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Rayleigh-Kriterium

 
     
  Beziehung zwischen der Oberflächenrauhigkeit h, dem Depressionswinkel γ (Winkel zwischen der Horizontebene des Sensorträgers und dem beobachteten Punkt im Gelände) und der Wellenlänge von Radarstrahlen λ. Anhand des Rayleigh-Kriteriums wird deutlich, ob eine Oberfläche auf den einfallenden Radarpuls in rauher oder glatter Art reagiert. Eine Oberfläche wird demnach als glatt bezeichnet, wenn:

Rayleigh-KriteriumJe kleiner die Wellenlänge der Strahlung bzw. je grösser die Frequenz ist, um so rauher wirkt demzufolge eine Oberfläche, die Unebenheiten aufweist. Diese Oberflächenrauhigkeit stellt einen wesentlichen Gesichtspunkt bei der Beurteilung von Radarbildern dar. Allgemein gilt, dass die Intensität des Radarechos mit Zunahme der Rauhigkeit steigt. Bei vergleichsweise geringer Rauhigkeit (z.B. glatte Wasserflächen) kommt es zur Spiegelung, so dass kein Signal den Empfänger erreicht (schwarze Bildelemente). Liegt die Oberflächenrauhigkeit dagegen im Bereich der abgestrahlten Wellenlänge, dann ist die Wirkung der Oberfläche die eines diffusen Reflektors mit gemischtem Radarecho (graue Bildanteile mit hohem Interferenzanteil). Rayleigh-Streuung, nach Lord Rayleigh benannte Streuung von elektromagnetischer Strahlung an kugelförmigen Teilchen, deren Radius sehr klein gegenüber der Wellenlänge ist. In der Atmosphäre bedeutet dies in erster Linie die Streuung von Lichtstrahlen an den Molekülen. Der Streukoeffizient der Rayleigh-Streuung ist proportional zu λ-4. Im Gegensatz zur Mie-Streuung ist die Rayleigh-Streuung demnach stark wellenlängenabhängig. Die Streufunktion gibt an, welcher Anteil der einfallenden Strahlung in eine bestimmte Richtung gestreut wird. Bei kugelförmigen Teilchen ist die Streufunktion rotationssymmetrisch und hängt deshalb nur vom Streuwinkel f ab (φ ist der Winkel zwischen dem einfallenden und dem gestreuten Strahl). Die Streufunktion der Rayleigh-Streuung (Abb.) ist proportional zum Faktor (1+cos2φ). Die gestreute Strahlung ist demnach in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung doppelt so gross wie zur Seite (f=90º). Die Form der Rayleigh-Streufunktion ist für die Verteilung der Himmelsstrahlung von Bedeutung. Die Streustrahlung ist in Abhängigkeit vom Streuwinkel f partiell polarisiert. Durch die stärkere Streuung der kürzeren Wellenlängen erklärt sich z.B. die blaue Farbe des Himmels (Himmelsblau) und das Abend- bzw. Morgenrot (Dämmerungserscheinungen). Da die Theorie der Rayleigh-Streuung zunächst nur für kugelförmige Teilchen gilt und die Moleküle von der Kugelform abweichen, werden bei der Anwendung auf die Atmosphäre Korrekturfaktoren angebracht.

Rayleigh-KriteriumRayleigh-Streuung: Darstellung der Streufunktion in Abhängigkeit des Streuwinkels für Moleküle (Rayleigh-Streuung); in Richtungen senkrecht zur Einfallsrichtung der Strahlung wird nur halb soviel Strahlung gestreut wie in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung.
 
 

 

 

 
 
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