Глубина сигнала при дистанционном иследовании водных обьектов

3.5.6. Глубина сигнала

Для того, чтобы дистанционная съемка вод была качественной, и прежде всего для получения хороших количественных данных необходимо знать с какой глубины, из какого объема воды и при каком положении приемника излучения в полете сформирован зарегистрированный им сигнал. Интенсивность принятого сигнала находится в интегральной зависимости от глубины просвечивания воды. Глубина, с которой идет к поверхности определенная часть измеряемого импульса спектрального отражения, называется глубиной сигнала zx (л)м. Глубина проникновения прямо зависит от концентрации твердого стока (мг/л) и его составных частей (см. рис. 50). Так как обратный импульс излучения ослабляется еще и более глубокими слоями, т. е. всей толщей столба воды, доля излучения в общем сигнале уменьшается с глубиной. Глубина сигнала максимальна при аттенуации (рассеянии и поглощении) в чистой воде и ограничена в ней поверхностью дна [59]. При моделировании процесса прохождения света через толщу воды было установлено, что глубина сигнала почти не зависит от угла потока излучения и угла измерения [92]. Было изучено влияние различных концентраций мути (твердых частиц и геля) на глубину сигнала (при z90) в устье Эльбы [54]. Лишь при незначительных концентрациях обоих видов примесей предпочтительна зеленая зона спектра. При этом, как показали исследования, глубина сигнала z90 (к = 0,65 мкм) колеблется от 10 см (рыба черная камбала) до 1 м (пожарное судно «Эльба 1»).
Частицы геля поглощают коротковолновую часть светового потока. Поэтому глубина проникновения света в голубой части спектра снижается. В водах с высокой концентрацией частиц геля (типичных для прибрежных зон) по данным измерений в канале 4 (0,5-0,6 мкм) многозонального сканера спутника «Лэндсат» происходит сильное поглощение света [200]. Оценка твердого стока по съемкам таких прибрежноморских районов не представляет проблем. В красной части спектра, что особенно важно для разделения вод с разным составом твердого стока, желтое вещество почти не влияет на глубину сигнала, а поэтому и на сам спектральный сигнал (соответственно с уменьшающейся в этой спектральной зоне абсорбцией). С уменьшением концентрации твердых частиц в мути увеличивается доля желтого вещества в аттенуации и соответственно в сигнале. При небольших содержаниях твердого стока поглощение вследствие высокой относительной концентрации геля в этой зоне спектра незначительно.
Была исследована зависимость глубины проникновения излучения зеленой зоны спектра от твердого стока [322], и установлено, что глубина проникновения светового потока зависит не только от концентрации твердых частиц, но и от вида и размера находящихся в суспендированном виде частиц речной мути. Полевые измерения показали, что в определенных регионах глубина проникновения света может незначительно меняться, даже если мутность воды остается прежней. При различной обработке снимков «Лэндсат» (канал 5) и контрольных синхронных измерений с лодок было установлено, что яркость изображения на снимках красной спектральной зоны при измеренной мутности озер, рек и вод прибрежных зон океана определяется в большинстве случаев только верхним метровым слоем толщи воды.
Для чистых вод открытого океана глубина проникновения сигнала в диапазоне 0,5-0,6 мкм («Лэндсат», канал 4) составляет 15-18 мкм, а в диапазоне 0,6-0,7 мкм (канал 5) – только 3 м [200].
Данные о прозрачности вод и о глубине проникновения света в некоторых типах вод представлены в виде схемы на рис. 47. Из нее видно, что глубокий голубой чистый цвет морской воды возможен при прозрачности (светопроницаемости) более 90% на 1 м глубины. Мутные воды характеризуются светопроницаемостью около 10-20% на 1 м глубины. Они прозрачны самое большее до 2 м (по измерениям диском Секки). В слабо и сильно замутненных водах прибрежной зоны, в устьях рек, бухтах и гаванях светопроницаемость воды колеблется от 70 до 20% на 1 м. Прозрачность воды (по глубине погружения диска Секки) меняется от 5 до 2 м. Итак, на рассмотренной схеме отражен разброс данных, с которым приходится считаться при проведении дистанционного зондирования озер, рек и морских побережий.