SR_Aula_4 2 (Princípios Físicos 3)-Energia-Matéria

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Prof. Enner Alcântara 
Departamento de Cartografia 
Universidade Estadual Paulista 
 
 
 
 
Sensoriamento Remoto I 
Engenharia Cartográfica 
2016 
https://youtu.be/GJlFv9TEkrw
Interações Energia-Matéria na Atmosfera 
Energia Radiante 
 Ao contrário de um vácuo no qual nada acontece, a 
atmosfera pode afetar não apenas a velocidade da radiação, 
como também seu comprimento de onda, sua intensidade, e 
sua distribuição espectral; 
 
 Pode ser desviada de sua trajetória original por meio da 
refração. 
Refração 
 Refere-se ao desvio da luz (REM) quando ela passa de um 
meio, a um outro de densidade diferente (p.ex: ar e água); 
 
 A refração ocorre porque os meios são diferentes em 
densidade; e a velocidade da REM é diferente em cada um 
deles; 
 
 O índice de refração (n), é uma razão entre a velocidade da 
luz no vácuo, c, e a velocidade da luz numa substância 
como a atmosfera ou água, cn: 
 
 
 
 n
c
n
c
 A velocidade da luz numa substância, nunca pode atingir a velocidade da luz no vácuo. Portanto, o 
índice de refração sempre deve ser maior do que 1. 
Refração 
 A quantidade de refração é uma função do ângulo 
feito com a vertical (θ), da distância envolvida (na 
atmosfera, quanto maior a distância, maior a mudança 
na densidade), e da densidade do ar envolvido (o ar 
geralmente é mais denso próximo ao nível do mar). 
1 1 2 2sen senn n  
1 1
2
2
sen
sen
n
n

 
Lei de Snell 
http://www.if.ufrj.br/~marta/aplicativos/leidesnell.swf
O espalhamento difere da refração na direção associada com 
o espalhamento, que não é previsível, enquanto que a direção 
de refração é previsível. 
 
Existem três tipos de espalhamento: 
 
 • Rayleigh (ou molecular), 
 
 • Mie (ou não-molecular/ partículas de aerossóis), e 
 
 • Não-seletivo. 
 
Espalhamento 
 Espalhamento Rayleigh ocorre quando o diâmetro da 
matéria (geralmente moléculas do ar) é muitas vezes 
menor que o comprimento de onda da radiação 
incidente. 
 
 Todo espalhamento é realizado por meio da absorção e 
reemissão da radiação por átomos e moléculas. 
 
 É impossível predizer a direção em que um átomo ou 
molécula específica emitirá um fóton. 
 
Espalhamento Rayleigh 
Jensen 2005 
Camadas da 
atmosfera e seus 
constituíntes 
Camadas atmosféricas e constituintes 
A
lt
it
u
d
e 
ac
im
a 
d
o
 n
ív
el
 d
o
 m
ar
 
aerossóis estratosféricos 
Gases traços 
Moléculas gasosas 
(espalhamento Rayleigh) 
aerossóis 
troposféricos 
Superfície Terrestre 
Espalhamento Rayleigh 
 O espalhamento Rayleigh é responsável pelo céu azul. 
Comprimentos de onda menores, violeta e azul, são mais 
espalhadas que comprimentos de onda longos, laranja e 
vermelho. 
 Esse espalhamento é responsável pela cor vermelha durante o 
pôr do sol (maior caminho ótico). 
T
em
p
fli et al. 2
0
0
9
 
Espalhamento Rayleigh 
A intensidade do espalhamento 
Rayleigh varia inversamente com a 
quarta potência do comprimento de 
onda (-4). 
Por exemplo: a luz azul (0.4 m) é 
espalhada 16 vezes mais, do que a luz 
do infravermelho próximo (0.8 m). 
Energia em elétron-volt (eV) 
In
te
n
si
d
ad
e 
d
a 
lu
z 
es
p
al
h
ad
a 
Comprimento de onda (μm) 
É a causa primária da ocorrência de 
‘haze’ nas imagens! 
Espallhamento Mie 
 Acontece quando as partículas presentes na atmosfera são 
essencialmente esféricas, com diâmetros aproximadamente 
iguais ao comprimento de onda. Para a luz do visível, vapor 
d’água, e outras partículas (de poucos a muitos micrômetros 
de diâmetro) são os maiores espalhadores. 
 
 A poluição também contribui para lindos nascer do sol e pôr 
do sol. 
Espalhamento não-seletivo 
 Espalhamento não-seletivo é produzido quando 
há partículas na atmosfera com diâmetro várias 
vezes maior que o diâmetro da radiação 
transmitida. 
 
 Esse tipo de espalhamento é não-seletivo, ou 
seja, todos os comprimentos de onda são 
espalhados, não somente o azul, verde ou 
vermelho. 
Espalhamento não-seletivo 
 Assim, gotículas de água, as quais formam 
nevoeiro e nuvens, espalham todos os 
comprimentos de onda da luz visível igualmente, 
causando a cor branca das nuvens. 
 
 Espalhamento pode reduzir drasticamente o 
conteúdo de informação nos dados de 
sensoriamento remoto, com perda de contraste, 
tornando difícil a diferenciação entre objetos. 
Contraste 
Espalhamento Atmosférico 
O tipo de espalhamento é função de: 
 
1) Comprimento de onda da energia 
radiante incidente, e 
 
1) O tamanho da molécula de gás, 
poeira, ou vapor d’água. 
Jensen 2005 
Na ausência de espalhamento, qual seria a cor do 
céu? 
 
 Absorção é o processo em que cada energia radiante é 
absorvida e convertida em outras formas de energia. 
 
 Uma banda de absorção é um intervalo de comprimentos de 
onda (ou frequências) no espectro eletromagnético no qual 
a energia radiante é absorvida por substâncias, como: água 
(H2O), dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2), ozônio 
(O3), e óxido nitroso (N2O). 
 
 O efeito cumulativo da absorção por vários constituintes 
pode causar o ‘bloqueio’ em certas regiões do espectro. 
Absorção 
A absorção ocorre quando a energia incidente de mesma 
frequência que a frequência ressonante de um átomo ou 
molécula, é absorvida, produzindo um estado excitado. 
Absorção 
Se ao invés de reenviar um fóton do mesmo comprimento de 
onda, a energia for transformada em calor e for 
subsequentemente re-radiada num comprimento de onda maior, 
ocorre absorção. Quando se trata de um meio como o ar, a 
absorção e o espalhamento são frequentemente combinados 
num coeficiente de extinção (atenuação). 
A transmissão é inversamente relacionada ao coeficiente de 
extinção, e à espessura da camada. Certos comprimentos de onda 
da radiação são mais afetados pela absorção do que pelo 
espalhamento. Isso é particularmente verdade para o 
infravermelho e para os comprimentos de onda menores do que a 
luz visível. 
Absorção 
Jensen 2009 
Absorção da energia eletromagnética do Sol incidente na região 
de 0,1 a 30 m por vários gases atmosféricos 
Janela 
A
b
so
rç
ão
 
Jensen 2009 
O efeito combinado da absorção, espalhamento e reflectância 
atmosféricos, reduzem a quantidade de irradiância solar que 
atinge a superfície da Terra ao nível do mar. 
R
ad
ia
çã
o
 S
o
la
r 
(W
 m
-2
 μ
m
-1
) 
Radiação solar no 
topo da atmosfera 
Radiação solar ao 
nível do mar 
Em certas partes do espectro, tal como a região do visível (0.4 - 
0.7 m), a atmosfera não absorve toda energia incidente, mas 
transmite essa energia de forma efetiva. Essa parte que transmite 
de forma efetiva é chamada de “janela atmosférica”. 
As Janelas: 
 0,3 a 1,3 μm; 
 1,5 a 1,8 μm; 
 2,0 a 2,6 μm; 
 3,0 a 3,6 μm; 
 4,2 a 5,0 μm; 
 7,0 a 14,0 μm. 
Faixas de Absorção 
Característica dos gases que produzem feições de absorção 
atmosférica entre 0.4 – 2.5 micrometros 
Interações Energia-Matéria no Terreno 
Reflectância é o processo pelo qual a radiação ‘resvala’ 
num objeto, como o topo de uma nuvem, um corpo d’água, 
ou um solo exposto. Há vários tipos de superfícies 
refletoras. 
Reflectância 
 Reflexão especular ocorre 
quando a superfície a partir da 
qual a radiação é refletida é 
essencialmente lisa. 
 
 Várias feições, como corpos 
d’água, atuam como refletores 
especulares quase perfeitos. 
 
 Se houver pouca ondulação na 
superfície, a energia incidente 
deixará a superfície do corpo 
d’água num ângulo igual e 
oposto ao da energia incidente. 
Reflexão Especular 
Reflexão Especular 
 Reflexão difusa ocorre se a superfície 
tem uma altura superficial grande 
(rugosa), relativa ao tamanho do 
comprimento de onda da energia 
incidente. 
 
 Os raios refletidos vão em muitas 
direções, dependendo da orientação das 
superfícies refletoras menores. 
ReflexãoDifusa 
Papel branco, pó branco, e outros materiais refletem a luz 
visível desta maneira difusa. 
 
Se a superfície for muito rugosa, então pode ocorrer um 
espalhamento imprevisível. 
 
Lambert definiu uma superfície perfeitamente difusa; 
chamada de superfície Lambertiana. 
 
É aquela superfície onde o fluxo radiante que deixa a 
superfície é constante para qualquer ângulo de reflectância. 
Reflexão Difusa 
Reflectância 
Jensen 2005 
Reflectância 
Essas grandezas radiométricas são úteis na produção de 
afirmações gerais sobre as características de reflectância das 
feições do terreno. De fato, se somarmos a simples equação da 
reflectância hemisférica e a multiplicarmos por 100, obtemos uma 
expressão para a reflectância em percentagem ( ): 
 
 
 
 
 
Essa quantidade é utilizada em pesquisas de sensoriamento 
remoto, na descrição geral das características de reflectância 
espectral de vários fenômenos. 
%
100
refletido
i



 

%

Curvas típicas de 
reflectância para 
fenômenos 
urbanos e 
suburbanos na 
região 0.4 – 0.9 
m. 
Jensen 2005 
Grama 
Concreto 
Solo arenoso 
Asfalto 
Campo de pousio 
Grama sintética 
Água clara 
Fator de Reflectância 
O Fator de Reflectância (FR) é a razão entre o fluxo refletido pela 
amostra na superfície (La) e o fluxo refletido (LR) por um difusor 
perfeito (superfície Lambertiana). 
( ; )
( ; )
( ; )
a i i r r
i i r r
R i i r r
L
FR
L
    
    
    

Reflectância vs Fator de Reflectância 
Até a próxima!