Atmosphärische Einflüsse
Jede Form von Strahlungsenergie muss die Atmosphäre durchdringen und wird von dieser auf verschiedenste Weise beeinflusst. Die Sonnenstrahlung wie auch die von der Erde reflektierte Strahlung wird von Partikeln in der Atmosphäre gestreut, reflektiert oder absorbiert. Wolken sind das größte Hindernis für Strahlung und machen es unmöglich für passive Satellitensensoren, die Erdoberfläche zu messen.
Atmosphärische Einflüsse sind wellenlängenabhängig. Im sichtbaren Spektrum strahlt die Sonne mit höchsten Intensitäten, gleichzeitig ist die atmosphärische Durchlässigkeit am höchsten (siehe Abbildung). Sind die Wellenlängen länger, reduziert sich die Durchlässigkeit zu schmalen Bändern. Dies schließt die optischen Fenster im thermalen Infrarotbreicht ein, in welchen die Erde Strahlung aussendet. Im Bereich der Mikrowellen ist die Atmosphäre fast durchlässig, aber die Strahlung von Sonne und Erde ist gering, so dass dieser Bereich von aktiven Radarsystemen genutzt wird. Kürzere Wellenlängen wie das Ultraviolett werden fast vollständig von der Atmosphäre absorbiert und sind daher für die Fernerkundung unwesentlich. Die Fernerkundung konzentriert sich auf die durchlässigen Bereiche oder so genannte atmosphärische Fenster.
Atmosphärische Streuung beschreibt die nicht vorhersehbare, durch Partikel verursachte Streuung von Strahlung in der Atmosphäre.
Rayleigh-Streuung ist eine diffuse Streuung elektromagnetischer Wellen an winzigen Teilchen oder Molekülen (wie z.B. Stickstoff oder Sauerstoff) deren Durchmesser im Vergleich zur Wellenlänge kleiner ist. Kurzwelliges Licht der Sonne wird mehr gestreut als langwelliges Licht.
Die Rayleigh-Streuung kann auch für Trübung sowie für verminderten Kontrast bei Bildern verantwortlich sein. Farbfotos weisen dann einen blaugrauen Schleier auf.
Mie-Streuung wird durch Partikel in der Atmosphäre verursacht, die im Durchmesser größer sind als die gestreuten Wellenlängen. Diese sind Wasserdampf oder -tröpfchen in Wolken, Eiskristalle oder Aerosole (Meersalz, Staub, biologische Stoffe, Sulfate, Nitrate usw. resultierend aus Verdunstung, Feuer und Waldbränden, Vulkanausbrüchen und Industrieschadstoffen). Die Streuung ist weniger Wellenlängen spezifisch wie die Rayleigh-Streuung, was Wolken weiß und Nebel grau erscheinen lässt.
Quelle: verändert nach Albertz (2007)
Im Gegensatz zur Streuung steht Absorption für einen effektiven Energieverlust und wird hauptsächlich durch Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon verursacht. Die Absorption von Gasen hängt wesentlich von der Wellenlänge ab und bestimmt das atmosphärische Fenster, d.h. die Bereiche, in denen Strahlung nicht blockiert werden.
Bei jeder Anwendung von Fernerkennung müssen zwei wesentliche Punkte in Betracht gezogen werden: Die Hauptquellen der elektromagnetischen Energie (Sonne und Erde) und die atmosphärischen Fenster um die spektrale Empfindlichkeit der Sensoren auszuwählen, die wiederum die Energie messen und aufzeichnen (siehe Abbildung).
