Lexikon der Kartographie und Geomatik: Emission
Emission, 1) Aussendung, Abgabe oder Ausstoß von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen sowie von Wärme, Geräuschen, Lärm oder Strahlen an Luft, Boden oder Wasser; im Umweltschutz die Aussendung von Schadstoffen. Emissionen werden u. a. hinsichtlich der Verursacher und der Emissionsmenge in Emissionskatastern erfasst (Bundesemissionsgesetz). Emissionen sind eine wichtige Größe im Umweltschutz und den Umweltwissenschaften und daher auch in Umweltkarten (vgl. Immissionen), 2) Abstrahlung von elektromagnetischer Energie durch Körper, deren Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt. Die ungeordnete Bewegungsenergie der Atome und Moleküle ist temperaturabhängig. Die elektrischen Ladungen der Teilchen werden beschleunigt, verzögert und aus der Bewegungsrichtung abgelenkt und geben daher elektromagnetische Energie ab. Je größer die Temperatur, in desto höhere Energieniveaus werden Elektronen gelangen, um dann unter Abgabe von Photonen auf nicht besetzte niedrigere Niveaus zurückzukehren. Die Intensität der von einem Körper ausgesendeten Strahlung hängt nicht nur von der Temperatur, sondern auch von den Materialeigenschaften und der Oberflächenbeschaffenheit ab. Unterschiedliche Körper mit gleicher Temperatur emittieren Strahlung in Proportionalität zum jeweiligen Absorptionsvermögen. Der spektrale Emissionsgrad ε(λ) beschreibt die Material- und Oberflächenabhängigkeit der Emission von elektromagnetischer Strahlung. Es gilt:
ε(λ)=α(λ).
Maximale Emission wird durch einen vollständig absorbierenden Körper (schwarzer Körper) erfolgen. Das Ausmaß der thermischen Emission eines schwarzen Körpers ist von der Temperatur des Körpers abhängig und wird durch das Planck'sche Strahlungsgesetz in bezug auf die spektrale Strahldichte formuliert. Diagramme emittierter spektraler Strahldichtewerte für schwarze Körper mit Temperaturen, die der Oberflächentemperatur der Sonne bzw. der Erde entsprechen, zeigen, dass die Sonne bei einer Wellenlänge von 0,48 μm, also im Bereich des sichtbaren Lichtes, für die Erde bei einer Wellenlänge von ca. 10 μm liegt.
Nach Integration des Planckschen Strahlungsgesetzes über den gesamten Wellenlängenbereich zeigt das Stefan-Boltzmann-Gesetz die starke Abhängigkeit der emittierten spektralen Strahldichte von der Temperatur. Eine weitere Umformung ergibt das Wien'sche Verschiebungsgesetz, das die Proportionalität von Wellenlänge maximaler Emission und Temperatur beweist.
Bei identischer Temperatur wird ein beliebiger Körper nun eine spektrale Strahldichte aufweisen, die um den Faktor ε(λ) kleiner als jene des schwarzen Körpers ist. Für das Emissionsvermögen eines teilweise transparenten Körpers (z. B. Atmosphäre) gilt die Beziehung
ε(λ)=1 - τ(λ), mit τ(λ) für spektrale Transparenz.
Die Messung emittierter Strahlung kann mit Scannern erfolgen. Der auf die Detektorfläche auftreffende Strahlungsfluss ergibt sich mit Kenntnis von optischen Parametern des Sensorsystems und der emittierten Strahldichte, die dem Integral des Produktes aus spektraler Strahldichte des schwarzen Körpers mit der Temperatur des entsprechenden Bildelementes auf der Erdoberfläche und dem spektralen Emissionsgrad über den spektralen Empfindlichkeitsbereich des jeweiligen Detektors entspricht. Der Messvorgang erfolgt im Falle eines rotierenden optomechanischen Scanners durch Messen zweier eingebauter Referenzstrahler pro Scan bzw. im Falle eines Satellitensystems durch Messen der bekannten Hintergrundstrahlung des Weltalls und Berechnung der rohen Temperaturwerte durch lineare Interpolation auf Basis der gemessenen elektrischen Signale des Bodenelementes und der beiden Referenzstrahler sowie der bekannten Temperaturwerte der beiden Referenzstrahler.
Infolge der Annahme von ε(λ)=1 wird der rohe Temperaturwert nur im Falle der Ermittlung von Temperaturdifferenzen zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Denn die gemessene Strahlungstemperatur unterscheidet sich von der wahren Temperatur der Geländeoberfläche zufolge eines Emissionsgrades kleiner 1, aber auch auf Grund atmosphärischer Einflüsse.
JBN, ECS
Schreiben Sie uns!