Diverse caratteristiche della superficie riflettono e assorbono la radiazione elettromagnetica del sole in modi diversi. Le proprietà di riflettanza di un oggetto dipendono dal materiale e dal suo stato fisico e chimico, dalla rugosità superficiale e dall’angolo della luce solare. La riflettanza di un materiale varia anche con la lunghezza d’onda dell’energia elettromagnetica. La quantità di riflettanza da una superficie può essere misurata in funzione della lunghezza d’onda, questo è indicato come Riflettanza spettrale. La riflettanza spettrale è una misura di quanta energia (in percentuale) una superficie riflette a una lunghezza d’onda specifica. Molte superfici riflettono diverse quantità di energia in diverse porzioni dello spettro. Queste differenze di riflettanza consentono di identificare diverse caratteristiche o materiali della superficie terrestre analizzando le loro firme di riflettanza spettrale. Le curve di riflettanza spettrale rappresentano la riflettanza (in percentuale) degli oggetti in funzione delle lunghezze d’onda.

Riflettanza spettrale della superficie terrestre Caratteristiche

Vegetazione

In generale, la vegetazione sana è un ottimo assorbitore di energia elettromagnetica nella regione visibile. La clorofilla assorbe fortemente la luce a lunghezze d’onda intorno a 0,45 (blu) e 0,67 µm (rosso) e riflette fortemente nella luce verde, quindi i nostri occhi percepiscono una vegetazione sana come verde. Le piante sane hanno un’alta riflettanza nel vicino infrarosso tra 0,7 e 1,3 µm. Ciò è dovuto principalmente alla sana struttura interna delle foglie delle piante. Poiché questa struttura interna varia tra le diverse specie vegetali, le lunghezze d’onda del vicino infrarosso possono essere utilizzate per discriminare tra diverse specie vegetali.

Acqua

Allo stato liquido, l’acqua ha una riflettanza relativamente bassa, con l’acqua limpida che ha la massima riflettanza nella porzione blu della parte visibile dello spettro. L’acqua ha un elevato assorbimento e praticamente nessuna riflettanza nella gamma di lunghezze d’onda del vicino infrarosso e oltre. L’acqua torbida ha una riflettanza più elevata nella regione visibile rispetto all’acqua limpida. Questo vale anche per le acque contenenti alte concentrazioni di clorofilla.

Ghiaccio e neve

Il ghiaccio e la neve hanno generalmente un’elevata riflettanza su tutte le lunghezze d’onda visibili, quindi il loro aspetto bianco brillante. La riflettanza diminuisce nella porzione del vicino infrarosso e c’è una riflettanza molto bassa nel SWIR (infrarosso a onde corte). Il basso riflesso di ghiaccio e neve nel VORTICE è correlato al loro microscopico contenuto di acqua liquida. La riflettanza differisce per neve e ghiaccio a seconda della composizione effettiva del materiale, comprese le impurità e la granulometria.

Curve di riflettanza spettrale di ghiaccio nudo del ghiacciaio, neve a grana grossa e neve a grana fine. Le bande spettrali del sensore selezionato sui satelliti orbitanti attorno alla Terra sono mostrate in grigio. I numeri nelle caselle grigie si riferiscono ai numeri di banda associati a ciascun sensore. Credito di immagine: USGS

Suolo

Il suolo nudo ha generalmente una riflettanza aumentante,con maggior riflettanza nell’infrarosso vicino e nell’infrarosso a onde corte. Alcuni dei fattori che influenzano la riflettanza del suolo sono:

• contenuto di Umidità
• struttura del Suolo (percentuale di sabbia, limo e argilla)
• Superficie rugosità
• Presenza di ossido di ferro
• il contenuto di materia Organica

Misurare la Riflettanza Spettrale

Ci sono molti modi diversi che la riflettanza spettrale modello di un oggetto o di una superficie può essere registrato.Le misure di riflettanza possono essere effettuate in laboratorio, sul campo utilizzando uno spettrometro di campo o catturate da altri sensori remoti, inclusi quelli montati su aerei e satelliti.

Raccolta di misure di riflettanza spettrale di campo per la Libreria spettrale USGS. Immagine di credito: USGS

Il livello di dettaglio della curva di riflettanza (numero di punti dati raccolti) dipende dalla risoluzione spettrale del sensore. Gli spettrometri di laboratorio e di campo raccolgono in genere centinaia di punti dati, misurando la riflettanza percentuale di un materiale a centinaia di lunghezze d’onda. Il Landsat 8 OLI (Operational Land Imager) misura solo la riflettanza a nove diverse bande (o lunghezze d’onda specifiche) tra 400 e 2500 nanometri, mentre sensori iperspettrali avanzati come Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) misurano 224 bande nello stesso intervallo wavelegnth.

Confronto delle curve di riflettanza spettrale per alunite da quattro sensori (Landsat TM, MODIS, AVIRIS e sensore di laboratorio) con diverse risoluzioni spettrali. Credito immagine: USGS

Nell’immagine sopra, il mappatore tematico Landsat (TM) ha solo sei bande nello spettro visibile a onde corte-infrarosso che non è una risoluzione sufficiente per rilevare eventuali assorbimenti tipici dei minerali. AVIRIS, tuttavia, ha una gamma spettrale e una risoluzione sufficienti per risolvere molte bande di assorbimento comuni trovate in un’ampia varietà di minerali e altri composti.

U. S. Geological Survey Digital Spectral Library

L’obiettivo degli Stati Uniti Geological Survey (USGS) biblioteca spettrale è quello di fornire spettri di riferimento di minerali e altri materiali che potrebbero essere incontrati in natura e devono essere distinti in dati di telerilevamento. La libreria spettrale è inclusa come libreria di riferimento chiave nei pacchetti software di elaborazione delle immagini spettrali commerciali, tra cui ENVI.

Esplora la USGS Spectral Library”

Interactive Spectral Reflectance Graph

Usa il seguente grafico interattivo per esaminare i profili spettrali dei materiali di superficie comuni. Dati dalla Libreria spettrale USGS.

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