UZAKTAN ALGILAMA ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM ENERJİNİN YAYINIMI, İLETİMİ,

1. UZAKTAN ALGILAMA ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM ENERJİNİN YAYINIMI, İLETİMİ, SOĞURULMASI, YANSITILMASI JEOFİZİK MÜH./ UZAKTAN ALGILAMA SUNUMU 4.GRUP (08.10.13)

2. GRUP 4: • Eylül EYİYÜREKLİ (1302120084) • Hasan ÖZTÜRKAN (1302120082) • Uğur Cumhur ZEYBEK (1302100061) JEOFİZİK MÜH./ UZAKTAN ALGILAMA SUNUMU 4.GRUP (08.10.13) Doç. Dr. Naşide ÖZER

3. ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM NEDİR? • Elektromanyetik tayfveya elektromanyetik spektrum(EMS), evrenin herhangi bir yerinde fizik kurallarınca mümkün kılınan tüm elektromanyetik radyasyonu ve farklı ışınım türevlerinin dalga boyları veya frekanslarına göre bu tayftaki rölatif yerlerini ifade eden kavramdır. 

4. Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfıveya spektrumu, o cisim tarafından çevresine yayılan karakteristik net elektromanyetik radyasyonu tabir eder. • Elektromanyetik tayf, dalga boylarına göre atomaltı değerlerden başlayıp (Gama ışını veya X-ışını)binlerce kilometreuzunlukta olabilecek radyo dalgalarına kadar birçok farklı radyasyon tipini içerir. Elektromanyetik tayf teoride sonsuz ve sürekli olsa da, pratikte kısa dalga boyu(yüksek frekans) ucunun limitinin Planck uzunluğuna, uzun dalgaboyu (alçak frekans) ucunun limitinin ise evrenin tümünün fiziksel büyüklüğüne eşit olduğu düşünülmektedir.

5. ELEKTROMANYETİK SPEKTRUMUN GENİŞLİĞİ • Elektromanyetik tayf binlerce kilometreden atomaltı uzunluklara kadar geniş bir yelpazedeki dalga boylarında ışınımları kapsar. 30 Hz ve altındaki frekansların (uzun-dalga)radyoastronomidebazı nebulalar tarafından üretildiği ve bu yapıların araştırılmasında kullanıldığı, 2.9 * 1027 Hz değeri civarında frekanslara sahip ışınımların da çeşitli kozmikkaynaklardan yayıldığı bilinmektedir.

6. Yüksekfrekanslıelektromanyetikdalgalaryüksek enerjiye ancak kısa dalga boyuna, • Düşükfrekanslı  elektromanyetik dalgalar ise düşük enerjiye ancak uzun dalga boyuna sahiptirler. • Görünür ışık veya başka bir elektromanyetik türü belli bir madde içerisinde yaratılır veya içerisinden geçerse (örneğin atmosfer), bu ışınımın dalga boyu artacak, dolayısıyla frekansı düşecektir. Bu değişiklikten dolayı, ışınımların elektromanyetik tayf değerleri ile ilgili rakamsal bilgiler verilirken genellikle söz konusu ışınımlar uzaydaki (boşluk) sayısal değerleri ile ifade edilir.

7. Spektroskopi ile insan gözünün algılayabildiği 400 ile 700nm‘lik dalga boyları arasındaki görünür ışık bandı dışındaki diğer ışınım aralıkları da algılanabilir. Normal bir laboratuvarspektroskobu 2 nm ile 2500 nm arasındaki dalga boylarını kolayca algılayabilir. Cisimlerin, gazların ve hatta yıldız ve galaksilerin fiziksel özellikleri ile ilgili birçok veri bunlardan yayılan elektromanyetik ışınım bir spektroskop yardımıyla analiz edilerek öğrenilebilir. Örneğin hidrojen atomları 21.12cm'lik dalgaboyunda spesifik bir radyo dalgası yayar. Söz konusu ışınım algılandığında, mesela uzak bir gezegenin atmosferinde hidrojen gazı da bulunduğu anlaşılabilir. Bu teknik astrofizik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

8. SPEKTRUM KATEGORİLERİ • Elektromanyetik radyasyon başlıca yedi kategoride incelenir. Bunlar düşük frekanstan yüksek frekansa doğru radyo dalgaları, mikrodalga, kızılötesi,görünür ışık, morötesi, X-ışınları ve Gama ışınlarıdır. Yukarıda verilen sınıflandırma genelde doğru olsa da, söz konusu kategoriler arasında kesin sınır çizgileri yoktur ve bazı durumlarda aslında belirli bir kategoride yer alan bir ışınım, bir başka kategorinin dalga boyu aralığında bulunabilir.

9. Örneğin, bazı az enerjili gama ışınları aslında bazi yüksek enerjili X-ışınlarından daha uzun dalgaboyuna sahiptir. Bunun sebebi, "gama ışını" teriminin nükleer bozunum veya başka bir atomaltı işlem sonucu oluşan fotonlar için kullanılırken X-ışınlarının atom çekirdeğine yakın yüksek enerjili iç elektronların orbital değişimleri sonucu oluşmasıdır. Sonuç itibariyle, X-ışınları ile gama ışınları arasındaki belirleyici fark; dalga boylarında degil, söz konusu ışınımları yaratan kaynaklardadır. Ancak gama ışınları genellikle X-ışınlarından daha yüksek frekanslı ve dolayısıyla daha yüksek enerjilidir ve bu yüzden kendi kategorilerinde değerlendirilir.

10. RADYO DALGALARIRadyo dalgalarıel telsizlerinden gelişmiş uzay haberleşme sistemlerine kadar birçok platform tarafından kullanılmaktadır.

11. Radyo dalgaları binlerce kilometreden yaklaşık bir milimetreye kadar dalga boylarındadır ve sahip oldukları rezonansauygun antenlerve modülasyon teknikleri kullanarakanalog veya sayısal veri aktarımı kanalları olarak değerlendirilebilirler. Televizyon, cep telefonu, MRI, kablosuz bilgisayar ağları ve benzeri uygulamalarda radyo dalgaları kullanır.

12. MİKRODALGA • Mikrodalgalar tipik olarak uygun çap ve şekilde metal dalga klavuzu tüpler kullanabilecek kadar kısadırlar ve magnetron veya klistron tüpler kullanarak istenilen faz ve frekansta üretilebilirler. Mikrodalga üretimi TED ve IMPATT gibi katı yapılı diyotlar kullanılarak da yapılabilir. Çeşitli frekanslardaki mikrodalga enerjisi bazı materyaller tarafından emilebilir ve bu süreç sonucunda ısı açığa çıkar. Mikrodalga fırınlar su moleküllerinin bu özelliğini kullanır. Wi-Fi gibi kablosuz sinyal aktarımında da düşük yoğunluklu mikrodalga kullanılır. Mikrodalga fırınlar bu yüzden çalışır durumda ve yeterince yakın mesafede olduklarında cep telefonu ve diğer bazı elektronik cihazları etkileyebilirler.

13. TERAHERTZ IŞINIMI • Terahertz(THz) radyasyon, elektromanyetik tayfta uzak kızılötesi ile mikrodalgalar arasındaki frekans bandında bulunur. Yakın zamana kadar spektrumun bu bölgesi büyük oranda ihmal edilmişti ancak günümüzde bu milimetre-altı bant özellikle haberleşme, doku gösterimi ve savunma teknolojilerinde kullanılmaya başlanmıştır. Bu bandın askeri amaçlı uygulaması şimdilik düşman askerleri üzerine yansıtılan terahertz ışınımı suretiyle derilerinde yanma hissi yaratarak bu tehditleri etkisizleştirme uygulaması ile sınırlıdır. Aynı ışınım söz konusu hedeflerin elektronik ekipmanını da iş göremez hale getirecektir.

14. KIZILÖTESİ IŞINIM • Kızılötesi radyasyon yaklaşık olarak 300 GHz ile 400 THz frekansları ve 1 mm ile 750 nm arasındaki dalgaboylarını kapsar. Üç ana kategoride incelenir: • Uzak kızılötesi: 300 GHz (1mm λ) ile 30 THz (10 μm λ) arasındadır. Bu bandın alt bölümleri için mikrodalga da denilebilir. Bu radyasyon tipik olarak spin yapan gaz molekülleri, sıvılarda moleküler akışkanlık ve katılarda fotonlar tarafından emilir. Dünyanınatmosferindeki yaklaşık %1 su buharı tarafından emilen uzak kızılötesi ışınım, atmosferin saydam olmasında büyük rol oynamaktadır. • Orta kızılötesi: 30 THz (10 μm λ) ile 120 THz (2.5 μm λ) arasında bulunur. Sıcak cisimler bu sıklıkla bu aralıkta ışınım yayarlar. Orta kızılötesi ışınım normal moleküler titreşim tarafından emilebilir. Bu frekans aralığına bazen parmak izi bandı da denir. • Yakın kızılötesi: Yakın kızılötesi, 120 THz (2500 μm λ) ile 400 THz (750 μm λ) arasındadır. Görünür ışığa benzer fiziksel işlemler tarafından üretilir ve benzer optik kurallara tabidir.

15. Atmosferin hangi dalga boylarını geçirip hangilerini bloke ettiğini özetler bir ilüstrasyon.

16. GÖRÜNÜR IŞIK • İnsan gözünün ışık veya renk olarak algıladığı aralığa denk gelen elektromanyetik enerjidir. Beyaz ışık bir prizmadan geçirildiğinde bileşenleri olan diğer dalgaboylarına ayrılabilir. Her dalgaboyu farklı bir frekansa sahiptir ve göz tarafından farklı bir renk olarak algılanır.

17. MORÖTESİ IŞINIM • Dalga boyu görünür ışıktan daha kısadır. Oldukça enerjik olduğu için morötesi (UV) ışınım kimyasal bağları bozup çeşitli molekülleri  iyonize edebilir veya katalizör etkisi gösterebilir. Güneş yanıkları morötesi radyasyonun insan derisi üzerindeki yıkıcı etkisine örnek olarak verilebilir. Bazı durumlarda kanserojen etki yapabilir. UV ışınım ayrıca etkin bir mutajendir ve hücrelerin DNA yapısını bozarak kontrolsüz mutasyona sebep olabilir. Dünya'ya güneşten gelen UV radyasyonun büyük bir kısmı yüzeye ulaşmadan önce atmosferdekiozon tabakası tarafından emilir.

18. X-IŞINLARI • X-ışınları, morötesi ışınlardan daha kısa dalgaboyuna, dolayısı ile daha yüksek frekans ve enerjiye sahiptir. Çeşitli materyallerin içinden geçebildikleri için tıpta organ ve kemiklerin görüntülenmesinde sıkça kullanıldığı gibi, ayrıca yüksek-enerji, fizik ve gökbilim uygulamalarında da kullanım alanı bulmuştur. X-ışınlarının bir başka adı Röntgen ışınlarıdır.

19. GAMA IŞINLARI • Gama ışınları 1900 yılında Villiard tarafından bulunmuştur. Bilinen en enerjik elektromanyetik radyasyon türü olan gama ışınları nükleer aktivite ve çeşitli kozmik kaynaklar tarafından üretilirler.

20. ATMOSFERİN ETKİSİ Yeryüzüne gelen güneş enerjisi atmosfer tarafından yutulma, saçınma, dağıtılma ve yansıtılma gibi fiziksel etkilere uğrarlar.Atmosferik yutulma(soğurulma) atmosferi meydana getiren bileşenlerin etkin enerjilerinin yutulması ile sonuçlanır. En etkin yutucular su tanecikleri, karbondioksit ve ozondur. Atmosferik pencereler atmosferin kısmi olarak geçirebildiği enerjinin dalga boyu genişlikleridir

21. 1.Saçılma: Güneş tarafından ortaya çıkarılan ve yeryüzüne gönderilen, burada cisim tarafından yayılan radyasyonun saçılmasına, atmosferde asılı bulunan küçük toz ve duman tanecikleri neden olmaktadır.İki çeşit saçılma olayı vardır.-Mie Saçılması:Atmosferin alt tabakalarında oluşan ve askıda bulunan maddelerin büyüklükleri, ışının dalga boyuna eşit olduğunda oluşan saçılma türüdür. Öğlen vaktinde gökyüzü beyaz görünür.-Rayleigh Saçılması: Atmosferin üst tabakalarında oluşan ve askıda bulunan maddelerin büyüklükleri, ışının dalga boyundan küçük olduğunda oluşan saçılma türüdür. Güneşli günde gökyüzü mavi görünür.-Seçimsiz Saçılma:Atmosferdeki parçacıkların çapının enerjinin dalga boyundan büyük olduğu durumda olur

22. 2.SOĞURULMA: Yeryüzüne gelen güneş ışınları atmosfer tarafından soğurulmaya uğrarlar. Gelen ışın, özelliğini kaybederek ısıya dönüşür. Soğurulmaya neden olan, atmosfer içerisindeki maddeler; Karbondioksit, Su buharı, Oksijen, Ozon ve Azottur.Bu gazlar, EM radyasyonu belirli dalga boylarında soğurduğuiçin belirli bölgeler üzerinde etki yapmaktadır.3.GEÇİRGENLİK : Atmosferde saçılan ve yutulan enerjinin bir kısmı da geçirilir. Geçirgenlik = Geçirilen Enerji/Gelen Enerji

23. Atmosferik pencere atmosferdeki geçirilebilen dalga boylarını gösterir. Uzaktan algılamada atmosferdeki yutulma nedeni sadece belirli dalga boylarında algılama yapılabilir. Atmosferik Pencere

25. Elektro Manyetik Radyasyonun Yeryüzü Objeleri İle Etkileşimi: Atmosferden geçerek yeryüzüne ulaşan enerji yeryüzündeki objelerle etkileşime girer. Bu etkileşim 3 olayla sonuçlanır: Yansıma (reflection) Emilme (absorption) İletilme (transmission)

26. Enerji Korunumu;Enerjinin korunumu kanununa göre yeryüzündeki bir obje yüzeyiyle etkileşime girenenerjinin toplamı; yansıyan, emilen ve iletilen enerjiye eşittir. Bu 3 işlemin hangi düzeyde gerçekleştiği ise obje özelliklerine, enerjinindalga boyuna ve obje yüzeyine hangi açıyla geldiğine bağlıdır. Elektromanyetik enerjinin yeryüzünde emilen kısmı yüzey ısınmasına ve daha sonra bu ısının ısı enerjisi olarak iletilmesi yol açar

27. EMR yer yüzüne ulaştığında üç işlemden geçer: yansıtılır soğurulur ve/veya geçirilir

28. Yansıtılma: Toplam enerjinin bir kısmı hedeften geri yansıtılır ve ışının geliş açısı ve yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak farklı açılarda saçılır.Soğurulma: Hedefe gelen toplam enerjiden bir kısmı ortamdaki elektron ve moleküler reaksiyonlar nedeniyle yutulur, bu enerjinin bir kısmı genellikle uzun dalga boylarında geri yayılır, diğer bir kısmı da yutularak hedefin ısısını arttırır. Geçirilme: Toplam enerjinin bir kısmı su gibi bazı maddelere nüfuz edebilir, madde saydam ve bir boyutu ince ise bir kısmı maddeden geçerek diğer ortama iletilir.

29. Su, çöl, toprak, kar ve bitki örtüsünün farklı dalga boylarındaki farklı yansıma özellikleri incelenebilir ve amaçlar doğrultusunda kullanılabilir.

30. Toprağın Yansıması +Tane büyüklüğü +Yüzey pürüzlülüğü +Demir-oksit miktarı +Organik madde miktarı +Nemlilik -Kuru ve ince taneli topraklar iri tanelilere göre daha çok yansıma verirler. -Toprak ıslak olduğunda ise iri taneli topraklar suyu daya çok geçirdiğinden ince taneli ıslak topraklara göre daha çok yansıma verirler.

31. Bitkilerde Yansıma Bitkilerin yansımalarını etkileyen faktörler; Bitkinin su içeriği Klorofil içeriği Hücre yapısı

32. Görünür dalga boyları bitki pigmentleri hakkında bilgi verir. • Hücre yapısı; yakın InfraRed ve su içeriği; Mid-IR ( orta infrared) dalga boylarından elde edilebilir. • Yakın IR bölgesinde Elektromanyetik enerjinin büyük bir bölümü (% 30-50) yansır ve geri kalanı iletilir. Çok az bir bölüm soğurulur.

33. Her bitkinin hücre yapısı farklılık gösterdiğinden yakın infrared (NIR) bitkilerinin ayrılması mümkün olabilmektedir. • Sağlıksız bitkilerin hücre yapısı değiştiğinden NIR bölgesi bitkinin sağlığı konusunda da bilgi vermektedir. • Bitki örtüsünün farklı tabakalar halinde bulunması, yansıma ve iletilme özelliklerini değiştirdiğinden bitki örtüsü kalınlığı da yine NIR bölgesinden bulunabilir. • Bitki örtüsü kalınlaştıkça kırımızı bölgedeki yansıma azalır ve NIR’daki yansıma artar. Bu özellik bitki indislerinin eldesinde kullanılır.

34. SU KÜTLELERİNİN YANSIMASI • Su kütlelerinin yansıma özelliklerini etkileyen faktörler; • DERİNLİK • SAFSIZLIKLAR • YÜZEYİN DURAĞANLIĞI

35. Suyun spektral yansıma grafiği incelendiğinde 0.7 μm den büyük dalgaboylarında (yakın kızılötesi, termal bantlar vb.) suyun çok az yansıma verdiği veya yansıma vermediği görülmektedir. • Elbette bu derin ve temiz sular için geçerlidir. Bulanık çok geçirgen olmayan bol klorofil sediment vb. İçeren su kaynakları farklı yansıma özellikleri gösterebilirler. • Bu tip su kaynakları görünür ve yakın kızılötesi dalga boylarında yansıma vermektedir. Suda klorofilin varlığı mavi dalga boylarının (0.4-0.5 μm) emilmesine ve yeşil dalga boylarının (0.5-0.6 μm) yansıma değerlerinin artmasına yol açmaktadır.

36. Temiz su; enerjiyi mavi ve yeşil dalga boylarında yüksek oranda geçirmekte ve su altı özelliklerinin araştırılabilmesine olanak sağlamaktadır. • Sudaki diğer özelliklerin çözünmüş oksijen, pH vb. Doğrudan uzaktan algılama ile saptanması zordur fakat yine de dolaylı olarak bu özelliklerin ortaya çıkartılması uzaktan algılama ile mümkün olabilmektedir.

37. KAYNAKÇA • ULUSAL AÇIK DERS MALZEMELERİ KONSORSİYONU, UZAKTAN ALGILAMA DERS NOTLARI • İTÜ UZAKTAN ALGILAMA DERS NOTLARI • İTÜ JEODEZİ BÖLÜMÜ UA DERS NOTLARI • http://www.cnr.berkeley.edu/~gong/textbook/chapter1/html/home1.htm- • http://ww2010.atmos.uiuc.edu/(Gh)/guides/mtr/opt/mch/sct.rxml- • http://www.sli.unimelb.edu.au/research/mers/Downloads/downloads_RS.htm#General%20RS • Fussel, J., Rundquist, D. and Harrington, J.A., 1986. “On Defining Remote Sensing”,Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol. 52, No. 9, pp. 1507-1511. • Holz R. K, 1973. The Surveillant Science Remote Sensing of the Environment,Houghton Miffling Co. Boston. • Lillesand, T.M. and Kiefer, R.W., 2000. Remote Sensing and Image Interpretation,John Wiley and Sons. Inc., USA JEOFİZİK MÜH./ UZAKTAN ALGILAMA SUNUMU 4.GRUP (08.10.13)