Che cosa vedete? Come si forma l’immagine? Da dove vengono i fotoni misurati?

1. Che cosa vedete?Come si forma l’immagine?Da dove vengono i fotoni misurati? http://modis.gsfc.nasa.gov/gallery/# http://visibleearth.nasa.gov/view_set.php?categoryId=2251&order=newest&sequence=vis

3. ssss

4. Concetto d'onda trasversale • Ampiezza • Frequenza, Lunghezza d'onda • Fase, Polarizzazione

5. Frequenza/energia

6. I parametri di Stokes Dato il campo elettrico della radiazione e.m.: I parametri di Stokes sono:

7. Esprimendo l’intensità: Ottengo i parametri di Stokes dalle seguenti “misure”:

8. DEFINIZIONI UTILI DI RADIAZIONE DA ENERGIA A RADIANZA ______________________________________ QUANTITA’ SIMBOLO UNITA’ ______________________________________ • Energia Q J • Potenza dQ/dt J/s = W • Flusso dQ/dt/dA W/m2 • Irradianza dQ/dt/dA/dl W/m2/μm monocromatica • Radianza dQ/dt/dA/dl/dW W/m2/μm/sr

9. Useful range for earth atmosphere remote sensing

10. Measuring and intepreting the effect of a radiation-matter interaction assumes that: - you know the e.m. radiation properties before and after the interaction. - You know the physical nature of the interaction and how it is linked to variable you would like to estimate.

11. Radar, Lidar, Altimetro, Scatterometro, SAR. Radiometri, interferometri, Polarimetri.

12. CLOUDSAT-CLOUD RADAR

13. Sorgenti naturali di radiazione IL SOLE EMISSIONE TERMICA

14. http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/image_galleries/our_ir_world_gallery.htmlhttp://coolcosmos.ipac.caltech.edu/image_galleries/our_ir_world_gallery.html

15. METEOSAT 2° Generation18/4/2008 06:00 UTC INFRAROSSO VISIBILE www.eumetsat.int

17. Legge del corpo nero • Any volume of matter at absolute temperature > 0 K emits radiation as a function of: • its temperature and wavelength (Planck Law in Local Thermodynamic Equilibrium conditions) • its composition (dielectric properties -> emissivity) (Kirchoff Law)

18. Sorgenti naturali di radiazione IL SOLE EMISSIONE TERMICA

19. Legge del corpo nero

20. APPROSSIMAZIONI DELLA FUNZIONE DI PLANCK

24. e.m. Interaction processes • Absorption (Molecular + associated with scattering and reflection) • Thermal emission • Scattering* • Reflection* • Stimulated emissions * Polarizing processes

25. Molecular absorption It depends from: • The characteristics of the molecules (i.e. composition of the atmosphere) • The wavelength • Temperature and pressure of the gas.

26. Molecular absorption To be computed needs for each molecule (including isotopes): • Position (wavelength) and intensity of the absorption line (line atlas> HITRAN, GHEISA) • Functional form of the shape of the absorption line (Gaussian, Lorentz, Voigt) • Functional form for the continuum • Temperature, pressure and concentration for each molecule considered. The radiative transfer representation of the process is through an extinction coefficient (cross section).

27. H2O, O2, O3 O2 H2O, N2 Absorption Coefficient Center frequency Frequency Line Shape Gas strength factor abundance Atmospheric absorption

31. ASSORBIMENTO • origine dell'assorbimento • linea • forma della linea e processi di allargamento della linea • bande • continuo • uso delle finestre atmosferiche, confronto tra variabilita' spettrale • della diffusione e dell'assorbimento

35. Energy levels of a molecule Electronic energy levels; Hydrogen atom

36. Line broadening • Natural broadening • Depends on the lifetime of the excited energy level • 2) Doppler broadening • Depends on the velocity of the molecule, in thermal equilibrium condition, the velocity distribution depends on the temperature. • 3) Pressure broadening • Depends on the collisions with other molecules, in equilibrium conditions on the pressure.

38. The continuum The so-called continuum absorption is caused by the far wings of strong absorption lines, e.g. H2O lines.

40. Proprieta’ fisiche delle singole molecole e Aerosols (composizione) (p,T) Proprieta’ ottiche delle singole molecole e Aerosols (λ,Ω) Proprieta’ ottiche del volume(λ,Ω) Proprieta’ ottiche della superficie/boundaries(λ,Ω) Equazione del trasporto radiativo (λ,Ω) Soluzione (∫ ∫ …dλdΩ)

41. Proprieta’ fisiche delle singole molecole e Aerosols (composizione) Processi radiativi d’interazione Proprieta’ ottiche delle singole molecole e Aerosols (λ,Ω) Calcolo delle proprieta’ ottiche di volume: Spessore ottico, albedo di singolo scattering, proprieta’ angolari dello scattering (per es: g o matrice di diffusione) o T,R,A Proprieta’ ottiche del volume(λ,Ω) Risoluzione numerica dell’eq. Del trasporto radiativo Equazione del trasporto radiativo (λ,Ω) Risoluzione numerica di eventuali integrazioni angolari e spettrali Soluzione (∫ ∫ …dλdΩ)

42. Scale di frequenza • Variabilita’ della funzione di Planck: Calcolo dei flussi, cooling heating rates (500 cm-1) • Contorno delle bande (50 cm-1) • Spaziatura tra linee rotazionali (1-5 cm-1) • Caratteristiche della linea. Radiazione mocromatica (validita’ Legge di Beer). ~1/5 line width. 2x10-2 (bassa atmosfera) a 2x10-4 (Doppler width, alta atmosfera)

44. Soluzioni numeriche per il calcolo dell’assorbimento molecolare • Line-by-line • Band models • Emissivity models

45. Band models • I modelli di banda sono utilizzati per rappresentare la complessita’ degli spettri dati dalle singoli linee • Random models • Correlated k-band models • etc..(see Goody & Yung 1989)

46. Correlated k-band model

48. Scattering

49. RIFLESSIONE - leggi di ottica geometrica che regolano il passaggio di radiazione tra mezzi con indice di rifrazione differente - Formule di Fresnel per luce polarizzata - casi limite: riflettore speculare, riflettore - modellizzazione di superficie corrugate - applicazioni possibili: vento alla superficie, oil spills, tipo di vegetazione - varie combinazioni flussi radianze del concetto di riflettanza.

50. S: sorgente O: osservatore Definizioni P: puntuale D: diffusa