0 Atmosferin Uzaktan Algılamaya Etkileri

Tweet

Solar enerji sensöre, atmosferin içinden geçerek ulaşmaktadır. Atmosfer içindeki partiküller ve muhtelif gazlar bu enerjinin yayılmasını etkilemekte, diğer bir deyişle engellemektedir. Bu etkileme, dağılma (scattering) ve emme (absorption) tarzında olmaktadır.

(a) DAĞILMA:

Atmosferde mevcut olan partiküller ve gaz molekülleri enerji yayımını etkileyerek onun orijinal istikametini değiştirir. Meydana gelen dağılma; yayımın dalga boyuna, partikül ve gazların çokluğuna ve ışının atmosferde kat ettiği mesafeye bağlı olarak değişmektedir. Atmosferdeki dağılma; “Rayleigh”, “Mie” ve “nonselective” olarak adlandırılan tarzlarda olmaktadır.



Şekil 1 Atmosferin dağılma etkisi

(1) Rayleigh Dağılım:

Yayılan enerji, atmosferin üst kısımlarında, dalga boyundan daha küçük partiküllerle karşılaştığında, meydana gelen bir dağılma tipidir. Bu partiküller; toz zerrelerini, nitrojen ve oksijen moleküllerini içermektedir. Bu bölgede kısa dalga enerjisi uzun dalga enerjisine göre daha fazla dağılmaktadır.

Güneş ışını atmosferden geçerken görünen ışık bölgesinin en kısa dalga boyuna sahip olan mavi renk, aynı bölgedeki daha uzun dalga boylarını içeren yeşil ve kırmızı renklerden daha fazla dağılma meydana getirmektedir. Bu özellik, gökyüzünün mavi renkte görülmesini sağlamaktadır.

Güneş doğumu ve batımı zamanında ışık, öğle zamanına göre dünyanın küreselliği nedeniyle daha fazla yol kat etmekte ve kısa dalganın hemen hemen tamamı dağılmaktadır. Böylece uzun dalga kapsamındaki kırmızı rengin çok büyük bir kısmı atmosfere nüfuz ederek gökyüzünün kızıl renkte görünmesini sağlamaktadır.

Şekil 2 Uzun dalga kapsamındaki kırmızı rengin atmosfere etkisi

(2) Mie Dağılım:

Yayılan enerjinin dalga boyu, hemen hemen aynı ebatlardaki partiküllerle karşılaştığında, meydana gelen bir dağılma tipidir. Toz, polen, duman ve su buharı bu dağılmaya neden olan unsurlardır. Uzun dalga boyunu etkileyen bu dağılım, atmosferin alt kısımlarında, bulutlu hava şartlarında ve pek çok partikülün bulunduğu yerlerde oluşmaktadır.

(3) Nonselective Dağılım:

Yayılan enerji, dalga boyundan daha büyük partiküllerle karşılaştığında meydana gelen bir dağılma tipidir. Su damlaları ve büyük toz parçaları bu tip dağılmaya neden olmaktadır.

Dalga boyları takriben eşit olarak dağıldıklarından sis ve bulutlara sebep olurlar. Mavi, yeşil ve kırmızı ışığın eşit miktarda dağılması ve bunların birleşimi sonucunda beyaz renk oluştuğundan, bulutlar ve sis beyaz renkte gözükmektedir.



Şekil 3 Nonselective dağılım ve Atmosferin emmesi

(b) Emme:

Dağılmanın zıttı olan bu doğa olayı etkisiyle, muhtelif dalga boylarındaki enerji, atmosferdeki moleküller tarafından emilir ve sonuç da enerji belirli miktarda kaybolur.

Ozon, karbon dioksit ve su buharı atmosferin emme yapan 3 ana öğesidir. Bu ana öğelerin yanı sıra karbon monoksit, diazotmonoksit ve metan da belirli oranlarda emme yapmaktadır.

Ozon, güneşin yayımladığı zararlı ultraviolet ışınları emmekte ve dünya üzerinde koruyucu bir katman meydana getirmektedir. Bu katmanın olmaması halinde, güneş ışınlarının direk etkisi altında kalan insan derisi yanmaktadır.

Bitkilerden kaynaklanan korbondioksit, elektromanyetik tayfın termal ısı ile ilgili olan uzun infrared bölgesinde güçlü bir tarzda emilmektedir.

Atmosferdeki su buharı, uzun dalga Infrared ve kısa dalga microwave bölgelerinde (22µm-1µm) oldukça fazla emilmektedir. Alçak seviyelerdeki mevcut su buharı miktarı, senenin farklı zamanlarına ve farklı coğrafik bölgelerine göre değişmektedir.

Örneğin çöl bölgelerinin üzerinde enerjiyi emen su buharı miktarı oldukça az iken, tropik bölgelerde bu miktar oldukça yoğundur.

IR görüntülerini en fazla etkileyen su buharının muhtelif iklim bölgelerine ve irtifalara ba3’ lük su buharlı olarak yapını içeren atmosfer kuru ve ıslak incelemeleri sonucunda; 3.5 g/m hemen hemen tam geçirgen, tropik bölgelerdeki 19 g/m3’lük su buharına sahip atmosfer ise, nemli ve geçirmeyen olarak değerlendirilmiştir.

			SU BUHARI MİKTARI (g / m3)
İRTİFA (Km)	TROPİK BÖLGE	ORTA PARALELDE YAZ MEVSİMİ	ORTA PARALELDE KIŞ MEVSİMİ	KUTBİ YAZ MEVSİMİ	KUTBİ KIŞ MEVSİMİ	ABD STANDARDI
0	19	14	3.5	9.1	1.2	5.9
1	13	9.3	2.5	6.0	1.2	4.2
2	9.3	5.9	1.8	4.2	0.94	2.9
3	4.7	3.3	1.2	2.7	0.68	1.8

Bunun sonucu olarak; açık ve nemli havalar için 3-5 µm bandında, puslu ve kuru havalar için 8-14 µm bandında çalışan sensörler ideal olarak kabul edilmiştir. Bu verilerin ışığı altında, Infrared görüntü algılanacak bölgelere ait engelleyici hususlar ile, mevsimsel iklim incelenmeli ve alınacak sonuçlara göre sensör seçilmelidir. 

Muhtelif gazların, tayfın çok özel bölgelerinde elektromanyetik enerjiyi emmeleri hususu, uzaktan algılama amaçları için ınfrared bölgesinde değerlendirildiğinde, 3-5 µm ve 8-14 µm dalga boylarındaki atmosferik pencerelerde en iyi algılamanın yapılacağı sonucuna erişilmektedir. Üreticiler bu gerçekten hareketle IR sensörleri, 3-5 veya 8-14 mikron dalga boylarında çalışacak şekilde imal etmişlerdir.

Dalga uzunluğu (µm)

Şekil 4 Muhtelif dalga uzunluklarındaki atmosferin emmesi

Dalga Uzunluğu (Micrometers)

 

Dalga Uzunluğu (Micrometers)

 

Dalga Uzunluğu (Micrometers)

Şekil 5 Elektronik tayfta muhtelif gazların ve su buharının yaptığı emme, atmosferik aktarım ve algılamaya olanak sağlayan atmosferik pencereler

Özet olarak uzaktan algılamada, elektromanyetik tayfın en etkin dalga uzunluklarını kullanmak büyük önem taşımaktadır. Tayfın, insan gözünün de algılayabildiği görünen ışık bölgesi, içerdiği atmosferik pencere ve güneş enerjisini tepe noktada kaydetmesi yönünden önem taşımaktadır. Dünya tarafından yayılan en iyi ısı enerjisi termal Infrared bölgedeki, takriben 10 µm dalga uzunluğundadır. Microwave bölgesinde ise, 1 mm dalga uzunluğunun ötesindeki büyük bir pencere, uzaktan algılamaya en iyi imkânı vermektedir.