1
Dálkový průzkum země
v termální části spektra
Princip termálního snímání
Metoda pasivní nepřímá
Fyzikální podstata
Charakteristika
ˇ Termální oblast spektra zahrnuje vlnové délky od 3 m
(atmosférická okna v intervalech 3-5 m a 8-12 m)
ˇ Intenzita elektromagnetického záření v těchto vlnových
délkách je malá
ˇ V těchto vlnových délkách převažuje vlastní vyzařování
objektů nad odraženým slunečním zářením
ˇ Dlouhovlnné vyzařování je vnějším projevem energie
tělesa
ˇ Termální část spektra umožňuje získat především
informace o teplotních vlastnostech objektů
Charakteristika
Ťermální snímky lze vytvářet ve dne i v noci (denní a
noční snímky)
ˇ Termální snímky se vyznačují menší prostorovou
rozlišovací schopností
ˇ Z termálních snímků lze získat charakteristiky území,
které jsou klasickými metodami zjistitelné pouze
bodovým měřením.
Vzhled termálních obrazových
záznamů
Termální snímek LANDSAT Thematic Mapper 6, 120 m pixel

2
Princip práce termálního skeneru
ˇ Princip mechanooptického snímání
ˇ Čidlo ­ fotonové detektory ochlazované na nízkou
teplotu
ˇ Přístroje umožňují měřit radiační teplotu s přesností
0,1o C.
Radiační (jasová teplota)
ˇ Tradičním měřením teploty (teploměrem je měřena
tzv. kinetická teplota (termodynamická ­
meteorologie) - je interním projevem energie molekul
ˇ Stefan-Boltzmannův zákon:
ˇ Objekty vyzařují energii jako funkci své teploty
ˇ Vyzařování je vnějším projevem energie tělesa,
která je v DPZ měřena
ˇ Změřená vyzářená energie vyjadřuje tzv. radiační
(jasovou) teplotu tělesa
4
TM =
Radiace z reálných povrchů
ˇ Reálný povrch emituje pouze část záření, které by
emitovalo absolutně černé těleso o stejné teplotě
ˇ Tato míra vyzařovací schopnosti každého reálného
tělesa se nazývá koeficient vyzařování - emisivita ()
( )
( )
 =
M T
M T
R
A
MR(T) - intenzita vyzařování reálného objektu o teplotě T
MA(T) - intenzita vyzařování absolutně černého tělesa o
teplotě T
Emisivita základních druhů povrchů
ˇ Většina reálných povrchů se chová jako tzv.
selektivní zářič
ˇ Jejich emisivita nabývá hodnot 0 až 1 a mění se s
vlnovou délkou
ˇ Určité povrchy vyzařují jako černé těleso v určitých
vlnových délkách ­ (voda 6 až 14 m).
ˇ U takových povrchů není problém měřit teplotu
metodami DPZ
Emisivita základních druhů povrchů
ˇ Hodnoty emisivity základních druhů povrchů na
souši se výrazně mění v čase i v prostoru
ˇ Silný vliv na měření tepelné energie metodou DPZ
mají meteorologické podmínky
ˇ Pro přesná měření teploty je nutné provádět tzv.
atmosférické korekce
ˇ V řadě případů lze z termálních snímků získat pouze
kvalitativní informaci
Interakce tepelného záření na zemském
povrchu
zákon zachování energie
M M M MI A R T= + +
MI - intenzita záření dopadajícího na povrch tělesa
MA - intenzita pohlceného záření
MR - intenzita odráženého záření
MT - intenzita propouštěného (vedeného) záření
I
T
I
R
I
A
I
I
M
M
M
M
M
M
M
M
++=

3
Interakce tepelného záření na
zemském povrchu
( )  =
M
M
A
I
( )  =
M
M
R
I
Charakteristiky, které popisují schopnost povrchu
absorbovat, odrážet a vést elektromagnetické záření:
() - pohltivost
() - odrazivost
() - propustnost
( )  =
M
M
T
I
( ) ( ) ( )     + + = 1
Z Kirkhofova zákona plyne, že emisivita objektu je rovna jeho
pohltivosti na dané vlnové délce.
Položku propustnosti () lze považovat v DPZ za rovnu nule
Emisivita reálných povrchů
ˇ Čím nižší je odrazivost tělesa, tím vyšší je jeho
emisivita a naopak.
ˇ Emisivita vodních ploch v termální části spektra je
blízká 1
ˇ Emisivita povrchů, které výrazně odrážejí záření je
nízká (kovové povrchy)
( ) ( )   + = 1
Emisivita reálných povrchů
Stefan - Boltzmannův zákon pro reálná tělesa
M T=  4
T Trad kin= 
1
4
Vztah mezi radiační a reálnou teplotou povrchu
Radiační teplota povrchů je v důsledku emisivity nižší
než teplota kinetická (reálná).
ˇ Kalibrace založená na
současných pozemních
měřeních teploty vzduchu
ˇ Kalibrace založená na snímání
referenčních ploch o známé
teplotě
Kalibrace termálních obrazových
záznamů
Zdroje termálních snímků
ˇ Termální snímky poskytují všechny meteorologické
družicové systémy (METEOSAT, NOAA) a to i
v několika pásmech
ˇ Snímky jsou vytvářeny i na snímcích družic pro
výzkum přírodních zdrojů (LANDSAT, TERRA)
ˇ Termální snímání se často provádí i z letadel
(termovize)
ˇ Velká většina termálních obrazových záznamů
poskytuje pouze kvalitativní informaci
Termální snímky z družice NOAA, skener AVHRR, 1100 m pixel
Pásmo 3B 3,6-3,9 m

4
Termální snímky z družice NOAA, skener AVHRR, 1100 m pixel
Pásmo 4 10,3- 11,3 m
Termální snímky z družice NOAA, skener AVHRR, 1100 m pixel
Pásmo 5 11,5- 12,5 m
Vzhled a vlastnosti termálních snímků
ˇ Termální snímky jsou většinou zobrazovány ve stupních
šedi.
ˇ Obvykle světlé tóny na snímku reprezentují teplé
povrchy.
ˇ Na meteorologických snímcích je škála tónů opačná.
ˇ Někdy se teplotní rozdíly vyjadřují v barevné stupnici
Vzhled a vlastnosti termálních snímků
ˇ Protože obrazy zachycují dlouhovlnnou část spektra
mimo viditelné vlnové délky, mají často velmi
neočekávaný vzhled daný teplotními rozdíly povrchů na
snímku.
ˇ V důsledku rozdílných teplotních vlastností povrchů
mají denní a noční snímky velmi odlišný vzhled.
ˇ Termální obrazové záznamy často nezobrazují ani hlavní
terénní tvary
ˇ Mají málo orientačních bodů, často se proto používají
v kombinaci s fotografií, snímkem z optické části spektra
či mapou
Vzhled a vlastnosti termálních snímků
ˇ Vzhled termálních obrazových záznamů je ovlivňován
teplotními vlastnostmi povrchů (vodivost, tepelná
kapacita, tepelná setrvačnost)
ˇ Vzhled snímků je ovlivňován dále též topografií,
orientací snímaných povrchů
ˇ Vegetační kryt vytváří velmi komplexní povrch
s množstvím ke Slunci orientovaných nebo naopak
zastíněných částí.
ˇ Voda výrazně mění teplotní vlastnosti povrchů. Termální
snímky mohou sloužit k mapování půdní vlhkosti či
obsahu vody ve vegetačním krytu.
Vzhled a vlastnosti termálních snímků
ˇ Krátkovlnné sluneční záření bude ovlivňovat vzhled
termálních snímků pouze v oblasti 3-5 m a nebude mít
vliv na delší vlnové délky (8-14 m).
ˇ Denní snímky v první uvedené části spektra (3-5 m)
budou obsahovat tzv. termální stíny v částech, kam
nedopadá přímé sluneční záření.
ˇ Množství přijatého záření bude modifikovat také
orientace svahů.
ˇ Tyto efekty jsou minimalizovány na obrazových
záznamech pořízených těsně před východem Slunce

5
Termální snímky denní a noční
Denní chod radiační teploty
Termální snímky denní
Terén bývá světlejší než voda, voda bývá velmi tmavá.
Tmavšími tóny bývá znázorněn i lesní porost. Teplotní
rozdíl mezi lesem a okolní volnou krajinou může být až
5o C. Oblaka mají v důsledku silného odrazu záření
a malého pohlcování bílou barvu.
V denních hodinách je vedle vlastního dlouhovlnného
vyzařování objektů registrováno i vyzařování okolních
objektů nebo zpětné záření atmosféry, bývají denní
snímky charakterizovány značnou tónovou
proměnlivostí.
Z tohoto důvodu se také často provádí termální snímání
po západu Slunce, kdy jsou ještě patrné teplotní
kontrasty různých povrchů.
Termální snímky noční
Na nočních snímcích bývají vodní plochy naopak
teplejší než terén, který na rozdíl od vody teplo
poměrně rychle ztrácí.
Při teplotní inverzi, kdy se v údolích hromadí studený
vzduch, bývají nižší polohy znázorněny tmavšími tóny
než teplejší vyšší polohy.
Teplotní mapování
Při přesné kalibraci termálních obrazových záznamů
jich lze využít k sestavování map teplotních
charakteristik studovaného území.
Cílem je nalézt vztah mezi hodnotou obrazového prvku
a teplotou objektu:
DN A B T= +   4
DN - hodnota naměřená termálním radiometrem
A, B - kalibrační konstanty radiometru
 - emisivita
T - kinetická teplota
Teplotní charakteristiky povrchů
ˇ Jevy a procesy bodové (např. lokalizace termálních
pramenů)
ˇ Jevy a procesy plošné (např. lesní požáry).
Na termálních snímcích lze sledovat:

6
Příklady aplikací
ˇ mapování povrchové teploty půdy
ˇ odhady radiační bilance území
ˇ studium teplotního znečištění
ˇ určování druhů hornin
ˇ lokalizace geologických zlomů
ˇ mapování půdních druhů a vodního obsahu půd
ˇ lokalizace netěsností zavlažovacích kanálů
ˇ zjišťování teplotních charakteristik vulkánů
ˇ studium evapotranspirace
ˇ lokalizace teplých a studených pramenů a gejzírů
ˇ studium cirkulace v nádržích, jezerech i mořích
ˇ lokalizace lesních požárů a požárů uhelných slojí
Monitorování lesních požárů
ˇ Hodnocení rizika vzniku požárů
ˇ Detekce ohnisek a rozsahu lesních požárů
ˇ Mapování následků požárů
Monitorování
požárů
Peloponéský
poloostrov
Družice
RESURS
MSU-SK,
Pixel 600 m
Monitorování
požárů
Fire Atlas
Využitelnost SST:
ˇ Studium kolísání klimatu
ˇ Studium jevu ENSO
ˇ Vstup do GCM (Global Circulation Models)
Mapování SST (Sea Surface
Temperature) z družicových měření

7
Výpočet SST ze snímků družice NOAA AVHRR
a0,a1,a2 ­ konstanty odvozené empiricky z regresního vztahu
T3 ­ radiační (jasová) teplota 3. pásma AVHRR (3,55 ­ 3,93 mikrometrů)
T4 ­ radiační (jasová) teplota 4. pásma AVHRR (10,3 ­ 11,3 mikrometrů)
SST = a0 + a1T3 + a2T4
Teplotní poměry golfského proudu
Družice TERRA, skener MODIS
Teplotní poměry jsou mapovány na základě odhadu radiační teploty z
termálních snímků v oblasti 11 a 12 mikrometrů.
Mapování
extrémních
projevů konvekce
Teplota horní vrstvy
bouřkové oblačnosti
(Cb)
Mapování rozsahu lávových proudů
Havaj, série nočních snímků z družice ASTER, plocha 9 x 12 km
Mapování rozsahu lávových proudů
Etna, termální snímek z družice ASTER, plocha 24 x 30 km
Studium
vulkánů
Sopka
Popocatepetl
(Mexiko)
Družice
TERRA,
skener ASTER

8
Mapování oblaků sopečného popela
Sopka Cleveland
(Aleutské ostrovy)
snímky z družice MODIS
Mapování teplotních poměrů
New York, 16.9.2001
New York, 18.9.2001
Lokalizace poruch teplovodu