum

lugar entre

as duas

Reflectância

Superfície Lambertiana é isotrópica por definição

Maioria das superfícies possuem algum grau de anisotropia

30º -75º -45º nadir +45º +75º

(http://www.geo.unizh.ch/rsl/research/SpectroLab/goniometry/brdf_intro.shtml)

Floresta no Canada. Esquerda: Retroespalhamento (Sol atrás do observador). Direita: Pró-espalhamento (Sol na direção oposta do observador). (Fonte: http://geography.bu.edu/brdf/brdfexpl.html)

Interação com a Atmosfera

Uma vez que a radiação eletromagnética é gerada, ela propaga

através da atmosfera da terra com velocidade aproximadamente

igual a velocidade da luz no vácuo.

• Ao contrário do vácuo onde nada acontece, a atmosfera pode

afetar não somente a velocidade da radiação mas também seu

comprimento de onda, sua intensidade, distribuição espectral e ou

direção.

• Espalhamento é um processo físico no qual uma partícula no

caminho da onda eletromagnética deflete a energia da radiação

incidente em todas as direções.

• A partícula pode ser pensada como uma fonte pontual da energia

espalhada.

• Deflecção da radiação devido ao contato com partículas.

• Luz espalhada também chamada de radiação difusa.

Espalhamento

Essencialmente as partículas responsáveis pelo

espalhamento possuem tamanhos que vão de:

• Moléculas gasosas (~ 10-4m) até

• Aerossóis (~ 1 m)

• Gotas de Nuvem (~ 10 m)

• Cristais de Gelo (~ 100 m)

• Grandes Gotas de Chuva (~ 1 cm)

Espalhamento

Espalhamento Atmosférico

Tipos de espalhamento é uma função do:

• comprimento de onda da radiação incidente, e

• tamanho da matéria com a qual a radiação interage

(molécula de gás, partícula de areia, gotas de água)

O efeito do tamanho da partícula sobre o espalhamento é determinado por um

termo físico chamado parâmetro de tamanho (size parameter).

Para uma partícula esférica, ele definido como a razão entre a circunferência

da partícula e o comprimento de onda da radiação incidente:

Espalhamento

rx

2

Espalhamento Rayleigh ocorre quando o diâmetro da matéria é

muito menor que o comprimento de onda da radiação

eletromagnética incidente.

X << 1.

Um exemplo deste tipo de espalhamento é o espalhamento da luz

visível (0,4 - 0,7 m) por moléculas atmosféricas levando a

explicação da cor do céu azul.

A quantidade de radiação espalhada é inversamente proporcional

a quarta potência do comprimento de onda da radiação incidente.

Espalhamento Rayleigh

A quantidade de radiação

espalhada é inversamente

proporcional a quarta

potência do comprimento

de onda da radiação

incidente (-4).

Espalhamento

Rayleigh

Espalhamento Rayleigh

• Espalhamento Rayleigh pode diminuir severamente a

informação vinda da radiação no visível para

pequenos comprimentos de onda (Ex. azul) a ponto da

imagem de sensoriamento remoto perder

completamente o contraste sendo difícil distinguir os

diferentes objetos

Espalhamento Lorenz-Mie

• Espalhamento Lorenz-Mie ocorre quando há essencialmente partículas

esféricas presentes na atmosfera com tamanhos iguais ou maiores que o

comprimento de onda da radiação incidente.

X ≥ 1 (Exemplo: luz visível e partículas de aerossóis e nuvem)

A intensidade do espalhamento depende menos do comprimento de onda

e é mais dependente do tamanho da partícula.

Como resultado as nuvens na atmosfera geralmente aparecem brancas.

Espalhamento Microondas

•Espalhamento Lorenz-Mie – Detecção de gotas de chuva (1cm) por

microondas (1mm – 1m);

Na região de microondas a absorção pelas nuvens é muito baixa. A

transmitância de uma nuvem não precipitante é cerca de 90% e o

espalhamento é muito baixo (gotas de nuvem = 10 m e microondas a partir de

1000 m, tal que o parâmetro X<<1 resultando no espalhamento Rayleigh que

inversamente proporcional a quarta potência do comprimento de onda,

portanto em microondas é muito fraco)

Entretanto gotas de chuva (1 cm) interagem fortemente com a radiação em

microondas. Portanto nuvens são aproximadamente transparentes na região de

microondas, mas nuvens precipitantes não são!

• Absorção é o processo pelo qual a radiação eletromagnética é

absorvida e convertida em outras formas de energia.

• Uma banda de absorção é um intervalo de comprimento de

onda no espectro eletromagnética onde a radiação é absorvida

por substâncias como água (H2O), dióxido de carbono (CO2),

oxigênio (O2), ozônio (O3), e óxido nitroso (N2O).

• O efeito acumulado da absorção por vários constituintes pode

causar com que a atmosfera se feche completamente em certas

regiões do espectro. Isto é ruim para o sensoriamento remoto da

superfície porque não há energia disponível para ser sensoriada.

Absorção

• Em certas partes do espectro, como a região visível (0.4 - 0.7 m), a

atmosfera não absorve toda radiação incidente, mas transmite esta de

forma efetiva. Regiões do espectro que transmitem efetivamente a

radiação são chamadas de “janelas atmosféricas”.

• Quando lidamos com um meio como o ar, absorção e espalhamento são

frequentemente combinados num coeficiente de extinção.

• Transmissão é inversamente relacionado com a absorção/extinção.

Certos comprimentos de onda são afetados mais pela absorção do que

pelo espalhamento. Este fato é particularmente verdade para

comprimentos de onda na região do infravermelho e para comprimentos

de onda menores que a região do visível.

Absorção

Absorção de diferentes gases para a região de 0.1 até 30 m http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter2/42_Selective_Absorption/42.html

window

Figura abaixo) O efeito

combinado da absorção e

espalhamento atmosférico reduz a

quantidade de irradiância solar

chegando à superfície da Terra ao

nível médio do mar.

Absorção Microondas

•0.15cm (200 GHz) e 1.5cm (20 GHz): Sondagens Vapor d’água

•0.5cm (60 GHz): sondagens O2

•0.2, 0.3, 0.8 cm e >2.0 cm : Janela atmosférica

Fontes de Energia Eletromagnéticas Naturais

Sensoriamento Remoto Passivo

A temperatura de 5770 – 6000 kelvin (K) produz uma grande quantidade de energia de comprimento

de onda relativamente curto que viaja à velocidade da luz. Parte desta energia é interceptada pela

Terra, onde ela interage com a atmosfera e a superfície terrestre. A Terra reflete parte desta energia

diretamente de volta para o espaço exterior ou pode absorver a energia de comprimentos de onda

menores e posteriormente reemiti-la em comprimentos de onda maiores

Radiação Visível, Infravermelha e

Microondas

Microondas (1000m (1mm) – 1 x 106m (1m)) emitido pela superfície terrestre

Fontes de Energia Eletromagnéticas Naturais

Sensoriamento Remoto Passivo

Fontes de Energia Eletromagnéticas Naturais

Microondas (1000m (1mm) – 1 x 106m (1m)) emitido pela superfície terrestre

Fontes de Energia Eletromagnéticas

Sensoriamento Remoto

•As características de transmissão atmosférica fazem com que raramente se

utilizem sensores que operem em faixas de comprimento de onda inferiores a

0.4 m.

•A maior parte dos sensores operam nas seguintes regiões do espectro: visível,

infravermelho e microondas

•Geralmente a energia utilizada no SR dos recursos terrestres é a seguinte:

•Radiação solar refletida;

•Radiação no infravermelho térmico emitida pelo sistema Terra-atmosfera;

•Radiação em microondas emitida pelo sistema Terra-atmosfera;

•Radiação em microondas refletida pelo sistema Terra-atmosfera produzida por

meio de fontes artificiais (emitida pelo próprio sistema sensor).

A atmosfera desempenha um papel importante, tanto ao longo do

caminho Sol-alvo como do caminho alvo-sensor

1) A atmosfera pode reduzir a radiância do feixe pela absorção, bem

como pelo espalhamento.

2) A atmosfera pode aumentar a radiância do feixe pela emissão e pelo

espalhamento múltiplo de todas as outras direções na direção da sua

propagação (Liou, 1980).

Portanto, sob condições de céu claro, espalhamento, absorção e emissão

de radiação pelos constituintes atmosféricos (gases e aerossóis) devem

ser levados em conta

ETR

ETR

[5]

[6]

Surface

[1]

Atmosphere

[2]

Sun Sensor

,L

[4]

[3]

[1]

[2]

[3]

[6]

[4]

[5]

[1] Irradiância solar direta que atinge a superfície e é então refletida por ela

na direção do sensor;

[2] Espalhamento da radiação solar para cima em direção ao sensor;

[3] Como a superfície da Terra não é um corpo negro, a radiação solar

espalhada (difusa) pela atmosfera para baixo pode ser refletida pela superfície

até o sensor;

[4] - Emissão térmica da superfície;

[5] Radiância emitida pela atmosfera para cima em direção ao sensor;

[6] Como a superfície da Terra não é um corpo negro, a radiação emitida pela

atmosfera para baixo pode ser refletida pela superfície e propagada até o

sensor juntamente.

ETR

ETR – completa

região intermediária (3-5 m)

654321 L

ETR – simplificação VIS

região de radiação solar refletida (0.4 – 3.0 m)

643 L

[1] Irradiância solar direta que atinge a superfície e é então refletida

por ela na direção do sensor;

[2] Espalhamento da radiação solar para cima em direção ao sensor;

[3] Como a superfície da Terra não é um corpo negro, a radiação solar

espalhada (difusa) pela atmosfera para baixo pode ser refletida pela

superfície até o sensor.

1 2 3

521 L

[4] - Emissão térmica da superfície;

[5] Radiância emitida pela atmosfera para cima em direção ao sensor;

[6] Como a superfície da Terra não é um corpo negro, a radiação

emitida pela atmosfera para baixo pode ser refletida pela superfície e

propagada até o sensor juntamente.

ETR – simplificação IR

região de emissão terrestre (5 – 1000 m)

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