Собственное излучение Земли

Все объекты, имеющие температуру выше -273°К излучают электромагнитные волны. Земля в целом, поглощая солнечную энергию, сама является источником радиации. В соответствии с температурой Земли максимум энергии земного излучения приходится на инфракрас­ные лучи с длиной волны около 10 мкм. У аномально нагретых тел максимум излучения смещается на длине волн 5-7 мкм. Земное инфра­красное излучение, простираясь в сторону коротких воли, при длине волны 3-4 мкм имеет интенсивность, примерно одинаковую с инфра­красным солнечным излучением. В сторону длинных волн оно распрост­раняется до метровых радиоволн. Основная энергия уходящего излу­чения Земли приходится на волны длиной 3-30 мкм.

Для регистрации инфракрасного теплового излучения в настоя­щее время используются две области спектра: 3-5 мкм и 8-12 мкм. Регистрируемая тепловая энергия излучения, сильно зависящая от температуры (она в соответствии с законом Стефана-Больцмана быстро растет с увеличением температуры), позволяет дистанционно измерить температуру объектов. Но даже в случае регистрации не абсолютных температур, а только температурных контрастов, возможно эффективное выделение объектов и характеристика их свойств по температурным аномалиям. По температурному режиму объекты на земной поверхности можно разделить на объекты с температурой, обусловленной внутренним теплом (вулканы, термальные воды, промышленные объекты и т.д.), и объекты, нагреваемые Солнцем. Максимальные температурные контрасты объектов второй группы наблюдаются около полудня: они меньше вечером и значительно сглаживаются ночью, достигая минимума в предутренние часы. Температуры этих объектов существенно зависит от их отражательной способности, экспозиции и крутизны склонов, силы ветра, а также от их теплофизических характеристик. Например, температура лиственных и хвойных лесов различается на 1-2°С; больные растения имеют более высокую температуру. Очень важно, что объекты имеют закономерный суточный ход температуры. Если глубинные источники вод имеют стабильную температуру в тече­ние суток, то поверхностные воды ночью теплее, а днем холоднее окружающей суши. Большое влияние на температурные контрасты ока­зывает увлажненность поверхности в связи с ее охлаждением при испарении. Так в утренние часы на полях хорошо выделяются, по своей температуре холодные увлажненные участки.

Нагретые объекты излучают энергию не только в инфракрасном, но и в радиодиапазоне, хотя радиотепловое излучение по интенсивности значительно уступает инфракрасному. Радиотепловое излучение формируется определённым излучательным слоем, так называемым скин-слоем. Мощность этого слоя тем больше, чем длиннее волна излучения. Основным показателем радиотеплового излучения является радиояркостная температура Т_я, измеряемая в К˚ - произведение абсолютной температуры Т_t и коэффициента излучения æ (закон Релея-Джинса). Т_я= æ Т_t.

Радиояркостная температура реального объекта равна абсолютной температуре абсолютно черного тела, создающего излучение такой же мощности как и данный объект. Коэффициент излучения, входящий в формулу радиояркостной температуры для абсолютно черного тела равен единице, а для остальных реальных объектов он меньше. Этот коэффициент или, как говорят, степень черноты объекта, значитель­но варьирует, он зависит от электрических свойств объекта, характера его поверхности, длины волны. Наименьшую радиояркостную температуру имеет вода (~100°К), наибольшую – растительность (~300°К). На радиояркостную температуру водной поверхности оказы­вает существенное влияние волнение. Волны на водной поверхности увеличивают ее яркостную температуру, так как пористые пенистые гребни имеют более высокий коэффициент излучения, чем вода. Радиояркостная температура льда обычно на несколько десятков градусов выше чем воды. Это объясняется более высоким коэффициентом излучения льда, причем излучательная способность пресноводных льдов выше, чем морских.

Радиационные характеристики почвенного покрова в СВЧ-диапазоне помимо температуры зависят от механического состава, рассеченности поверхности, но наибольшее влияние оказывает влажность почв. Перепад уровней радиоизлучения сухой почвы и почвы в состоянии полной влагоемкости составляет 50-100°К. Излучение разных длин волн несет информацию о влажности почвы на разных глубинах. По радиотепловому излучению удается определить влагосодержание по­верхностного слоя почвы толщиной 1-2 дм.

Растительный покров обладает наиболее высокими излучателъными свойствами, которые приближаются к свойствам идеального излу­чателя – абсолютно черного тела. Коэффициент излучения раститель­ного покрова близок к единице. Его радиояркостная температура увеличивается пропорционально высоте и густоте растений. Радиотепловое излучение почвенно-растителъного покрова различных зон (тайга, тундра, степь, пустыня) заметно различается. Оно имеет выраженный годовой ход с максимумом в летний период.

Опыт показывает, что радиотепловое излучение, регистрируемое в разных зонах, целесообразно использовать для характеристики вполне определенных объектов и явлений. Так, миллиметровые волны наиболее пригодны для изучения атмосферы, сантиметровые – льдов, дециметровые – засоленности водоемов и т.д.