tema 7: radiometría de microondas...nieve seca: comportamiento similar a la vegetación nieve...

(c) 2000 Universitat Politècnica de Catalunya 1

Tema 7:Tema 7:Radiometría de MicroondasRadiometría de Microondas


7.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE RADIOMETRÍA

Introducción: El Introducción: El brillo brillo de los cuerpos.de los cuerpos.h

12 EEf

−=

Los Los gasesgases radían radían a frecuencias discretas, a frecuencias discretas, fijadas por la diferencia de niveles energéticosfijadas por la diferencia de niveles energéticos

El El cuerpo negrocuerpo negro ( (bbbb: ideal) : ideal) radía radía según la según la Ley de Ley de PlankPlank

[ ]

Tk

c

ffB

B

HzSrmW

Tk

fbb

B

2

112h2

3

21e

1h2)(

λ

−

=

→

−⋅−⋅−⋅

Ley Ley RayleighRayleigh--JeansJeansµµWW IRIRVISVIS

En equilibrio En equilibrio termodinámicotermodinámico::- Absorbe toda la energía incidente- Absorbe toda la energía incidente-- Reemite Reemite toda la energía absorbida toda la energía absorbida

0→f

Radiometría de Microondas


Potencia captada por una antena rodeada por un Potencia captada por una antena rodeada por un bbbb

Coincide con la potencia disponibleCoincide con la potencia disponibleen en bornes de una resistenciabornes de una resistencia a la a la misma temperatura (misma temperatura (NyquistNyquist, 1928):, 1928):

RUIDO TÉRMICORUIDO TÉRMICO

)(),(2

2

104 2

20

20

fBBTkdfdtTk

APB

BR

f

fB

Befcn <<≈Ω⋅ϕθ⋅

λ= ∫ ∫∫

+

− π



El El brillo brillo de los cuerpos reales: de los cuerpos reales: cuerpos grisescuerpos grises- No absorben toda la energía incidente:- No absorben toda la energía incidente:- Una parte la reflejan,- Una parte la reflejan,- La fracción absorbida la - La fracción absorbida la reemiten reemiten después, perodespués, pero direccionalmente direccionalmente

Temperatura de BrilloTemperatura de Brilloy y EmisividadEmisividad::

Tek

Tk

B BB

B ),(2

ˆ),(2

),(22

ϕθλ

=ϕθλ

=ϕθ

1),(0 ≤ϕθ≤ e



Potencia de ruido incidente en una antena:Potencia de ruido incidente en una antena:- - ObjetoObjeto al que apunta ( al que apunta (TTBB))atenuada por la atmósfera (atenuada por la atmósfera (LLaa((θ θ ) ) ))

- La - La atmósferaatmósfera ( (TTUPUP))

- Brillo de - Brillo de otras fuentesotras fuentes directas directas

- - ReflexionesReflexiones de otras fuentes ( de otras fuentes (TTDNDN))Sol, Luna, ruido galáctico, Sol, Luna, ruido galáctico, ruido cósmico, la atmósfera ...ruido cósmico, la atmósfera ...

==> > TEMPERATURA APARENTE DE BRILLOTEMPERATURA APARENTE DE BRILLO

( ) ),(),(),(),,(

1),( ϕθ+ϕθ+ϕθ

ϕθ=ϕθ UP

pSC

pB

a

pAP TTT

hLT



Potencia de ruido captada por una antena:Potencia de ruido captada por una antena:

Interesará:Interesará:- Eficiencia de haz principal elevada: - Eficiencia de haz principal elevada: ηηML ML > 0.9> 0.9- Bajas pérdidas - Bajas pérdidas óhmicasóhmicas:: ηηΩΩ -->> 1 1

BTkN AB'=

.' )1( antphAA TTT ΩΩ η−+η=

SLMLMLMLAPA TTdtTT )1(),(),(4

1

4

η−+η=Ωϕθϕθπ

= ∫∫π

principalhazT ssecundariolóbulosT



La La atmósferaatmósfera se comporta se comporta como un como un atenuador :atenuador :

Un atenuador Un atenuador LL::- Atenúa la señal en un factor 1/- Atenúa la señal en un factor 1/LL- Añade ruido térmico en cada puerto:- Añade ruido térmico en cada puerto:

==>>

−

LBTk phB

11

AtmDN

AtmUP TT ,

7.2. Comportamiento de la atmósfera :



En primera aproximación la En primera aproximación la atmósferaatmósfera puede modelarse como un puede modelarse como unconjuntoconjunto estratificado de estratificado de atenuadoresatenuadores cada uno a una temperatura. cada uno a una temperatura.

"")(),'(

)'()'()'()'(

')'()'(sec),(,')'()'(sec),(

'

0

sec)',0(

0

sec),'(

opacidaddzzkHz

zkzezkze

dzezTzkHTdzezTzkHT

H

Z

a

aa

z

a

Atm

DN

H

Hz

a

Atm

UP

∫

∫∫

=τ

==↓↓

θ=θθ=θ∞

θτ−θτ−

Los Los hidrometeoroshidrometeoroshidrometeoroshidrometeoros, especialmente , especialmente lluvialluvia, provocan un aumento, provocan un aumentode las pérdidas (de las pérdidas (kkaa,, kkss), y un ), y un aumentoaumento de la de la emisividademisividad..



La La atmósfera atenúaatmósfera atenúa las las fuentes externas de ruidofuentes externas de ruido

- - Ruido GalácticoRuido Galáctico:: Imposibilita las observaciones Imposibilita las observaciones pasivas a pasivas a ff < 1GHz < 1GHz

- - Ruido CósmicoRuido Cósmico: : TTcoscos = 2.7 K= 2.7 K

- Reflexiones del - Reflexiones del SolSol y de la y de la Luna Luna (si son visibles) (si son visibles)

θ∞τ−++++= sec),0()( eTTTTTT MoonSunCosGalAtm

DNDN



Por la Ley de Por la Ley de KirchhoffKirchhoff, la, la emisividademisividad está relacionada está relacionada con loscon los coeficientes de dispersión coeficientes de dispersión ((PeakePeake, 1959) , 1959)

( ) ( ) ( )[ ]( ) s)eralucepsees(superfici

de

rs

p

issiipqssiipp

s

ssp

εθΓ−→

Ωϕθϕθσ+ϕθϕθσθπ

−=ϕθ ∫∫π

,1

,,,,,,cos4

11,

2

00

7.3. Comportamiento de las superficies naturales :



LaLa emisividad emisividad depende de:depende de:- El ángulo de observación- El ángulo de observación- Las propiedades eléctricas del medio (- Las propiedades eléctricas del medio (εεrr))- La rugosidad de la superficie del medio en términos de- La rugosidad de la superficie del medio en términos de λλ

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) iiip

DNssiipqssiippssp

SC

phssp

ssp

B

dTT

TeT

Ωϕθϕθϕθσ+ϕθϕθσθπ

=ϕθ

ϕθ=ϕθ

∫∫π

,,,,,,,cos4

1,

,,

2

00

0

][

Estudiaremos el comportamiento Estudiaremos el comportamiento emisivoemisivo del: del:- Suelo:- Suelo: descubiertodescubierto

cubierto por vegetacióncubierto por vegetacióncubierto por nievecubierto por nieve

- Mar: - Mar: agitado por el vientoagitado por el vientocubierto por manchas de aceitecubierto por manchas de aceiteheladohelado



Emisividad para diferentes tipos de materiales lisos vs. ángulo de incidencia:



Comportamiento Comportamiento emisivoemisivo del del suelo descubiertosuelo descubierto::

( ) ( )[ ] soilp

barep

bareB TT θΓ−=θ 1,

( ) ( ) ( ) ( )[ ] θσ−θΓ+θΓ−=θΓ222 cos41 kq

specp

specp

bare eQQ

( )GHzcm feQ26.0135.0 σ−−=

SMr e 081.0583.2≈ε

El El coeficiente de reflexióncoeficiente de reflexión en la interfaz aire-suelo depende en la interfaz aire-suelo dependedel del contenido volumétrico de humedad en el suelocontenido volumétrico de humedad en el suelo (SM) (SM)

Parámetro de mezcla de polarizaciónParámetro de mezcla de polarización

((Jackson et Jackson et al., ‘92)al., ‘92)



Emisividad del suelo en función de: rugosidad y humedad superficial.



Comportamiento Comportamiento emisivoemisivo del del suelo cubierto por vegetaciónsuelo cubierto por vegetación::( ) ( ) ( )[ ]

( )( ) ( ) ( ) veg

cancan

pbare

soilp

barecan

pcanB

TaLL

TL

T

−

θ

−

θθΓ

++

+θΓ−θ

=θ

1'

11

'

'1

'1'

1,

( ) 51.084.3689.0522.02, ++ε−≈ε dryOHsalinedrycanr mm

La influencia de la La influencia de la vegetación vegetación será más notable cuanto mayorserá más notable cuanto mayorsea su sea su espesorespesor, y mayor sea su , y mayor sea su densidaddensidad::

((MätzlerMätzler, ‘94), ‘94)

( ) 'sec'

θ=θ hk

canvegeeL 1,0 <<≈Γ − acanair

((f f < 100 < 100 GHzGHz))



•• Temperatura aparente de brillo de la vegetación: Temperatura aparente de brillo de la vegetación:



Comportamiento Comportamiento emisivoemisivo del del suelo cubierto por nievesuelo cubierto por nieve::

( ) ( )[ ]( ) soilsnowp

snowairp

snowB TaT −θΓ−≈θ − 11,

Nieve secaNieve seca:: Comportamiento similar a la vegetación Comportamiento similar a la vegetaciónNieve húmedaNieve húmeda:: El agua aumenta las pérdidas: mayor El agua aumenta las pérdidas: mayor eeee

La La clasificaciónclasificación de diferentes de diferentes tipos de nievetipos de nieve difícil debido a la difícil debido a la

presencia o no de agua =presencia o no de agua =>> estudiar las estudiar las signaturas espectralessignaturas espectrales



••Firmas espectrales de la nieve, desiertos y lluvia (Firmas espectrales de la nieve, desiertos y lluvia (θθθθincinc = 53.1º): = 53.1º):



Comportamiento Comportamiento emisivoemisivo del del mar en calma:mar en calma:

( ) ( )[ ] seap

Hspecp

seaB TT θΓ−=θ 0,, 21

•• Influencia de la Influencia de la salinidad salinidad



Comportamiento Comportamiento emisivoemisivo del del mar en calmamar en calmainfluencia de la frecuenciainfluencia de la frecuencia influencia de SSTinfluencia de SST


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