Grundlagen Fernerkundung - 2

Transkript

1 Grundlagen Fernerkundung - 2 GEO123.1, FS Mathias Kneubühler Page 1 Page 2 wikipedia.org 1

2 Echtfarbenbild vs. Falschfarben-NIR-Bild R: rot (TM3) G: grün (TM2) B: blau (TM1) R: nir (TM4) G: rot (TM3) B: grün (TM2) wikipedia.org Page 4 2

3 Page 5 ASTER North Central Algeria Page 6 3

4 MODIS auf NASA Aqua 15. Juli Page Page 8 4

5 Manaus Amazonas Rio Negro und Rio Solimoes Owens Lake, Nevada ISS Astronaut Photograph, 30. August

6 Mo MODIS auf NASA Terra Schwefelwasserstoff 10 April MODIS auf NASA Terra Kombination von Phytoplankton und Schwefelwasserstoff 21 November

7 MODIS auf NASA Terra 26 Dezember Page 14 7

8 Hurricane Sandy, Mantoking, New Jersey Juni 2013 Colorado River Floods September 2013 Landsat September

9 Januar 2014: Unwetter im Südosten von Frankreich 21. Januar 2014 Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) auf NASA s TERRA Satellit Januar ISS Astronaut Photograph, 23. Juli

10 Page 19 ISS Astronaut Photograph, 3. November

11 Page 21 Recap Lillesand et al. (2008). Concepts and Foundations of Remote Sensing. Chapter 1 (p. 1-60) 11

12 Das elektromagnetische Spektrum Bereiche der für die Erdbeobachtung wichtigen Abschnitte des elektromagnetischen Spektrums Ultraviolett nm sichtbarer Bereich nm Violett nm Blau nm Grün nm Gelb nm Orange nm Rot nm Nah-Infrarot µm SWIR µm Mittleres Infrarot 3-6 µm Fernes Infrarot 6-15 µm Extremes Infrarot µm Radar 1 mm-10 m Mikrowellen mm 12

13 In der Fernerkundung verwendete Radarbänder Solare und terrrestrische Strahlungskurven 13

14 Total Solar Irradiance Globaler Strahlungshaushalt 14

15 Solar Radiation Spectrum Komplexe Strahlungsvorgänge zwischen Sonne, Atmosphäre, Boden und Sensor 15

16 Temperature Anomalies NASA GISS, 2013 Temperature Anomalies

17 Strahlungsvorgang Extraterrestrische Strahlung: Auf der Erde empfangene Strahlungsleistung der Sonne. 35% der extraterrestrischen Strahlung wird beim Eindringen in die Atmosphäre in den Weltraum zurückgestrahlt. Atmosphärische Extinktion: Weitere Abschwächung der restlichen 65% der Strahlung infolge von Streuung und Absorption. Remission (Albedo): Mittlere diffuse Rückstrahlung der Erdoberfläche. Aerosol: Gesamtheit aller (über-)molekularen Schwebeteilchen wie Rauch, Staub, Wassertropfen, Kristalle, Pollen usw. Luftlicht: Der an der Oberfläche reflektierten Strahlung wird in der Atmosphäre gestreutes und abgelenktes Licht beigemischt. Beleuchtungsstärke der Erdoberfläche: Sie ist abhängig von der extraterrestrischen Strahlung, der Sonnenhöhe, der Höhe über Meer, der bestrahlten Fläche, dem Trübungsgrad der Atmosphäre, der Bewölkung und der Beschaffenheit der Geländeoberfläche. Die Beleuchtungsstärke einer Fläche, deren Normale gegen die Richtung der einfallenden Strahlen um einen Winkel a geneigt ist, nimmt mit cos a ab. Die atmosphärische Interaktion 4 Typen der Streuung der Strahlung in der Atmosphäre - Rayleigh Streuung - Raman Streuung - Mie Streuung - unselektive Streuung 17

18 Arten der atmosphärischen Streuung Quellen des Strahlungsantriebes in der Atmosphäre! IPCC AR4, 2007! IPCC AR5, September 2013! 18

19 Komponenten des Strahlengangs Generalisierte Darstellung des Energieflusses eines passiven Sensorsystemes 19

20 τ d τ u L g,adj Overview of radiometric quantities Radiometric quantities (left) and corresponding units (right) as used in remote sensing, namely radiant intensity I, radiance L, irradiance E, and radiant flux (or power) Φ. Strahlungskomponenten an einem Sensor L s E 0 Latm L gnd L g,dir E dif E gnd ϕ 20

21 Die Strahlung am Sensor L S = L g,dir + L g,adj + L atm Strahlungskomponenten ii/iv 21

22 Strahlungskomponenten iii/iv Strahlungskomponenten iv/iv Total Radiance at Sensor (MODTRAN 4) Imaging Spectrometer (10 nm FWHM) L s [W/(m 2 sr nm)] Landsat SPOT Wavelength [nm]

23 Definition des räumlichen Referenzsystems Definition des Raumwinkels 23

24 Geometrie der Reflexion First remote spectral measurements Kol cov, V.V., Primenenie Spektrovizora dlja izuchenija spektral, noj otrazhatel, noj sposobnosti nebol, Shikh Nazemnykh Ob, Ektov S Samoleta, Trudy Lab. Aeromet., Akad. Nauk. SSSR, Moscow/Leningrad, 7, 58 69, 1959 (engl.: The application of the Spectrovisor to the investigation of small objects from an aircraft) Steiner, D., and Gutermann, T., Russian Data on Spectral Reflectance of Vegetation, Soil and Rock Types, Final Technical Report, Dept. of Geography, University of Zurich, Juris Druck + Verlag, Zürich, 232 p.,1966 Lyon, R.J.P., Evaluation of infrared spectroscopy for compositional analysis of lunar and planetary oils, Stanford. Res. Inst. Final Rep. Contract NASA, 49(04), 1962 Lyon, R.J.P., Evaluation of infrared spectrophotometry for compositional analysis of lunar and planetary soils. II: Rough and powdered surfaces., Stanford Research Institute, Palo Alto, CA., NTIS, NASA Contractor Report CR-100, 1964 Source: M. Schaepman 24

25 Spekulare und diffuse Reflektanz Direktionales Rückstreuverhalten 25

26 Geometrische Effekte, die eine Veränderung der Reflektanz zur Folge haben Hotspot in panchromatischen Bildern 26

27 Spectrodirectional Measurements using a Goniometer! 9:56! 13:56! FIGOS - Field Goniometer System of RSL! 17:10! 27

28 Direktionale Effekte θ θ θ θ 09:58 Specular Surface Reflection Sunglint 13:40 17:12 Volume Scattering Shadow geometrical-optical anisotropy Direktionale Effekte 09:58 13:40 17:12 28

29 Spectrodirectional Measurements from Space: CHRIS/PROBA! Compact High Resolution Imager! Launched 22nd October 2001, managed by ESA since 2004! Spectro-directional data acquisition, 5 images within 3 min! VIS/NIR ( nm)! Programmable number of bands (up to 62) and! Programmable spatial resolution (17 m, 34 m)! Thank you for your attention! 29