Wechselwirkungen in der Atmosphäre

Auf ihrem Weg zur Geländeoberfläche und zurück zum Sensor muss die elektromagnetische Strahlung verschiedene Bereiche der Atmosphäre zwei mal durchdringen. Sie wird dabei stark gestreut. 
Dies geschieht durch kleine feste oder gasförmige Partikel (Stickstoff, Sauerstoff und diverse Edelgase), die in der Atmosphäre vorkommen. Die Streuung in der Atmosphäre ist von großer Bedeutung für die Beleuchtungsverhältnisse auf der Erdoberfläche und damit auch für die Fernerkundung. Ohne sie wäre der Himmel so schwarz wie während einer klaren Nacht und die Sonne würde sich von ihm extrem hell und scharf abheben. 

Es wird zwischen zwei verschiedenen Arten der Streuung unterschieden, der selektiven und der nicht-selektiven Streuung. 
Die selektive Streuung wird durch Teilchen (Gasmoleküle, Dunst- und Rauchpartikel), deren Durchmesser kleiner oder gleich der Wellenlänge der Strahlung ist, hervorgerufen. Diese diffuse Himmelsstrahlung hat ihr Maximum im kurzwelligen, also im ultravioletten und blauen, Bereich. Aufgrund dieser Eigenschaft erscheint uns unserer Himmel blau. Mit zunehmender Trübung der Atmosphäre durch Dunst, Staub und Wasserdampf nimmt die nicht-selektive Streuung und damit die Intensität der Himmelsstrahlung zu. Der Relativanteil der kurzwelligen Strahlung wird in dieser Phase jedoch geringer (grau-weißliche Himmelsfarbe). 
Die nicht-selektive Streuung wird durch Staub, Nebel oder Wolken hervorgerufen. Da diese Partikel bis zu 10-mal größer als die Wellenlänge sind, wird die gesamte Strahlung gestreut (Transmissionsgrad t = 0), weshalb Wolken und Nebel weiß erscheinen.

Während einer Aufnahme registriert ein Sensor folglich eine Summe verschiedener Strahlungen. Zum einen wird ein Teil der Sonnenstrahlung absorbiert und gestreut. Der restliche Teil erreicht die Geländeoberfläche als direkte Sonnenstrahlung.  Die durch die Atmosphäre gestreute Strahlung pflanzt sich teilweise nach unten in Richtung Geländeoberfläche (Himmelsstrahlung), teilweise aber auch nach oben in Richtung Sensor fort.  Dies wird als Luftlicht bezeichnet, es überlagert die von der Geländeoberfläche reflektierte Strahlung und ruft eine Kontrastminderung der Fernerkundungsbilder hervor. Auf Abb. 2-6 ist zu erkennen, dass gerade die Streuung durch die Atmosphäre einen großen Einfluss auf die Qualität eines Luftbildes hat.

Auf eine Geländeoberfläche fallen demnach immer zwei Arten von Strahlung, nämlich die trotz Absorption und Streuung verbleibende direkte (gerichtete) Sonnenstrahlung und die indirekte (diffuse) Himmelsstrahlung. Diese Strahlungsarten werden in Abbildung 2-7 veranschaulicht. Ihre Summe wird Globalstrahlung genannt. Die Globalstrahlung beleuchtet also das Objekt, welches wiederum Wechselwirkungen auslöst und bestimmte Anteile der Strahlung reflektiert. Auf dem Weg zum Sensor wird diese reflektierte Strahlung erneut gestreut, absorbiert und gebrochen. Nur ein reduzierter Anteil der ursprünglichen Strahlung erreicht als direkt reflektierte Strahlung den Sensor. Dieser Strahlungsanteil ist meist kontrastärmer und etwas blaustichig.

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