FUNDAMENTOS BÁSICOS DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (R.E.M.)

TELEDETECCIÓN FORESTAL

Ethel Rubin de Celis Llanos

1. Movimiento Ondulatorio

- Radiación electromagnética: Propagación de energía a través de un medio o el vacío Mediante ondas.

- Onda: perturbación que se propaga en el espacio con velocidad por la modificación de una magnitud que depende del tiempo.

- Longitud de Onda ( λ ): Distancia entre dos puntos que presentan igual perturbación

Longitud de onda larga

Longitud de onda corta

Alta frecuencia Baja frecuencia

Baja energía Alta energía

NOTA: La frecuencia se refiere al número de crestas en la onda de la misma longitud de onda que pasa por un punto en un segundo.

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1. Movimiento Ondulatorio

Longitud de Onda (Wavelength)

1. Movimiento Ondulatorio

- Periodo (T): Intervalo de tiempo entre dos perturbaciones consecutivas en un punto dado. (dominio del tiempo)

- Frecuencia (v): Número de perturbaciones por unidad de tiempo, es la inversa del periodo .

v = c / λ

- Por experimentos se observó que la electricidad y el magnetismo eran fenómenos relacionados. (Oersted, Faraday)

- Maxwell consiguió unificar ambos fenómenos, de aquí salen 3 propiedades de la propagación de la radiación electromagnética en el vacío:

- La perturbación se propaga en el espacio a una velocidad constante de 3 x 10 8 m/s (teoría de la relatividad).

2. La Radiación Electromagnética (REM)

- Los campos eléctricos y magnético están en fases.

- Los campos eléctricos y magnéticos son perpendiculares entre si y a la dirección de propagación (ondas transversales).

Principios de la Teledetección

El principio fundamental de la teledetección es la variación de los niveles de energía

reflejados por objeto determinado, donde la unidad fundamental es la R.E.M. y

dentro de ella lo que denominamos el FOTÓN.

R.E.M. varia de altos a bajos valores de

energía, y está representada en lo que

denominamos el E.E.M.

Fotón: Forma física de un Quantum, es

descrito como el mensajero de la energía

electromagnética.

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2. La Radiación Electromagnética (REM)

3. Espectro electromagnético

La representación de la energía electromagnética emitida en varias longitudes de onda es lo que comúnmente se conoce como el Espectro Electromagnético (EEM).

3. Espectro electromagnético

4. Teoría cuántica

- Fenómeno conocido desde antiguo, se definieron las leyes de su comportamiento como la reflexión, la refracción (Snell)

- Teoría corpuscular (Newton) que define a la luz como un chorro de partículas - Teoría ondulatoria (Huygens) define a la luz como una onda

La teoría electromagnética de Maxwell y experimentos posteriores definen a la luz

como una onda electromagnética (unificar electricidad, magnetismo y luz)

Teorías de la Luz

4. Teoría cuántica

Cuerpo Negro

Doble naturaleza de la T. Cuántica

T. Ondulatoria

Emisor y receptor perfecto de Energía, es decir, que absorbe totalmente y re-emite toda la energía incidente sobre él.

En términos generales, la mayoría de los objetos se comportan como un cuerpo gris, lejos de este ideal.

5. Leyes de Radiación

1ª Ley: Ley de Planck Relaciona la emisión radiante espectral del cuerpo negro con la longitud de onda y la temperatura absoluta.

La ley expresa que: Cualquier cuerpo negro cuya T>0 radia energía E-M La cantidad de energía aumenta con la T A mayor T, mayor frecuencia, y por lo tanto menor λ

5. Leyes de Radiación

2ª Ley: Ley de Desplazamiento de Wien Establece la longitud de onda en la que la emisión es máxima para una determinada temperatura del cuerpo negro.

La ley expresa que: A mayor temperatura se produce una radiación con menor longitud de onda. En Teledetección resulta útil para seleccionar la banda espectral empleada para detectar un fenómeno del que se conoce la T.

A = 2898 µmK

5. Leyes de Radiación

3ª Ley: Ley de Stefan-Boltzmann Establece que la emisión radiante es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo negro.

La ley expresa que: Pequeños cambios de temperatura implican grandes modificaciones de la energía emitida.

= 5,6697 x 10-8 Wm-2K-4

Radiancia total (W)m-2

Temperatura absoluta del cuerpo

a f

Magnitudes físicas

t f

i f r

f

a = fa/fi (absortividad)

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t = ft/fi (transmisividad)

r = fr/fi (reflectividad)

Er(λ) = Ei(λ) - [Et(λ) +Ea(λ)]

Donde, Er(λ) es la energía reflejada, Ei(λ) es la energía incidente, Et(λ) es la energía transmitida, y

Ea(λ) es la energía absorbida.

INTERACCIONES DE LA ENERGÍA CON LOS OBJETOS DE INTERÉS.

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•Ángulos de observación e iluminación.

FACTORES QUE INCIDEN EN LA REFLECTIVIDAD

En términos generales la reflectividad de un objeto de interés (superficie, cubierta) está incidida por diversos factores, a saber:

•Elementos que absorben (agua, pigmentos, minerales).

•Rugosidad superficial

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INTERACCIONES DE LA ENERGÍA CON LOS OBJETOS DE INTERÉS.

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Bandas de absorción de

clorofila.

Nuestros ojos perciben la vegetación sana

como color VERDE porque ésta presenta

una alta reflexión de este tipo de longitud

de onda.

Firma Espectral

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Bandas de Agua.

Presencia o no de contenido de materia orgánica o inorgánica en el agua (turbidez) Concentración de Clorofila

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Firma Espectral

Altura Solar

Orientación

Pendiente

Atmósfera

Fenología Sustrato

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FIRMA ESPECTRAL.

20 Chuvieco 1996, p. 61

Tomado de: Lillesand, T.M., y Kiefer, R.W., 2000. Remote sensing and image interpretation. p17.

Reflectividad de la hoja. Afectada a su vez por su contenido de pigmentos, estructura celular foliar y contenido de humedad. Dosel vegetal. Dado como la proporción de respuestas de hojas, lignina y suelo.

Ángulos de observación e iluminación.

Parámetros que influencian la reflectividad de la vegetación

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Efectos de la Atmósfera

• Absorción (filtro)

• Dispersión (reflexión): Por vapor de agua o partículas en suspensión

– Rayleight: Afecta a las más cortas y es la mas intensa: Cielo

– Mie: Afecta a mayores……aerosoles y polvo atmosférico

– No Selectiva: Por igual en cualquier… : nubes

• Emisión (generación)