太阳光的科学:探索镜面反射效应与天气现象之间的联系

2021年10月10日 11:09 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

如果你经常看卫星图像或宇航员的摄影作品,你可能已经注意到明亮的光斑,这些光斑可以使某些水体闪耀着不寻常的色彩。 如果没有,请看看以下鳕鱼角的列斯群岛周围水域以及巴西的河流中的这些例子。这种闪光是由太阳光引起的,这是一种光学现象,当太阳光从水面上反射到与卫星传感器相同的角度时,就会出现这种现象。

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其结果是太阳光从水面上反射到卫星传感器或宇航员身上,形成镜面反射。如图:

Sunglint-Crete.jpg

太阳光

卫星图像中记录了太阳在水面上的镜面反射,如果海洋像镜子一样光滑,太阳的一连串近乎完美的反射会沿着卫星的轨道出现在一条线上。然而,由于海洋从来不是完全光滑或平静的,太阳的反射会变得模糊,因为光线被波浪散射到各个方向。模糊的反射使海洋表面呈现出水洗一样的外观:太阳光区。

如果水体是完全光滑的,那么太阳的一连串近乎完美的反射就会沿着卫星的轨道出现在一条直线上。在现实中,水面是不规则的,并且经常由于波浪和水流而运动,所以太阳光被散射到许多方向,在卫星数据中留下模糊的条纹。例如,注意下面的马赛克中的太阳光条。所有的数据都是由NASA的Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)在2014年7月3日收集的。

NASA-MODIS-Sunglint-Annotated.jpg

克里特岛和爱琴海岛屿周围的太阳光、风的模式和岛屿形状的结合,使那天的场景特别壮观。虽然太阳光冲淡了许多特征,但它也揭示了通常被隐藏的水和大气环流的细节。在这种情况下,太阳光暴露了由北风和西北风引起的风浪,这些风使克里特岛和其他岛屿后面的水面变得粗糙和平滑。

这些岛屿形成了一种风的阴影--阻挡、减缓和改变气流的方向。这种风,或者说没有风,在一些地方堆积起波浪和汹涌的水,在另一些地方平静了水面,改变了光线的反射方式。此外,太阳光显示,在许多爱琴海岛屿的下风处似乎有大气重力波。

虽然太阳光经常产生视觉上令人惊奇的图像,但这种现象会给遥感科学家带来问题,因为它掩盖了通常可见的特征。这对于使用卫星研究浮游植物和海洋颜色的海洋学家来说尤其如此。因此,研究人员已经开发了几种方法,将被太阳光污染的图像从数据档案中剔除。

尽管太阳光带来了挑战,但这种现象可以提供一些独特的科学机会。例如,它使检测水面上的油污变得更加容易,无论它是来自天然油渗还是人为的溢油。这是因为油层使水面光滑。

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