Effetti Atmosferici

La luce solare, o più in generale il campo elettromagnetico di qualunque lunghezza d’onda, proveniente dal Sole illumina il suolo attraversando l’atmosfera, che da luogo ai seguenti fenomeni: assorbimento, emissione e diffusione. Questi effetti si producono nei due percorsi indipendenti che la luce compie per passare dalla sommità dell’atmosfera fino al suolo e da questo fino al sensore. A causa dell’assorbimento l’energia trasportata dal campo elettromagnetico viene convertita in energia interna del gas atmosferico, con una conseguente estinzione della potenza elettromagnetica trasmessa. Questo fenomeno è selettivo in lunghezza d’onda e rende l’atmosfera terrestre opaca in certi intervalli spettrali. Si parla dunque di finestre spettrali nelle quali l’atmosfera è trasparente ed il suolo terrestre può essere osservato dallo spazio. Anche la diffusione è un fenomeno quantitativamente importante, che può modificare in modo significativo il segnale telerilevato. In particolare la diffusione della radiazione elettromagnetica è più efficiente alle lunghezze d’onda piccole (nel blu e nel violetto). In quest’intervallo spettrale fino all’80% della luce proveniente da bersagli scuri, quale il mare o la vegetazione, può essere dovuta alla diffusione atmosferica e solo il restante 20% è originato dall’oggetto osservato. Infine, l’emissione propria dell’atmosfera terrestre diviene importante solo alle lunghezze d’onda più grandi, nell’infrarosso termico, dove invece è trascurabile la diffusione.

Poiché questi effetti sono tutti quantitativamente molto rilevanti è necessario in ogni applicazione quantitativa del telerilevamento la loro correzione, che si ottiene utilizzando approcci matematici complessi e modelli di propagazione elettromagnetica (trasferimento radiativo) attraverso l’atmosfera terrestre.

Nel caso specifico la radianza al sensore espressa in unità elettromagnetiche (Livello 1B), limitatamente all’intervallo spettrale visibile e vicino infrarosso e per un sensore operante in modalità pushbroom, è data da:

ossia è data dalla radianza riflessa dal suolo moltiplicata per la trasmittanza atmosferica più la radianza diffusa dall’atmosfera . L’informazione di interesse nel caso del telerilevamento è comunque la riflettanza del suolo, un parametro che in teoria permette di riconoscere il materiale osservato utilizzando la sua firma spettrale. Per passare dalla radianza al sensore alla riflettanza (Livello 2) del suolo occorre invertire la precedente relazione, ottenendo il seguente risultato:

Dunque, per effettuare questo livello di correzione è necessario conoscere tre quantità che non sono state misurate dal sensore in modo indipendente: la radianza diffusa , la trasmittanza atmosferica e l’irradianza incidente al suolo . Spesso queste quantità vengono calcolate mediante alcuni programmi molto complessi di simulazione del trasferimento radiativo attraverso l’atmosfera terrestre. Uno dei più conosciuti di questi programmi è il modello di trasferimento radiativo denominato MODTRAN 4.