51
Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş

Erdem ErdiUzaktan Algılama Şube Müdürlüğü

7-8 Mayıs 2012, İzmir

Page 2: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Outline

Visible: RGB, Radiance and Reflectance

Near Infrared: Absorption

Infrared: Radiance and Brightness Temperature

Page 3: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Sensor Geometry

Sensor

Optics

Electronics

Page 4: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Terminology of radiant energy

Energy from the Earth Atmosphere

Flux

over time is

which strikes the detector area

Irradiance

at a given wavelength interval

MonochromaticIrradiance

over a solid angle on the Earth

Radiance observed by satellite radiometer

is described by

can be inverted to

The Planck function

Brightness temperature

Page 5: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Definitions of Radiation__________________________________________________________________

QUANTITY SYMBOL UNITS__________________________________________________________________

Energy dQ Joules

Flux dQ/dt Joules/sec = Watts

Irradiance dQ/dt/dA Watts/meter2

Monochromatic dQ/dt/dA/d W/m2/micron Irradiance

or

dQ/dt/dA/d W/m2/cm-1

Radiance dQ/dt/dA/d/d W/m2/micron/ster

or

dQ/dt/dA/d/d W/m2/cm-1/ster__________________________________________________________________

Page 6: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

All MSG channels• Channel 01: VIS 0.6 • Channel 02: VIS 0.8 • Channel 03: NIR 1.6 Channel 04: MIR 3.9 Channel 05 WV 6.2 Channel 06: WV 7.3 Channel 07: IR 8.7 Channel 08: IR 9.7 („Ozon“) Channel 09: IR 10.8 Channel 10: IR 12.0 Channel 11: IR 13.4 („CO2“) Chanell 12: HRV (High Resolution Visible)

Page 7: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Visible(Reflective Bands)

Infrared(Emissive Bands)

Page 8: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Visible: Reflective Bands

Used to observe solar energy reflected by the Earth system in the:

• Visible between .4 and .7 µm • NIR between .7 and 3 µm

About 99% of the energy observed between 0 and 4 µm is solar reflected energy

Only 1% is observed above 4 µm

Page 9: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir
Page 10: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir
Page 11: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Sun radiation Earth radiation

Ch01: 0.6 Ch02: 0.8 Ch03: 1.6

Wavelength (micron)

Ozone

Watervapour

Carbondioxid

Watt/m2 andmicron

Page 12: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Comparison of radiation sources sun - earth

For wave length < 5 m solar radiation is dominant For wave length > 5 m radiation of earth is dominant

only VIS

VIS +IR

only IR

• Ch01, 02, 03, 12: only sun radiation • Ch04: both: radiation from sun and earth • Ch 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11: only thermal earth radiation

Sun radiation Earth radiation

Watt/m2

andmicron

Page 13: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir
Page 14: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Reflectance To properly compare different reflective channels we need

to convert observed radiance into a target physical property

In the visible and near infrared this is done through the ratio of the observed radiance divided by the incoming energy at the top of the atmosphere

The physical quantity is the Reflectance i.e. the fraction of solar energy reflected by the observed target

Page 15: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Soil

Vegetation

Snow

Ocean

Page 16: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

VIS 0.6 and VIS 0.8: land surface In VIS 08 better recognition of

surface structures because of higher reflectance of soil and leafs

0.6 0.8

Ch01: 0.6

Ch02: 0.8

Page 17: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

NIR 1.6: cloud Different appearance of ice - and waterclouds because of

stronger absorption in the icephase Waterclouds: white Iceclouds: black

icecloud

watercloud

Page 18: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

0.6 0.8 1.6

Snow/Ice: low reflectivity

Cloud: high reflectivity

After source: EUMETSAT

Different Reflectivity of Ice/snow and Watercloud in 1.6

Page 19: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

0.6 0.8 1.6

Big difference between snow/ice and water clouds

No difference between snow/ice and water clouds

After source: EUMETSAT

Different Reflectivity of Ice/snow versus Watercloud in 0,6, 0,8 and 1.6

Page 20: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

?? ??

??

??

cloud

snow

earth

0.6

Page 21: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

?? ??

??

??

cloud

snow

earth

0.8

Page 22: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

cloud

snow

earth

1.6

Page 23: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Ch01:0.6

Only signals fromreflected solar radiation

Different greyshades:different reflectivity;earth: dark

Page 24: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Ch02:0.8

Only signals fromreflected solar radiation

Different greyshades:different reflectivity;earth: grey;higher reflectance ofearth surface than in 0.6

Transparent clouds:

Page 25: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Band 201.38 micron

Page 26: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Channel 12

HRV

Solar energy spectrum

Page 27: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

27

Land Surface Channel 01 (VIS0.6) Clouds High reflectanceHigh reflectance

Very thick clouds

Very thin clouds over land

Very thin clouds over ocean

Low reflectanceLow reflectance

Sun GlintSnow

Desert

Bare Soil

Forest

Ocean, Sea

31 October 2003, 11:30 UTC

Page 28: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

28

Land Surface Channel 02 (VIS0.8) Clouds

Sun GlintSnow

Desert

Gras, Rice fields

Forest

Bare Soil

Ocean, Sea

31 October 2003, 11:30 UTC

High reflectanceHigh reflectance

Very thick clouds

Very thin clouds over land

Very thin clouds over ocean

Low reflectanceLow reflectance

Page 29: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

29

Land Surface Channel 03 (NIR1.6) Clouds High reflectanceHigh reflectance

Water clouds with small droplets

Water clouds with large droplets

Ice clouds with small particles

Ice clouds with large particles

Low reflectanceLow reflectance

Sun Glint Sand Desert

Gras, Rice fields

Forest

Bare Soil

SnowOcean, Sea

31 October 2003, 11:30 UTC

Page 30: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

30

Land Surface Channel 12 (HRVIS) Clouds

31 October 2003, 11:30 UTC

Sun GlintSnow

Desert

Bare Soil

Forest

Ocean, Sea

High reflectanceHigh reflectance

Very thick clouds

Very thin clouds over land

Very thin clouds over ocean

Low reflectanceLow reflectance

Page 31: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Cb clouds over Nigeria as seen in the high-res. visible channelMSG-1, 24 April 2003, 08:00 UTC

Visible 0.6 m High-res. Visible

Page 32: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Cirrus clouds over the Algerian desert as seen in the high-res. visible channelMSG-1, 9 May 2003, 14:00 UTC

Visible 0.6 m High-res. Visible

Page 33: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Von Karman Vortex Streets as seen in the high-res. visible channelMSG-1, 6 June 2003, 09:00 UTC

Visible 0.8 m High-res. Visible

Page 34: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

MSG-18 September 200315:00 UTCRGB CompositeR = HRVG = HRVB = IR10.8i

Thin CirrusCirrus Outflow

Overshooting Top

Low-Level CloudsMonitoring of

Fine-Scale Structures with the

HRV Channel

Niger

Page 35: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

MSG-15 June 200314:45 UTCRGB CompositeR = HRVG = HRVB = IR10.8i

Monitoring of Fine-Scale

Structures with the HRV ChannelThick Cb Cloud

Thin Cirrus Anvil

Page 36: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Visible(Reflective Bands)

Infrared(Emissive Bands)

Page 37: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Emissive Bands

Used to observe terrestrial energy emitted by the Earth system in the IR between 4 and 15 µm

• About 99% of the energy observed in this range is emitted by the Earth

• Only 1% is observed below 4 µm• At 4 µm the solar reflected energy can significantly affect

the observations of the Earth emitted energy

Page 38: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Spectral Characteristics of Energy Sources and Sensing Systems

IR

4 µm11 µm

Page 39: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Brightness Temperature To properly compare different emissive channels

we need to convert observed radiance into a target physical property

In the Infrared this is done through the Planck function

The physical quantity is the Brightness Temperature i.e. the Temperature of a black body emitting the observed radiance

Page 40: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

All MSG channels Channel 01: VIS 0.6 Channel 02: VIS 0.8 Channel 03: NIR 1.6 Channel 04: MIR 3.9 Channel 05 WV 6.2 Channel 06: WV 7.3 • Channel 07: IR 8.7 Channel 08: IR 9.7 („Ozon“)• Channel 09: IR 10.8 • Channel 10: IR 12.0 Channel 11: IR 13.4 („CO2“) Chanell 12: HRV (High Resolution Visible)

Page 41: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir
Page 42: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

42

Land Surface Channel 04 (IR3.9) Clouds Daytime

High reflectance / High reflectance / WarmWarm

Low-level Water Clouds (land)

Low-level Water Clouds (sea)

Cold Ice Clouds (small particles)

Cold Ice Clouds (large particles)

Low Reflectance / Low Reflectance / ColdCold

Sun Glint Fires

Hot Sand Desert

Warm Tropical Areas

Cold Land

Ocean, Sea

Cold Snow

31 October 2003, 11:30 UTC

Page 43: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

43

Land Surface Channel 04 (IR3.9) Clouds Nighttime

WarmWarm

Low-level Clouds

Mid-level Clouds

High-level Clouds

ColdCold

Fires

Warm Surfaces (tropical oceans,

seas, lakes)

Cold Surfaces (arctic ice areas)

29 October 2003, 02:00 UTC

Page 44: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

44

Water Vapour Channel 05 (WV6.2) Clouds WarmWarm

High-level Clouds

ColdCold

Low UTH

High UTH

31 October 2003, 11:30 UTC

Page 45: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

45

Water Vapour Channel 06 (WV7.3) Clouds WarmWarm

Mid-level Clouds

High-level Clouds

ColdCold

Low MTH

High MTH

(High-level warm surfaces)

31 October 2003, 11:30 UTC

Page 46: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

46

Land Surface Channel 07 (IR8.7) Clouds WarmWarm

Low-level Clouds

Mid-level Clouds

High-level Clouds

ColdCold31 October 2003, 11:30 UTC

Hot Land Surf.

Warm Sea Surf. (tropical oceans,

seas, lakes)

Cold Land Surf. (arctic ice areas)

Page 47: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

47

Land Surface Channel 08 (IR9.7) Clouds WarmWarm

Low-level Clouds

Mid-level Clouds

High-level Clouds

ColdCold31 October 2003, 11:30 UTC

Hot Land Surf.

Warm Sea Surf. (tropical oceans,

seas, lakes)

(Areas of high IPV)

Cold Land Surf. (arctic ice areas)

Page 48: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

48

Land Surface Channel 09 (IR10.8) Clouds WarmWarm

Low-level Clouds

Mid-level Clouds

High-level Clouds

ColdCold31 October 2003, 11:30 UTC

Hot Land Surf.

Warm Sea Surf. (tropical oceans,

seas, lakes)

Cold Land Surf. (arctic ice areas)

Page 49: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

49

Land Surface Channel 10 (IR12.0) Clouds WarmWarm

Low-level Clouds

Mid-level Clouds

High-level Clouds

ColdCold31 October 2003, 11:30 UTC

Hot Land Surf.

Warm Sea Surf. (tropical oceans,

seas, lakes)

Cold Land Surf. (arctic ice areas)

Page 50: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

50

Land Surface Channel 11 (IR13.4) Clouds WarmWarm

Low-level Clouds

Mid-level Clouds

High-level Clouds

ColdCold31 October 2003, 11:30 UTC

Hot Land Surf.

Warm Sea Surf. (tropical oceans,

seas, lakes)

Cold Land Surf. (arctic ice areas)

Page 51: Meteorolojik Uzaktan Algılamaya Giriş Erdem Erdi Uzaktan Algılama Şube Müdürlüğü 7-8 Mayıs 2012, İzmir

Conclusions• Radiance is the Energy Flux (emitted and/or reflected by

the Earth) which strikes the Detector Area at a given Spectral Wavelength (wavenumber) over a Solid Angle on the Earth;

• Reflectance is the fraction of solar energy reflected to space by the target;

Given an observed radiance, the Brightness Temperature is the temperature, in Kelvin, of a blackbody that emits the observed radiance;

Knowing the spectral reflective (Vis) and emissive (IR) properties (spectral signatures) of different targets it is possible to detect: clouds, cloud properties, vegetation, fires, ice and snow, ocean color, land and ocean surface temperature ……