Câu 1:Bức xạ của mặt trời: Bức xạ điện từ là cơ sở nền tảng của công nghệ viễn thám. Tất cả mọi thứ phát ra bức xạ điện từ. Các đối tượng với một nhiệt độ trên không độ tuyệt đối đều phát ra bức xạ. Nguồn năng lượng chính của trái đất là từ mặt trời. Năng lượng mặt trời chuyển qua trái đất bằng sóng điện từ bức xạ. Trong chân không, sóng điện từ truyền đi với tốc độ ánh sáng (300.000 km s). Quang phổ điện liên tục phân biệt các loại khác nhau của sóng dựa trên bước sóng và tần số. Các định luật cơ bản +Định luật Planck Một vật thể màu đen được định nghĩa như một vật thể hấp thụ hoàn toàn tất cả các bức xạ đến nó Hệ mặt trời và đấtkhí quyển là các vật thể đen tuyệt đối, nhưng chúng ta vẫn có thể áp dụng những định luật bức xạ của vật đen + Định luật StefanBoltzmann: Tốc độ mà đối tượng tỏa nhiệt là tỷ lệ thuận với lũy thừa bốn của nhiệt độ của nó σ=5,6697108 Wm2K4 Cường độ của bức xạ phát ra từ năng lượng mặt trời quang quyển gấp nhiều lần từ bề mặt trái đất + Định luật Wien’s Khi nhiệt độ của vật thể tăng lên, bước sóng của bức xạ cường độ cao nhất phát ra giảm Bước sóng của cường độ tối đa (micron) = 3000 T (bước sóng trong micron, một phần triệu của một mét, nhiệt độ ở thang độ K
Trang 1Câu 1:Bức xạ của mặt trời:
-Bức xạ điện từ là cơ sở nền tảng của công nghệ viễn thám.
-Tất cả mọi thứ phát ra bức xạ điện từ.
-Các đối tượng với một nhiệt độ trên không độ tuyệt đối đều phát ra bức xạ
-Nguồn năng lượng chính của trái đất là từ mặt trời.
-Năng lượng mặt trời chuyển qua trái đất bằng sóng điện từ bức xạ.
-Trong chân không, sóng điện từ truyền đi với tốc độ ánh sáng (300.000 km / s).
-Quang phổ điện liên tục phân biệt các loại khác nhau của sóng dựa trên bước sóng và tần số.
-Các định luật cơ bản
+Định luật Planck
Một vật thể màu đen được định nghĩa như một vật thể hấp thụ hoàn toàn tất cả các bức xạ đến nó
Hệ mặt trời và đất-khí quyển là các vật thể đen tuyệt đối, nhưng chúng ta vẫn có thể áp dụng những định luật bức xạ của vật đen
+ Định luật Stefan-Boltzmann:
Tốc độ mà đối tượng tỏa nhiệt là tỷ lệ thuận với lũy thừa bốn của nhiệt độ của nó
σ=5,6697*10-8 Wm-2K-4
Cường độ của bức xạ phát ra từ năng lượng mặt trời quang quyển gấp nhiều lần từ bề mặt trái đất
+ Định luật Wien’s
Khi nhiệt độ của vật thể tăng lên, bước sóng của bức xạ cường
độ cao nhất phát ra giảm
Trang 2Bước sóng của cường độ tối đa (micron) = 3000 / T (bước
sóng trong micron, một phần triệu của một mét, nhiệt độ ở
thang độ K
Câu 2: Các thành phần bức xạ của mặt trời
*Truyền xạ
-Truyền xạ không bị cản trở tức là sự đi qua trực tiếp của ánh sáng qua khí quyển
-Trong những ngày nắng, khi không có sự tồn tại của ô
nhiễm và hơi nước, 80% bức xạ mặt trời có thể truyền tới được bề mặt trái đất
-Sự truyền của bức xạ mặt trời giảm đi khi có sự tăng lên của mây, hới nước và bụi khí
-Trong những ngày mây, sự truyền xạ của bức xạ mặt trời có khí chỉ còn xấp xỉ 0%
*Tán xạ
-Xảy ra khi các phần tử cực nhỏ khuyếch tán bức xạ đi tới
- Là sự lan truyền của ánh sáng không định hướng
- Gây bởi các phần tử nhỏ bé
- Đặc điểm:
+Độ dài bước sóng không đổi
+Tán xạ theo mọi hướng
+Không đồng nhất về cường độ
- Tuỳ thuộc mật độ, bề dày, độ dài bước sóng chia thành:
+Tán xạ Rayleigh: : d hạt << λ
Do các hạt bụi, phân tử Nitơ hoặc Ôxy
Xảy ra ở phần trên cùng của khí quyển
Phân tán gần như đồng đều
Hiệu ứng: Tán xạ Rayleigh là nguyên nhân gây ra bầu trời màu xanh và đỏ hoàng hôn do ánh sáng màu xanh tán xạ nhiều hơn ánh sáng màu đỏ gấp 4 lần
Tán xạ Rayleigh ảnh hưởng đến khoảng 10% của tất cả các bức xạ mặt trời đến
+ Tán xạ Mie dhạt = λ
Trang 3Do hạt bụi lớn, hơi nước, khói
Xảy ra tầng dưới của khí quyển
Phân tán không đồng đều
Hiệu ứng: mây trắng, sương mù trắng
Ánh sáng tán xạ nhìn thấy có màu trắng hoặc màu bạc sáng do phụ thuộc vào kích cỡ của hạt
+Tán xạ không chọn lọc dhạt > λ
Do các giọt nước, các hạt bụi
Bước sóng của tia sáng phân tán đồng đều
blue + green + red = white light
*Hấp thụ
- Năng lượng bị hấp thụ ở các bước sóng khác nhau
- Phụ thuộc vào thành phần hoá học
- Khí quyển không hấp thụ bức xạ đồng đều đối với tất cả các bước sóng
+Bức xạ mặt trời (bức xạ sóng ngắn) đi qua dễ dàng
+Phần lớn những bức xạ năng lương cao (UV) thường bị hấp thụ hoàn toàn bới Ozon tầng bình lưu
+Hơi nước và Carbon Dioxide hấp thụ bức xạ cận hồng
ngoại
*Phản xạ
-Suất phản chiếu (albedo) của một đối tượng là mức độ mà
nó phản xạ ánh sáng, được định nghĩa là tỷ lệ của phản xạ và bức xạ đến
- Albedo của bề mặt biến động rất rộng:từ 5% đối với nước biển sâu và lặng gió, tới 90% đối với tuyết tươi (mới rơi)
- Albedobề mặt đất phụ thuộc vào loại và điều kiện lớp phủ thục vật
-Albedo bề mặt phụ thuộc bước sóng của bức xạ đi tới
Trang 4Câu 3: Phát xạ và các khả năng phát xạ
-Sự phát xạ là bức xạ điện-từ từ một đối tượng/sự vật phát ra
do chuyển động ngẫu nhiên và sự va chạm của phân tử vật chất ở bên trong đối tượng
-Một đối tượng phát ra thông lượng bức xạ phổ đơn lẻ phụ thuộc vào nhiệt độ và khả năng phát xạ của đối tượng ấy Bức xạ này được gọi là bức xạ nhiệt, vì nó phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ
-Bức xạ nhiệt có thể biểu diễn bằng lý thuyết vật đen Là một vật chất hấp thụ toàn bộ năng lượng điện từ rọi tới nó
mà không phản xạ đi cũng như không truyền đi bất cứ năng lượng nào
-định luật Stefan-Boltzmann: cường độ bức xạt hay đổi theo nhiệt độc của đối tượng phát xạ
- Với một đối tượng phát xạ bất kỳ thì cường độ bức xạ thay đổi như một hàm của bước sóng và nhiệt độ
-Sự phân bố phổ của năng lượng đó cũng thay đổi theo bước sóng và nhiệt độ
-Quan hệ giữa cường độ đỉnh phổ và nhiệt độ vật đen được
mô tả bằng định luật dịch chuyển của Wien
*Khả năng phát xạ
- Định luật Kirchoff
+Tỷ số giữa bức xạ phát ra và bức xạ hấp thụ là như nhau đối với tất cả các vật đen ở cùng một nhiệt độ và cùng một bước sóng - Tỷ số này biểu thị khả năng phát xạ của một vật đen lý tưởng
Trang 5
+Giá trị (0-1)
+đối với nước thì khả năng phát xạ giảm khi bước sóng giảm
-Định luật Planck và nhiệt độ chói
Định luật Planck về phân bố năng lượng trong phổ phát
xạ của vật đen tuyệt đối phụ thuộc vào nhiệt độ và độ dài bước sóng được viết như sau:
Câu 3: Nguyên lý quan trắc từ vệ tinh không gian
-Đo đạc gián tiếp theo 2 phương pháp: bị động và chủ động +Đo xa tích cực: thiết bị đo phát ra các sóng điện từ tới đối tượng đo, gặp đối tượng đo nó phản xạ trở lại thiết bị cảm biến (radar- Microwave)
+Đo xa thụ động: thì quan trắc (nhận) sóng điện từ từ chính các đối tượng (mà ta định đo) truyền tới nhờ quá trình phát
xạ và phản xạ (Visible, IR)
-Tương ứng với 3 dải phổ ta có 3 loại (dạng) viễn thám: +Viễn thám thị phổ và hồng ngoại phản chiếu, nguồn năng lượng bức xạ là từ mặt trời;
+Viễn thám hồng ngoại nhiệt với nguồn năng lượng bức xạ
từ chính đối tượng thám sát,
+Viễn thám vi sóng: viễn thám tích cực và viễn thám thụ động
Trang 6- Nguyên tắc dựa vào tương tác của 3 thành phần bức xạ là phát xạ, hấp thụ và phản xạ
+Hệ số truyền xạ (τλ) – một phần nào đó (cho đến 100 %) của bức xạ xuyên
qua bề mặt của vật chất( nước ) nếu như vật thể là trong suốt và mỏng thì thường là nó đi qua
+ Hệ số hấp thụ (aλ) – một phần bức xạ nào đó được hấp thụ thông qua tương
tác điện tử hoặc phân tử bên trong môi trường; một phần của năng lượng này sau đó lại hồi phát, thường ở bước sóng dài hơn, còn một phần nào đó được giữ lại và đốt nóng đối
tượng hấp thụ
+Hệ số phản xạ - Bức xạ phản chiếu (rλ) – phần bức xạ nào
đó (cho đến 100
%) phản xạ đi (rời khỏi đối tượng) và phân tán ra khỏi đối tượng theo các góc độ khác nhau, phụ thuộc vào độ nhám của bề mặt vật thể và góc chiếu tới của tia xạ Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có :
τλ + aλ + rλ = 1 (2.17
Trang 7Câu 4: Đặc điểm cơ bản của ảnh mây vệ tinh
- Độ phân giải không gian
+Là kích cỡ của điểm ảnh trên mặt đất
+Được biểu diễn bằng một giá trị đơn lẻ (1km) nếu như
điểm ảnh là hình vuông
+Tùy theo nhu cầu sử dụng từ phát hiện -> xác định -> phân tích mục tiêu thì đòi hỏi của phân giải tăng dần
+Nguyên lý: Chọn độ phân giải bằng khoảng 10 lần kích cỡ của đối tượng giám sát
- Các kênh ảnh
+Tên của các hình ảnh khác nhau tương ứng với một dải của quang phổ điện từ các bộ cảm biến vệ tinh thu được
+Khí quyển là có thể truyền qua đối với các dải khác nhau của bức xạ trong khu vực nhất định của quang phổ Các khu vực này được gọi là cửa sổ khí quyển hoặc các kênh ảnh +Cảm biến của vệ tinh có thể "nhìn thấy" trong một loạt các cửa sổ bức xạ điện từ
+Ba kênh quan trọng nhất được sử dụng là:
.Thị phổ: (0.6 microns)
.Hồng ngoại: (10 to 12 microns)
.Hơi nước: (6.5 and 6.9 microns )
-Dạng ảnh:Ảnh Alanog và ảnh số
+Mỗi ô nhỏ là một ảnh điểm (pixel) Hình dạng (shape) của ảnh điểm thường cho là hình vuông
+Số con số của mỗi ảnh điểm là số nhị phân (hay bits), nó biến đổi từ 0 đến 2k, k là số bits dùng để biểu diễn độ sâu của ảnh, nó phụ thuộc vào cảm biến kế của vệ tinh
+Kiểm định ảnh :
.Kiểm định hình học: đặt từng điểm ảnh vào đúng vị trí địa
lý của nó
.Kiểm định vật lý: chuyển đổi số đọc trên thiết bị đo bức xạ
về đúng tham sốvật lý
Trang 8Câu 5: phân biệt những đặc điểm của ảnh VIS, IR, hơi nước.
*Ảnh VIS
-Ảnh vệ tinh thị phổ biểu thị sự tán xạ ánh sáng mặt trời
được phản chiếu lại bởi các vật thể trong khí quyển và trên trái đất
-Chỉ có vào ban ngày
-Sự khác biệt trong phản xạ của những đám mây, nước, đất, thực vật cho phép chúng ta phân biệt các tính năng này trong hình ảnh
+Những vùng đậm màu trên ảnh thị phổ thể hiện những
vùng có lượng nhỏ ánh sáng mặt trời được phản xạ lại không gian
+Những vùng trắng sáng thể hiện những vùng mây,vùng màu xám thể hiện trời quang mây
- Tuyết, mây dày và cao thì sáng chói hơn bề mặt đất và
biển Bề mặt đất và biển xám tối hơn mây, nhưng mặt biển lại tối hơn bề mặt đất vì biển hấp thụ ánh sáng thị phổ lớn hơn
- Bóng dâm của mây dông có thể được nhìn thấy về hướng mây thấp vào lúc xế chiều Các lớp phủ, như lớp tuyết phủ,
có thể kiểm soát được vì nó không di chuyển như mây
-Độ sáng của mây trên ảnh thị phổ được xác định bằng độ cao của đỉnh mây, độ dầy của mây, lượng hạt nước hoặc tinh thể băng trong mây:
+Những mây stratus bao phủ trái đất như tấm màn gồm
nhiều hạt và phản xạ nhiều ánh sáng mặt trời -> Hiển thị màu trắng
+sương mù cũng có thể dễ dàng nhìn thấy trên ảnh thị phổ +Mây Ci tầng cao khó nhìn thấy vì có rất ít hạt đá
+Mây đối lưu sâu hiện thị rõ trên ảnh thị phổ
- Ảnh thị phổ dùng phối hợp với ảnh IR đểphân biệt các loại mây:Mây Stratus trên ảnh thị phổ thì trắng, còn trên ảnh IR
Trang 9thì xám; trong khi đó mây Cirrus dày thì có màu trắng trên
cả 2 loại ảnh
* Ảnh hồng ngoại (IR)
- Cho biết nhiệt độ của mặt đất, của biển hoặc các đỉnh mây
ở trên chúng
- Ảnh hồng ngoại có cả ban ngày và ban đêm
-Trong hình ảnh hồng ngoại, các đối tượng lạnh có màu
trắng và bề mặt nóng xuất hiện màu đen
+Mặt nước và bề mặt mặt đất ấm làm xuất hiện màu xám tối hoặc màu đen
+Các đỉnh mây lạnh thì màu trắng, còn mây ở mực thấp hơn thì ấm hơn nên có màu xám
+Các mây thấp và sương mù là khó nhận ra trên ảnh hồng ngoại khi mà nhiệt độ của chúng và bề mặt gần nhưnhau vì chúng ở gần sát bề mặt trái đất
-Ảnh hồng ngoại có thể được xử lý để cho ra ảnh tăng cường màu
-Vì ảnh IR có thểthu được liên tục nên có thể tạo ra ảnh
động nhằm theo dõi sự di chuyển hay quá trình phát triển của hệ thống mây trên khu vực quan tâm
* Ảnh hơi nước (WV)
- Ở tầng trung và tầng cao khí quyển ảnh hơi nước cho biết thông tin về gió và các dòng chảy xiết.Các màu tối hơn cho
ta biết ở đó không khí khô hơn, còn màu trắng sáng hơn thì không khí ẩm hơn
- Trong hình ảnh hơi nước, màu đen cho thấy số lượng hơi nước thấp và màu trắng sữa chỉ ra nồng độ cao Sáng trắng tương ứng với những đám mây cao Hình ảnh hơi nước cung cấp thông tin trong tất cả các vùng, thậm chí cả những vùng không có mây
CÂU 6: Đặc điểm các loại mây trên các kênh ảnh khác nhau Câu 7: Phân biệt mây stratus và sương mù
- Dựa vào các ảnh hồng ngoại liên tục
Trang 10+ Sương mù thường bám theo địa hình, như sương mù vùng thung lũng, các đường gờ của sương mù điển hình là không theo quy tắc;
+Với những ảnh mây liên tiếp theo thời gian :sương mù không chuyển động, còn mây Stratus thì di chuyển Tuy nhiên với sương mù bình lưu thì có thể di chuyển, nhưng theo hướng di chuyển của không khí bình lưu, nên cũng có thể phân biệt được;
+Về ban ngày sương mù trên ảnh thị phổ thì sáng, còn trên ảnh hồng ngoại 3,7ỡm (hoặc 3,9ỡm) thì tối, vì khả năng phản xạ lớn hơn so với khả năng phát xạ (ở nhiệt độ ấm gần sát mặt đất)
- Nhận biết sương mù bằng tổ hợp kênh
+ Những chỗ không mây có màu xám, mây Cirrus có màu đen, còn chỗ nào có sương mù/Stratus thì màu trắng nhẹ và
gờ mép vùng sương mù thể hiện rất rõ
+ Khi vùng mây có chân mây cao thì cũng có thể là mây Sc hoặc thậm chí là Ac, khi đó ta phải kiểm tra các điều kiện sau:
Nếu là sương mù thì mặt phẳng mịn, còn mây Sc/Ac thì mặt lốm đốm;
Sương mù sáng chói hơn Sc/Ac, nếu có cùng độ dày;
Sương mù có gờ cạnh phân biệt (rõ nét hơn), còn mây cao hơn thường có bóng đen đi kèm;
Sương mù ở kênh 4 ấm hơn;
Sương mù di chuyển rất chậm theo thời gian
Trang 11Câu 8: Phân tích front
*CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIERN CỦA FRONT
- Giai đoạn hình lá: Trong phát triển ban đầu của xoáy thuận ngoại nhiệt đới, dải mây của nó trên ảnh vệ tinh có hình
dáng chiếc lá
+ Thường quan sát được ở phía đông của rãnh thấp trên cao +Dải mây này dầy nên thấy rất rõ trên các ảnh thị phổ, hồng ngoại và hơi nước
+Ảnh mây dáng hình chiếc lá được tạo ra bởi dòng xiết tràn vào xuống phía tây của hệ thống mây
- Giai đoạn dấu phẩy mở:
+Ảnh mây hình dấu phẩy mở xuất hiện khi xoáy thuận ngoại nhiệt đới đã có front nóng và front lạnh phát triển rõ
+Khí áp bề mặt hạ xuống, gờ xống sau của hình mây dấu phẩy thường rất dễ nhận biết, nó tiêu biểu cho vị trí của front lạnh và mây, thường là mây dông hình thành do chuyển
động thăng của front
-Giai đoạn cố tù:
+Hoàn lưu áp thấp tách ra khỏi dòng xiết
+Đây là giai đoạn trưởng thành của cơn bão (storm) khi mà
áp suất ở tâm cơn bão ngừng hạ thấp xuống; ảnh mây vẫn còn có hình dấu phẩy, nhưng xoắn mây quanh tâm của cơn bão đã ở đầu của dấu phẩy
- Giai đoạn tan rã: Khi xoáy thuận ngoại nhiệt đới tiếp tục yếu đi dải mây rã rời ra, đầu dấu phẩy tách khỏi đuôi và hệ thống mây trở thành vô tổ chức
-Trước khi front về: trên bầu trời Bắc bộ thường xuất hiện mây Ci, Cc và Cs, có cả mây thấp nhưng rất ít; thời tiết có phần "khó chịu"
- Khi front lạnh về: thường xuất hiện Cb, Ci, Ac, As, Ns và mây thấp Sc, St và Cu; có thể có mưa, mưa rào và dông; trời trở lạnh hoặc trở rét; gió đông bắc mạnh dần lên, trong đất liền có thể đạt tới cấp 3-4, ngoài khơi có thể đạt tới cấp 5-6
Trang 12-Khi front lạnh đã đi qua: khu vực đang xem xét đã nằm sâu trong lưỡi cao lạnh
+ Nếu độ ẩm thấp hoặc bình thường thì chỉ còn Ac, Cu, trời chuyển sang ít hoặc quang mây;
+Nếu ẩm được tăng cường thì các loại mây đối lưu vũ tích
Cb, As, Ac cùng với Sc, St;
+Nếu lại tiếp tục có mưa, mây As và Ns phủ kín cả bầu trờì
- Ảnh VIS kết hợp với IR cho ta xác định vị trí (khu vực) xuất hiện front
- Ảnh IR cho ta xác định nhiệt độ đỉnh mây và do đó xác định được vị trí cụ thể của front, cường độ front, thuộc tính nhiệt (nhiệt độ không khí) của khối không khí
- Ảnh WV cho ta xác định tính chất ẩm hay khô của khối không khí
- Tổ hợp các ảnh và số liệu thám sát gió, cho ta thêm cơ sở xác định cường độ front
- Ảnh động (loop ảnh) cho ta xác định hướng và tốc độ di chuyển của front
-Xác định hệ thống không khí lạnh phát triển mạnh lên:căn
cứ vào những đặc điểm sau của ảnh mây vệ tinh:
+Gờ mây phía trước (theo hướng di chuyển) của dải mây front lạnh gọn và rõ nét
+Dải mây front lạnh tăng dần độ sáng theo thời gian quan trắc, đồng thời những loại mây chứa nước cũng tăng dần theo
+Dải mây front gần như song song với các đường đẳng áp của rìa đông nam lưới cao lạnh, có khuynh hướng kéo dài về hướng đông bắc và di chuyển về hướng đông nam
-Xác định hệ thống không khí lạnh hay front lạnh yếu đi và tan dần:
+ Gờ mây phía trước (theo hướng di chuyển) của dải mây front lạnh đã không còn đường nét, thậm chí mây xơ xác