Hamburan Partikel Atmosferik

Interaksi antara gelombang elektromagnetik dengan atmosfer dapat menimbulkan adanya hamburan dan penyerapan gelombang elektromagnetik tersebut oleh berbagai partikel atmosfer. Besar nilai hamburan dan penyerapan berbeda pada satu panjang gelombang dengan gelombang lainnya. Pada beberapa panjang gelombang tidak terjadi hamburan atau penyerapan ini. Rentangan panjang gelombang yang tidak terhamburkan atau terserap oleh partikel atmosferik ini disebut sebagai jendela atmosferik (atmosferic window).

Hamburan mengakibatkan terjadinya berbagai pembelokan arah pancaran gelombang elektromagnetik dari jalurnya. Sedangkan penyerapan menimbulkan pemindahan energi dari gelombang elektromagnetik ke partikel atmosfer penyerap gelombang tersebut.

Ukuran partikel dan panjang gelombang berpengaruh terhadap kejadian hamburan gelombang elektromagnetik. Partikel-partikel penyebab terjadiya hamburan diantaranya adalah partikel oksigen, nitrogen, dan ozon (Mather, 2004).  Partikel lain adalah partikel garam dari penguapan air laut, partikel uap air, serta partikel debu akibat aktivitas vulkanik ataupun aktivitas manusia. Silakah baca artikel berikut : Partikel atmosfer yang dapat berpengaruh terhadap data citra satelit.

Perilaku hamburan tergantung pada nilai indeks refraktif dan parameter ukuran seperti formula berikut.

χ=2πr / λ 

Jika nilai X lebih kecil dari 0.01 maka akan terjadi hamburan rayleigh, dan jika nilai X mendekati besarnya panjang gelombang akan terjadi hamburan mie (Liang, 2004).

1. Hamburan Rayleigh

Hamburan rayleigh terjadi ketika panjang gelombang radiasi lebih besar dibandingkan dengan ukuran partikel penghambur. Jumlah radiasi gelombang elektromagnetik yang terhambur dapat didekati dengan menggunakan koefisien volume hamburan (Landgrebe, 2003), berikut.

 σλ=4π² ((NV²(n²-n_o²)²) / (λ⁴(n²+n_o²)² ))

 Keterangan :

N             : jumlah partikel per cm³

V              : Volume partikel penghambur

λ              : Panjang gelombang radiasi

n              : indeks refraksi partikel

n_o            : indeks refraksi medium

Panjang gelombang pendek akan terhambur lebih kuat oleh hamburan rayleigh ini. Gelombang biru (0.4 – 0.5 µm) yang merupakan gelombang terpendek dari spektrum tampak (visible spectrum) terhambur oleh partikel rayleigh ini. Efek dari hamburan rayleigh terhadap gelombang biru ini adalah kenampakan warna biru di langit pada siang hari dan adanya warna merah kuning di sore atau pagi hari. Cahaya yang terhamburkan dan mencapai permukaan bumi disebut dengan diffuse irradiance. Sedangkan cahaya yang terhamburkan oleh atmosfer, dapat mencapai sensor perekam data, namun tidak membuat kontak dengan dengan permukaan bumi disebut dengan atmospheric path radiance.

2. Hamburan Mie

Hamburan mie terjadi ketika gelombang elektromagnetik berinteraksi dengan berbagai partikel atmosferik dengan ukuran yang kurang lebih sama dengan panjang gelombang tersebut.

Hamburan mie dapat disebabkan oleh dua sumber penyebab hamburan, yaitu partikel yang berasal dari permukaan bumi dan partikel akibat berbagai proses reaksi kimiawi pada atmosfer ataupun kondensasi. Partikel asap, debu, garam dari penguapan air laut, mineral sulfat, nitrat di atmosfer dapat mengakibatkan hamburan ini. Hamburan ini memunculkan efek kabut di atmosfer. Besar koefisien hamburan dapat didekati dengan formula berikut (Landgrebe, 2003).

 σλ=10⁵π _a1∫^a2 N(a)K(a,n)a²da 

Keterangan :

N(a)         : jumlah partikel pada a, a+da

K(a,n)      : Penampang melintang hamburan

a              : radius partikel-partikel spheris

n              : indeks refraksi partikel

 3. Hamburan Non Selective

Hamburan non selektif merupakan hamburan yang menghamburkan hampir seluruh spektrum tampak di atmosfer. Hamburan non selektif terjadi ketika gelombang elektromagnetik berinteraksi dengan partikel atmosferik yang berukuran lebih besar dari panjang gelombangnya. Butiran air hujan dan fragmen es pada awan hujan dapat mengakibatkan hamburan tipe ini. Sinar matahari tidak dapat menembus awan hujan karena seluruh gelombang tampak terhamburkan oleh partikel-partikel air pada awan hujan tersebut.

Daftar Pustaka

Landgrebe, D.A., 2003.  Signal Theory Methods In Multispectral Remote Sensing. John Willey & Sons Inc.. New Jersey.

Liang, S. 2004. Quantitative Remote Sensing of Land Surface. John Willey & Sons Inc.. New Jersey.

Mather, P.M., 2004. Computer Processing of Remotely-Sensed Images, Third Edition, John Wiley & Sons, New Jersey.