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The Analysis of the Near-surface Energy Transfer Environment from Thermal Infrared Imagery

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Sam I. Outcalt*
Affiliation:
Department of Geography, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan 48104, U.S.A.
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Abstract

The radiant surface temperature imaged by thermal infrared line-scanning equipment is a product of both surface temperature and emissivity. In detail it is the integrated product of the evolutionary development of the near-surface energy transfer regime. The variation of surface radiant temperature spatially and temporally contains information about the structure, composition, and thermal state of near surface materials. It is suggested that the study of ground ice, sea/lake ice, and the thermal regimes of mountain snow and ice bodies, are reasonable targets for the quantitative application of thermal mapping technology, and that considerable technical development effort be expended on spectral, spatial, and temporal operators for use in computer processing of pictures for glaciological data.

Résumé

Résumé

L’image de la température superficielle de rayonnement transmise par un équipement de balayage à rayons infrarouge calorifique, est le résultat coujugué de la température de surface et de l’émissivité. En détail, c’est le résultat de l’intégration du développement fluctuant du régime de transferts énergétiques près de la surface. La variation de la température superficielle de rayonnement dans l’espace et dans le temps contient des informations sur la structure, la composition et l’état thermique des matériaux proches de la surface. On pense que les études de la glace de terre, de la glace de lac ou de mer, des régimes thermiques de la neige des montagnes et des glaciers, sont des objectifs raisonnables pour une application quantitative de la technique de cartographie thermique, et qu’il faut faire un effort technique considérable sur les paramètres de temps, d’espace et de longueur d’onde pour utiliser sur ordinateur 1es images obtenues à des fins glaciologiques.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Strahlungstemperatur einer Oberfläche, die mit Geräten zur linienweisen Abtastung im thermischen Infrarot ermittelt wird, ist sowohl von der Temperatur wie von der Strahlungskraft der Oberfläche abhängig. Genau genommen ist sie das Gesamtergebnis der Entwicklung des Energieüber-tragungssystems in der Nähe der Oberfläche. Die Veränderung der Strahlungstemperatur der Oberfläche enthält räumlich und zeitlich Informationen über die Struktur, die Zusammensetzung und den thermischen Zustand der oberflächennahen Materialien. Die Untersuchung von Bodeneis, Meer- und Seeeis sowie der thermischen Verhältnisse der Schnee- und Eiskörper im Gebirge erscheint daher als lohnendes Ziel für die quantitative Anwendung der Verfahren zur thermischen Abbildung. Für die technische Entwicklung spektraler, räumlicher und zeitlicher Sensoren deren Daten zur digitalen Bildverarbeitung in der Glaziologie verwendet werden können, sollten beträchtliche Anstrengungen unternommen werden.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1975
Figure 0

Table 1.Surface temperature influence sets

Figure 1

Fig. 1.The positions of the micrometeorolopcal stations at Chitistone Pass, Alaska. ½ mile = 804 m, 100 feet = 30.5 m.

Figure 2

Fig. 2.The simulated and observed thermal regimes at the Chitistone Pass micrometeorological stations. Clear weather midsummer observations were simulated.

Figure 3

Fig. 3.The simulated surface contrast of the snow-covered tundra and thaw lakes shown in Figure 4.

Figure 4

Fig. 4.Thermal imagery acquired south of the NARL site, Barrow, Alaska, 17.15 A.S.T., 11 October 1967. Dark (hot), light (cold). Note the warm plumes extending to the lee of the drum dumps (D) and unheated buildings (B), along the service road which is relatively warm compared to the snow-covered tundra surface. Snow-covered frozen lakes (L) and low-center polygons also appear to be relatively warm. Imagery courtesy of Environmental Institute of Michigan (formerly Willow Run Laboratories).

Figure 5

Fig. 5.The solution of Equation (3) within the simulation of the effects of removing a 15 cm organic layer, exposing mineral soil, from the tundra at Barrow, Alaska. A late August, clear, calm environment was simulated. One thermal profile was generated each 15 min during the diurnal cycle. The upper set of curves assume the organic layer to be present; the lower ones correspond to no organic layer. Note the effect of freeze-thaw retarding the evolution of the substrate thermal structure, as shown by the clustering of lines just below the freezing point in the upper levels, and the increased amplitude of the disturbance after the removal of the low-diffusivity, overlaying, organic material.

Figure 6

Table 2.Examples of temporal, spatial, and spectral operators