Fernerkundung des Ozeans: Probleme der Fernerkundung des Ozeans mit optischen Mitteln
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Berlin
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1991
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1. Fernerkundung der Erde.................... 11
1.1. Aufgaben und Ziele....................... 11
1.2. Grundlagen und Methoden.................... 13
1.3. Spezifik der Fernerkundung des Ozeans.............. 16
2. Optik des Ozeans........................ 18
2.1. Optische Eigenschaften des Ozeans................ 18
2.1.1. Inhärente optische Eigenschaften................. 18
2.1.2. Absorbierende und streuende Teilchen............... 20
2.1.3. Scheinbare optische Eigenschaften................. 27
2.2. Das Strahlungsfeld im Wasser................... 36
2.2.1. Die Strahlungstransportgleichung (STG).............. 36
2.2.2. Wichtigste numerische Lösungsmethoden der STG.......... 38
2.2.3. Näherungslösungen der STG................... 39
2.2.4. Empirische Beziehungen und allgemeine Ergebnisse......... 40
2.3. Einfluß der Grenzfläche Luft—Wasser auf den Strahlungstransport . . 47
2.3.1. Refraktion........................... 48
2.3.2. Reflexion............................ 49
2.3.2.1. Reflexion für diffuse Strahlung.................. 52
2.3.3. Transmission.......................... 54
2.3.4. Albedo des Ozeans........................ 55
2.3.5. Einfluß der Grenzfläche auf das Strahlungsfeld unter und über Wasser . 56
2.4. Einfluß der Oberflächenstruktur des Ozeans............. 62
2.4.1. Sonnen- und Himmelsglitter................... 63
2.4.2. Reflexionsmodell einer rauhen Wasserfläche............. 65
2.4.3. Schaumbedeckung........................ 71
3. Die Spektralcharakteristik und Wasserklassifikation........ 76
3.1. Einfluß der Inhaltsstoffe auf die Spektralcharakteristik........ 77
3.1.1. Absorption und Streuung durch Phytoplankton........... 78
3.1.2. Absorption und Streuung durch andere Inhaltsstoffe......... 83
3.2. Optische Klassifikation der Wassertypen des Ozeans......... 86
Inhaltsverzeichnis
3.2.1. Die Wasserklassen nach Jerlov..................86
3.2.2. Farbklassifikation und Farbindex.................88
3.2.2.1. Der C.I.E.-Farbstandard.....................89
3.2.2.2. Der Farbindex.........................90
3.2.3. Der bio-optische Zustand des Ozeanwassers (SMiTH-BAKEE-Modell)... 93
3.2.4. Das CCIW/CCRS-Water-Quality Model...............99
3.2.5. Die C-Gf-Ä-Klassifikation.....................105
3.2.6. Das einparametrige Modell der effektiven Wellenlänge........116
4. Optik der Atmosphäre......................120
4.1. Grundlagen der atmosphärischen Optik...............120
4.1.1. Die BAYLEIGH-Atmosphäre....................120
4.1.2. Einfluß der Aerosole auf die Optik der Atmosphäre.........124
4.1.2.1. Natur und optische Eigenschaften der Aerosole...........124
4.1.2.2. Aerosolmodelle.........................132
4.1.2.3. Die Streufunktion der Aerosole..................136
4.2. Strahlungstransport in der Atmosphäre...............140
4.2.1. Lösungsmethoden für die Strahlungstransport-Gleichung.......142
4.2.2. Atmosphärenmodelle.......................145
4.3. Besonderheiten der maritimen Atmosphäre.............147
4.3.1. Maritime Aerosolmodelle.....................152
4.4. Messung optischer Aerosolparameter................158
4.4.1. Bestimmung der optischen Dicke t¿ der Aerosole..........159
4.4.2. Bestimmung der Streufunktion a(v)................161
4.4.3. Bestimmung der optischen Dicke aus Satellitenmessungen......165
4.5. Die Modulations-Übertragungsfunktion der Atmosphäre.......168
5. Fernerkundung des Ozeans mit optischen Mitteln..........172
5.1. Möglichkeiten, Ziele und Probleme.................172
5.2. Kopplung der Strahlungsparameter im Wasser und in der Atmosphäre . 176
5.2.1. Definition der Strahlungsgrößen..................176
5.2.2. Beziehungen für Irradianzgrößen.................178
5.2.3. Beziehungen für Badianzgrößen..................181
5.3. Das Verhalten des Strahlungsfeldes im System Atmosphäre —Ozean . . 185
5.4. Der Atmosphäreneinfluß bei der Fernerkundung...........196
5.4.1. Die allgemeine Fernerkundungs-Gleichung des Systems Atmosphäre—
Ozean.............................198
5.4.2. Der relative Beitrag der Störterme zum Meßsignal..........208
5.4.2.1. Der Albedo S der Atmosphäre...................209
5.4.2.2. Die diffuse Transmission T* der Atmosphäre............209
5.4.2.3. Die Reflektanz Äa der Atmosphäre................210
5.4.3. Der Blurring-Effekt.......................213
5.4.3.1. Einfluß der Umgebung auf das Meßsignal über dem Target......215
Inhaltsverzeichnis 9
5.4.3.2. Einfluß der Pixelgröße auf das Meßsignal..............217
5.4.3.3. Einfluß der Umgebung auf das Signal/Rausch-Verhältnis.......222
5.5. Möglichkeiten und Methoden der Atmosphärenkorrektur bei der Fern-
erkundung des Ozeans......................223
5.5.1. Verwendung von Atmosphärenmodellen..............224
5.5.2. Die Testflächenmethode.....................225
5.5.3. Anschluß an Bodenmessungen...................227
5.5.4. Die Clear-water-Methode nach Gobdok...............230
5.5.5. Erweiterung des GosDON-Algorithmus...............237
5.5.6. Korrekturmethoden für trübe Küstengewässer............240
5.5.7. Die Inversionsmethode in der 02-Absorptionsbande.........244
5.5.8. Weitere Korrekturmethoden...................250
5.5.9. Korrektur von Mugzeugmessungen................254
5.6. Einfluß der Variation der Parameter auf die Messung der Spektral-
charakteristik des Ozeans (Fehlerquellen)..............255
5.6.1. Abhängigkeit von der extraterrestrischen Irradianz Eo........256
5.6.2. Eichgenauigkeit und Quantisierung bei digitaler Meßwerterfassung. . . 259
5.6.3. Einfluß anderer variabler Faktoren................265
5.6.4. Polarisation des Meßsignals....................269
• Nutzung der Spektraliníonnatíon zur Bestimmung der optischen Para-
meter und Inhaltsstoffe des Ozeans................272
6.1. Allgemeine Beziehungen für die Ozeanfarbe.............274
6.2. Bestimmung der Chlorophyllkonzentration.............277
6.2.1. Farbindex und Farbdiagramme..................277
6.2.2. Chlorophyll-Algorithmen.....................279
6-3. Bestimmung weiterer Inhaltsstoffe.................291
6.3.1. Seston-Algorithmen.......................291
6-3.2. Sediment-Algorithmen......................292
6.3.3. Beziehungen zwischen den Inhaltsstoffen..............294
6.4. Bestimmung des Dämpfungskoeffizienten K.............295
6.4.1. Der K-Algorithmus.......................295
6.4.2. Zusammenhänge zwischen K und Chlorophyll C...........297
6.5. Weitere Lösungsversuche zur Interpretation der Spektraldaten .... 298
6.5.1. Der Krümmungs-Algorithmus zur Chlorophyllbestimmung......298
6.5.1.1. Verhalten bei weiteren Inhaltsstoffen................305
6.5.1.2. Einfluß des Atmosphärenzustandes................306
6.5.2. Multivariate statistische Analysemethoden.............310
6.5.2.1. Die Hauptkomponentenanalyse..................310
6.5.2.2. Die Faktorenanalyse.......................316
6.6. Nutzung der natürlichen Fluoreszenz................318
6.7. Informationsgehalt der Spektraldaten...............322
6.7.1. Extrahierbare unabhängige Informationen.............322
6.7.2. Signifikanz spektraler Messungen.................327
10 Inhaltsverzeichnis
7. Meßtechnik, Gerateparameter und Missionen ........... 332
7.1. Wahl der Spektralkanäle für die Ozeansondierung.......... 332
7.2. Meßgeometrie.......................... 337
7.3. Bäumliche Auflösung und Übertragungsfunktionen......... 341
7.3.1. Die Punkt-Verwaschungsfunktion PSF............... 342
7.3.2. Die optische Übertragungsfunktion (OTF)............. 344
7.3.3. Die Modulations-Übertragungsfunktion (MTF)........... 345
7.3.3.1. Die MTF der Optik ....................... 347
7.3.3.2. Die MTF der Bildbewegung.................... 352
7.3.3.3. Die MTF eines CCD-Detektors.................. 353
7.3.3.4. Die MTF der Elektronik..................... 356
7.3.3.5. Die MTF des Objektes...................... 358
7.3.3.6. Die MTF der Atmosphäre.................... 359
7.3.4. Die MTF eines optischen Fernerkundungsgerätes.......... 361
7.3.4.1. Die scheinbare räumliche Auflösung................ 363
7.4. Radiometrische Parameter.................... 366
7.4.1. Radiometrische Auflösung.................... 366
7.4.2. Rauschgrößen und S/N-Verhältnis................. 369
7.4.3. Einfluß der MTF auf den radiometrischen Fehler.......... 372
7.5. Gerätesysteme und Entwicklungstendenzen............. 375
8. Schlußbemerkungen....................... 381
Anhang: Beispiele zur KA, HK und Eigenvektor-Analyse........... 388
Literatur................................. 399
Sachverzeichnis.............................. 412
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