OPTIČKE OSOBINEOPTIČKE OSOBINE ATMOSFERE

Sastav atmosfereEfekti prostiranja kroz atmosferu

Prozori i transmitivnostProzori i transmitivnostZračenje atmosfere

Barbaric, MS1.TS 11

Slojevi atmosfereSlojevi atmosfere

Barbaric, MS1.TS 22Barbaric, MS1.TS

Promena pritiska i temperature slojeva

Barbaric, MS1.TS 33Barbaric, MS1.TS

Visina slojeva i promena temperatureVisina slojeva i promena temperature

Atmosferski sloj

Raspon u km Promene temperature sa visinom

Od (km) Do(km)

Troposphere 0 11 opada, 6 0C/kmTroposphere 0 11 op d , 6 C/

Stratosphere 11 23 Približno konstantna

Mesosphere 23 80 Raste od 23 to 45 km, potom opada

Thermosphere 80 8000Raste 110 km do 230km, potom je konstantna

Barbaric, MS1.TS 4

konstantna4Barbaric, MS1.TS

Sastav atmosfereElementi Simbol Koncentracija u %

Nit N 78 084Nitrogen N2 78.084Oxygen O2 20.946Argon Ar 0 934Argon Ar 0.934Carbon dioxide CO2 0.032Neon Ne 1.818 10-3

Helium He 5.24 10-4

Methane CH4 2.0 10-4

Krypton Kr 1.14 10-4

Nitrous oxide NO 5.0 10-5

Hydrogen H2 5.0 10-5

Xenon Xe 9.0 10-6

Barbaric, MS1.TS 5Water vapor H2O PromenljivaOzone O3 Promenljiva 5Barbaric, MS1.TS

Slabljenje optičkog zračenjaSlabljenje optičkog zračenja

• Uzroci atmosferskog slabljenja su:1. Molekularna apsorpcija2. Molekularno rasejanje3. Aerosolna apsorpcija4. Aerosolno rasejanje

Barbaric, MS1.TS 66Barbaric, MS1.TS

Apsorpcija u atmosferiApsorpcija u atmosferi

• Apsorpcija u molekulama gasova i aerosola

ФФФ+dФ

Molekule

dRdФ<0

dR

Barbaric, MS1.TS 77Barbaric, MS1.TS

Interakcija sa atomomInterakcija sa atomom

• Tranzicija elektrona u atomu, UV i vidljivi spektar zračenja.

• Kvant energije hν zavisi od orbita između kojih dolazi do prelaza elektronap

)(605132VZQ )(605,13 2 eV

nQe =

ged je Z atomski broj (broj protona u jezgru) a n redni broj orbite elektrona, 1eV=1,60206·10-19J.

Barbaric, MS1.TS 88Barbaric, MS1.TS

Molekularna zračenjaMolekularna zračenja

• Molekularna apsorpcija nastaje tranzicijom elektronausled vibracija i rotacija molekula gasa.

• Za razliku od atomske apsorpcije na jednoj talasnojdužini ovde se radi o opsegu talasnih dužina i to svakip gje sastavljen od diskretnih linija.

• Talasne dužine apsorpcije odgovaraju i talasnimTalasne dužine apsorpcije odgovaraju i talasnimdužinama zraženja usled atomske i molekularnihefekata apsorpcije.efekata apsorpcije.

Barbaric, MS1.TS 99Barbaric, MS1.TS

Molekularna apsorpcija i i ijtransmisija

Barbaric, MS1.TS 1010Barbaric, MS1.TS

Rasejanje u atmosferiRasejanje u atmosferi

• Efekt rasejanja na čestici molekula i aerosola

Ф Ф+dФФ Ф+dФ

dФ<0dR

dФ<0

Barbaric, MS1.TS 1111Barbaric, MS1.TS

Rasejanje na molekulama i aerosolima

• Rasejanje ili sketer prema talasnim dužinama

aerosolimaj j p

zračenja i prema dimenziji čestica se dele na:1. Rejlijev (Rayleigh) sketer (scattering),1. Rejlijev (Rayleigh) sketer (scattering),2. Mie sketer i3 N l kti i k t3. Neselektivni sketer.

Barbaric, MS1.TS 1212Barbaric, MS1.TS

Rejlijevo rasejanjeRejlijevo rasejanje

• Rejlijev sketer se javlja na česticama čije su dimenzije mnogomanje od talasne dužine zračenja, koje se prostire krozatmosferuatmosferu.

• Rejlijev spektralni sketer koeficijent

Rm eR

nnnnNV λσ

λλλπλσ −=Φ=Φ

+−

= )0(,)()(4)( 22

02

220

2

4

22

gde su: N molekularna gustina u zaprimini V, n indeks lomamolekule a n vazduha (n =1)

)( 0

molekule a n0 vazduha (n0=1).

Barbaric, MS1.TS 1313Barbaric, MS1.TS

Mie sketerMie sketer

• Ovaj tip rasejanja je dominantan za talasne dužine koje suuporedive sa dimenzijom čestica.G ti č ti l č j d i i• Gustina čestica aerosola značajno opada sa visinom, pa sespektralni koeficijent sketera definiše

)0()0()(

aa MhM σσ =

gde je M zapriminska gustina čestica, σa(0) sketer na nivoumora

)0(M

mora.Na primer na nivou mora M(0)=200 cm-3 i linearno opada sa

visinom na oko 0 1 cm-3 na 10 kmBarbaric, MS1.TS 14

visinom na oko 0,1 cm na 10 km.14Barbaric, MS1.TS

Neselektivni sketerNeselektivni sketer

N l k i i k j lj i i j č j• Neselektivni sketer se javlja pri prostiranju zračenjačije su talasne dužine mnogo manje od dimenziječestica aerosolačestica aerosola.

• Ovaj sketer uključuje tri procesa; refleksiju odpovršine aerosola refrakciju od ivica i penetracijupovršine aerosola, refrakciju od ivica i penetracijukroz aerosol.

• Ovaj sketer je dominantan u magli čije čestice su reda• Ovaj sketer je dominantan u magli čije čestice su redanekoliko mikrometara, prašini i kapima kiše. Sketerkoeficijent je aprokimativno λ0,7koeficijent je aprokimativno λ .

• Transmisivnost magle je mnogo veća za infracrvenonego vidljivo područje talasnih dužina

Barbaric, MS1.TS 15

nego vidljivo područje talasnih dužina.15Barbaric, MS1.TS

Spektralna transmitivnost atmosfere, efekt sketera

Barbaric, MS1.TS 1616Barbaric, MS1.TS

Prozori u atmosferi efekt apsorpcijeProzori u atmosferi, efekt apsorpcije

Barbaric, MS1.TS 1717Barbaric, MS1.TS

Modeli atmosfere, procena transmisivnosti

• Eksponencijalni model, Beer-Lambert-ov zakonτλ=e-σxτλ

• Atmospheric Transmittance/Radiance: C t C d LOWTRAN MODTRANComputer Code LOWTRAN, MODTRAN

• HITRAN atmospheric transmission code• LINETRA atmospheric transmission code • REALTRAN atmospheric transmission codep

Barbaric, MS1.TS 1818Barbaric, MS1.TS

MODTRANMODTRANMODTRAN (MOD t l ti TRAN i i• MODTRAN (MODerate resolution TRANsmission -transmitansa srednje rezolucije) je atmosferski model razvijenu prethodnih 25 godina u američkoj vojnoj vazduhoplovnojPhilli l b t iji Di kt j l d ik LOWTRANPhillips laboratoriji. Direktan je naslednik LOWTRANfamilije kodova; u stvari, MODTRAN sadrži kompletanLOWTRAN model kao korisničku opciju.

• Molekularna kontinualna apsorpcija, molekularno rasejanje i aerosolna apsorpcija i rasejanje su takođe uključeni. Proračuni radijanse razmatraju doprinose iz sledećih izvora:j j p- atmosferska sopstvena emisija- solarna i/ili lunarna radijansa jednostruko rasejana na putanji- direktna solarna iradijansa kroz kosu putanju u vasionu- solarna i/ili atmosferski emitovana radijansa višestruko rasejana na putanji

Barbaric, MS1.TS 19

rasejana na putanji19Barbaric, MS1.TS

Primer iz MODTRAN-a, Spektralna solarna i dij h t f i t it i dijiradijansa na vrhu atmosfere i transmitovana iradijansa

kroz atmosferu)

Barbaric, MS1.TS 2020Barbaric, MS1.TS

Primer iz MODTRAN-a, transmitovana ,iradijansa kroz atmosferu)

Barbaric, MS1.TS 21

Optička vidljivost

Barbaric, MS1.TS 2222Barbaric, MS1.TS

Procena slabljenjaj j

Barbaric, MS1.TS 2323Barbaric, MS1.TS

Procene spektralnog slabljenja u atmosferi

• Za vidljivi opseg)912.3exp()exp( x

Rxvvis ⋅−=⋅−= στ

• Uticaj talasne dužine, normalizacija prma centralnoj talasnoj dužini

Rv

talasnoj dužini3/1585.0

550912.3)(

vR

K R

⋅−

⋅= λλσ

• Za prvi i drugi termovizijski prozor55.0

)(v

K R

MWIR R24.2=σ

vLWIR R

85.0=σ

Barbaric, MS1.TS 24

vR v

24Barbaric, MS1.TS

Procene spektralnog zračenja atmosfere

• Spektralna radijansa atmosfere je

)()1(1A

CT TML λλλ τπ

−=

gde je TA temperatura atmosferskog sloja, koji imat l t iti tspetralnu transmitivnost τλ.

Barbaric, MS1.TS 25

Turbulencija u atmosferiTurbulencija u atmosferi

• Turbulencija je pojava koja nastaje usled fluktuacijeindeksa loma sredine.

• Pri prostiranju zračenja kroz turbulentnu atmosferudolazi do zamućenosti (bluring) objekata i blistanja( g) j j(svetlucanja) pojedinih tačaka na slici.

• Pored toga optički sistem zbog difrakcije takođePored toga optički sistem zbog difrakcije takođemenja intenzitet iradijanse u ravni slike.

Barbaric, MS1.TS 2626

Modulaciona transfer funkcijaModulaciona transfer funkcija

• Optička transfer funkcija (OTF) se koristi za opisturbulencije u atmosferi.

• Optička transfer funkcija se definiše pomoćumodulacione transfer funkcije (MTF) i fazne transferj ( )funkcije (PTF).

• Amplituda OTF je određena MTF a faza emt sa PTF.Amplituda OTF je određena MTF a faza emt sa PTF.• Turblentna atmosfera se opisuje MTF koja je

različita za različite tipove slikarazličita za različite tipove slika.

Barbaric, MS1.TS 2727Barbaric, MS1.TS