FIZIK ATMOSFERA
FIZIK ATMOSFERA
Ketelusan atmosfera bumi
Proses penghantaran radiatif (radiative transfer) merupakan satu proses yang sangat kompleks yang meliputi interaksi diantara pancaran EMR dengan atmosfera bumi seterusnya dengan permukaan bumi dan menghasilkan isyarat yang dapat dikesan oleh penderia
Seperti yang telah diketahui pancaran suria dirubah oleh atmosfera bumi dalam perjalanannya dari bahagian atas atmosfera ke permukaan bumi dan dari permukaan bumi ke penderia.
Gangguan yang disebabkan oleh proses serakan dan resapan oleh molikul gas dalam udara dan aerosol menimbulkan kesan yang negatif bagi sesetengah kegunaan remote sensing.
(simple radiative transfer diagram)
Fakta-fakta bagi kesan gangguan atmosfera keatas pancaran suria dalam remote sensing:
Kesan gangguan atmosfera menyebabkan erotan (distortion) berlaku pada nilai radiometrik absolut bagi isyarat yang dikesan oleh penderia. Ini menyebabkan keamatan bagi objek yang cerah menjadi kurang disebabkan oleh kekurangan tenaga (attenuation) dan isyarat dari objek yang gelap menjadi lebih terang (tinggi) kerana kesan pertambahan tenaga dari proses serakan (path radiance).
Gangguan atmosfera memberi kesan yang ketara bagi pancaran yang mempunyai panjang gelombang yang pendek (shorter wavelength) dan merubah sifat-sifat spektral bagi [pancaran dibahagian ini. Proses serakan dan serapan oleh molikul udara dan aerosol menghasilkan fenomena langit biru dan rembang petang yang merah (optical phenomena)
Sifat-sifat spektral pembalikan (reflectance) dari kawasan yang tidak seragam (heterogeneous) mungkin berubah disebabkan oleh kesan serakan dan kemasukan radiance dari kawasan yang berhampiran. Kesan kemasukan sampingan ini menyebabkan kurangnya kejituan dalam relaian ruang bagi data remote sensing yang dicerap dari pelantar, seterusnya menggangu ketepatan dalam kerja pengkelasan imej.
Keupayaan bagi mendapatkan model / penentuan kesan gangguan atmosfera keatas pancaran suria merupakan suatu yang sangat penting dalam proses analisa data dan interpretasi imej remote sensing.
Kesan gangguan atmosfera
Secara umumnya radiance yang dikesan oleh penderia diatas pelantar yang mengelilingi bumi akan menempuhi jarak perjalanan melalui ruang atmosfera. Namun begitu kadar jarak yang ditempuhi adalah berubah-ubah bergantung kepada altitud pelantar.
Kesan (jumlah gangguan) terhadap pancaran suria (radiance) adalah bergantung secara langsung kepada kadar jarak yang terpaksa dilalui.
Seperti yang telah dinyatakan diatas kesan mungkin terjadi dalam bentuk berikut:
Merubah sifat spektral bagi radiance yang dicerap
Mengurangkan kesan tenaga bagi radiance yang dicerap
Pertambahan berlaku (peningkatan) dalam tenaga disebabkan dari kesan serakan.
Kesan serakan
Proses serakan oleh komponen dalam atmosfera merupakan suatu proses yang tidak dapat dijangkakan. Ia menyebabkan pancaran bergerak dalam arah yang berselerak tidak menepati arah pergerakan asal.
Secara amnya terdapat tiga kategori utama serakan yang berlaku dalam atmosfera:
Serakan Rayleigh (Rayleigh scattering)
Serakan Mie (Mie Scattering)
Serakan tak terpilih (Non-selective scattering)
Serakan Rayleigh
Serakan jenis ini terjadi apabila pancaran EMR berintraksi dengan molikul gas atau partikal dalam atmosfera, yang mana ukuran garis pusat bahan adalah lebih kecil dari panjang gelombang pancaran yang terlibat.
Kesan serakan ini dikatakan berkadar sonsang dengan punca ganda empat panjang gelombang. Ini menyebabkan pancaran dibahagian panjang gelombang yang kecil akan mengalami kesan yang besar berbanding dengan bahagian lain.
Serakan Rayleigh ini merupakan penyebab utama imej kelihatan kelabu (hazy). Ia merupakan jenis serakan utama bagi pelbagai keadaan atmosfera.
Serakan Mie
Kesan serakan Mie ini terjadi apabila ukuran garispusat molikul atau partikal atmosfera sama dengan panjang gelombang pancaran yang terlibat. Serakan jenis ini didapati lebih mempengaruhi pancaran dibahagian panjang gelombang yang besar berbanding dengan apa yang terjadi bagi serakan Rayleigh.
Serakan tak terpilih
Serakan ini terjadi apabila garispusat molikul atau partikal atmosfera lebih besar dari panjang gelombang pancaran. Titisan air merupakan bahan yang menyebabkan berlakunya serakan ini, kebisaannya garispusat bahan yang berukuran dari 5 hingga 100 m m.
Kesan serapan
Serapan oleh atmosfera menyebabkan berlakunya kehilangan kepada tenaga pancaran setelah berintraksi dengan komponen dalam atmosfera.
Penyerapan ini berlaku pada panjang gelombang yang tertentu sahaja dan bahan yang menjadi penyerap utama dalam atmosfera adalah terdiri dari wap air, gas karbon dioksida dan ozon. Gas-gas dalam atmosfera akan menyerap tenaga pancaran suria pada jalur-jalur yang tertentu.
Pancaran yang kecil dari 0.3 m m diserap sepenuhnya oleh lapisan ozon yang terdapat dibahagian atas atmosfera. Manakala awan yang mengandungi wap air (bersaiz sebesar aerosol) menyerap dan menyerak pancaran yang kurang dari 0.3 cm.
Hanya pancaran yang berada dalam bahagian gelombang mikro keatas yang boleh menembusi awan tanpa diserak, serap atau dipantul.
Tetingkap atmosfera
Atmosfera bumi menyerap tenaga dari sinar Gamma, X-ray dan sebahagian besar dari ultra-unggu. Oleh itu pancaran EMR dibahagian ini tidak boleh digunakan bagi tujuan remote sensing.
Teknik remote sensing merakam tenaga (atau balikkan tenaga) dibahagian gelombang mikro, infra-merah dan sinar-nampak dan juga sebahagian dari pancaran ultra-unggu yang mempunyai panjang gelombang yang panjang.
Bahagian-bahagian spektrum EMR yang mempunyai kadar penghantaran melalui atmosfera yang tinggi dikenali sebagai tetingkap atmosfera dan digunakan bagi membentuk data remote sensing (imej).
Dengan kata lain, tetingkap atmosfera adalah merupakan julat-julat panjang gelombang yang mana pancarannya dapat dihantar melalui atmosfera dengan tiada gangguan (sedikit sahaja).
radiance laluan (path radiance)
Atmosfera bumi memberi kesan kepada pancaran yang melaluinya dalam dua bentuk.
Pertama ia mengurangkan tenaga pancaran sampai kepermukaan bumi melalui proses serakan dan serapan sebelum pancaran tersebut dikesan oleh penderia.
Kedua, atmosfera bertindak sebagai pembalik dan membalikkan pancaran suria kearah bidang pengelihatan penderia tanpa interaksi dengan permukaan bumi. Kesan serakan ini menyebabkan tenaga radiance akan menjadi lebih besar dari sepatutnya.
Kesan dari proses yang kedua ini dikenali sebagai radiance laluan. Ia menyebabkan imej menjadi lebih cerah dan sangat ketara bagi badan (objek) yang gelap.
Algoritma bagi pembetulan kesan atmosfera
Pembetulan kepada data remote sensing adalah perlu bagi mendapatkan maklumat yang lebih tepat, utamanya bila nilai radiometrik menjadi parameter yang penting.
Nilai radiance yang dikesan oleh penderia tidak mewakili nilai sebenar bagi permukaan dibumi dengan wujudnya kesan gangguan atmosfera.
Secara umumnya, sifat permukaan dan keadaan atmosfera semasa menentukan nilai radiance yang dikesan bagi kedudukan suria yang tertentu.
Sekiranya nilai sebenar radiance bagi permukaan perlu diperolehi dari data (imej) satelit, maka kesan atmosfera perlu dihitung (anggar) dan dihapuskan.