1. Physikalische Grundlagen

Spektrale Reflexionseigenschaften

Fernerkundung basiert auf der Messung der von unterschiedlichen Körpern reflektierten oder emittierten elektromagnetischen Strahlung. Objekte haben unterschiedliche Oberflächeneigenschaften und reflektieren oder absorbieren die Sonnenstrahlen deshalb auf unterschiedliche Weise. Die Reflexionseigenschaften eines Objekts sind abhängig von dem entsprechenden Material und dessen physischen und chemischen Eigenschaften (z.B Feuchtigkeitsgehalt), der Unebenheit einer Fläche sowie den geometrischen Gegebenheiten (z.B. Einfallswinkel des Sonnenlichts). Die wichtigsten Oberflächeneigenschaften sind Farbe, Struktur und Oberflächenbeschaffenheit.

Aufgrund dieser Unterschiede können viele Eigenschaften der Erdoberfläche bzw. Materialien durch Analyse der Reflexionsmuster oder der spektralen Signaturen identifiziert werden. Diese Signaturen können in so genannten spektralen Reflexionskurven als eine Funktion der Wellenlänge dargestellt werden. Die Abbildung auf der rechten Seite zeigt typische spektrale Reflexionskurven für drei grundsätzlichen Typen auf der Erde: grüne Vegetation, trockene nackte Erde und klares Wasser.

Die spektrale Reflexionskurve gesunder grüner Vegetation hat aufgrund der Pigmente in den Blättern der Pflanzen ein Minimum im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums. Die Reflexionswerte nehmen im nahen Infrarotbereich stark zu. Unter Stress stehende Vegetation lässt sich dadurch ermitteln, da ihre Reflexion im Infrarotbereich wesentlich geringer als diejenige gesunder Vegetation ist.

Die Rolle des Chlorophyll

Mehr über die spektralen Signaturen der Vegetation finden Sie in Der Lerneinheit Fernerkundung und GIS in der Landwirtschaft.

Die spektrale Reflexionskurve von kahlem Boden ist kaum variabel. Feuchtigkeitsgehalt, Bodenbeschaffenheit, Unebenheit der Oberfläche, Vorhandensein von Eisenoxid und organischen Stoffen beeinflussen die Reflexionskurve. Der Einfluss dieser Kurven ist jedoch weniger spezifisch verglichen mit den Strukturen im Reflexionsspektrum der Vegetation.



Zoom Sign
Spektrale Signaturen
Spektrale Signaturen von Boden, Vegetation und Wasser, sowie die Spektralbänder des Satelliten LANDSAT 7 (in grau).
Quelle: verändert nach Siegmund, Menz 2005

Die Reflexionskurve von Wasser ist durch hohe Absorption im nahen Infrarot und darüber hinaus charakterisiert. Aufgrund dieser Absorptionseigenschaften können Wassermassen sowie Objekte, die Wasser enthalten, leicht mit Fernerkundung identifiziert, lokalisiert und abgegrenzt werden. Trübes Wasser wie chlorophyllreiches Wasser reflektiert im sichtbaren Bereich stärker als klares Wasser. Diese Reflexionsmuster werden dazu verwendet, hohe Algenkonzentrationen sowie Verunreinigungen durch Öl oder industrielle Abwässer zu dokumentieren (mehr über unterschiedlichen Reflexionen von Wasser finden Sie in der Lerneinheit Meeresfarben in Küstengewässern).