Reflexionsvermögen

Der Reflexionsgrad (oft auch Reflexionsvermögen) ρ (auch R) ist das Verhältnis zwischen reflektierter und einfallender Intensität als Energiegröße, z. B. bei elektromagnetischen Wellen (Lichtstrom) oder bei Schallwellen (Schalldruck, Schallfeldgröße). Es handelt sich um eine gestörte Ausbreitung der Welle.

$\varrho = \frac{P_r}{P_0}$

• $\varrho$ … Reflexionsgrad
• P_r … reflektierte Leistung
• P₀ … einfallende Leistung

Gemeint ist im Allgemeinen auch das gestreute Zurückwerfen einer Größe, beispielsweise der diffusen Reflexion von Licht an nicht rauhen („nicht spiegelnden“) Flächen. In der Astronomie und Geographie wird der Begriff Albedo für den diffus reflektierten Lichtstrom verwendet.

Zusammenhänge mit anderen physikalischen Größen

Bei der Reflexion einer Welle treten auch immer Energieverluste der reflektierten gegenüber der einfallenden Welle in Form von Absorption und Transmission auf. Für die jeweiligen Energiegrößen gilt allgemein:

1. $\varrho + \alpha = 1$
2. $\alpha = \tau + \delta\,$
3. $\varrho + \tau + \delta = 1$

wobei

• der Absorptionsgrad α ein Maß für die absorbierte,
• der Transmissionsgrad τ ein Maß für die durchgelassene,
• der Dissipationsgrad δ ein Maß für die „verlorengegangene“ Intensität ist

Für elektromagnetische Wellen können im Falle der gerichteten Reflexion der Reflexionsgrad sowie der Transmissionsgrad über die fresnelschen Gleichungen, dem snelliussche Brechungsgesetz und den Brechzahlen der beteiligten Materialien berechnet werden.

Im Gegensatz zum Reflexionsgrad $\varrho$ bezieht sich der Reflexionskoeffizient (auch Reflexionsfaktor) r auf die Amplitude einer Größe. Der Reflexionsgrad $\varrho$ entspricht dem Quadrat des Reflexionsfaktors r:

$\varrho = r^2$

Für komplexe Größen, wie sie bei der Reflexion von Licht mit absorbierenden Medien auftreten, entspricht der Reflexionsgrad $\varrho$ dem Produkt aus Reflexionsfaktors r mit seinem konjugiert komplexen Wert r^*:

$\varrho = r \cdot r^*$

Reflexionsgrade bei der Erdfernerkundung

empirisch ermittelte Reflexionsgrade

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Die nebenstehende Grafik zeigt Reflexionsgrade von verschiedenen Clustern.

Die erste Abbildung zeigt, dass Sandflächen sich in allen Spektralbereichen als sehr hell abzeichnen. Während sich Mutterboden (schwarze Erde) und Oberflächenwasser im sichtbaren Licht der Kanäle 1 − 3 nur geringfügig unterscheiden, werden bei den Kanälen 4 - 5 + 7 erhebliche Unterschiede festgestellt. So reflektiert Oberflächenwasser im Kanal 5 null Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung.

Die zweite Abbildung zeigt die Cluster: Nadelwald, Laubwald, Kleingärten, sowie Wiese und Sportrasen. Im sichtbaren Spektrum kann man zwar Wald von Gras bzw. Kleingärten unterscheiden, eine weitere Trennung ist aber kaum möglich. Erst die Kanäle 4 - 5 + 7 zeigen die Unterschiede. Der Kanal 4 im nahen Infrarot zeigt eindeutige Unterschiede in den Pflanzenarten und wird daher auch zur Bestimmung der Biomasse herangezogen. Der Kanal 7 im kurzwelligen Infrarot bestimmt den Wassergehalt. Bei den Waldarten erkennt man kaum Feuchtigkeitsunterschiede, wobei Sportrasen naturgemäß besser (künstlich) gewässert ist als Wiesen in der Nähe von Bachläufen.

Die dritte Abbildung macht deutlich, warum die Kanäle 3 + 4 zur Bestimmung der Bodenarten und der Urbanisierung herangezogen werden. In diesen Spektren unterscheiden sich Dachflächen (Häuser) von Verkehrswegen (Straßen) am deutlichsten.

Diese Reflexionsgrade sind empirisch ermittelt und können daher bei verschiedenen Fernerkundungsdaten voneinander abweichen. Die Verhältnismäßigkeiten bleiben jedoch weitestgehend erhalten.

Sonstiges

Das Material mit dem bislang kleinsten Reflexionsgrad für sichtbares Licht (0,045 %) besteht aus einer Art Matte mit vertikal angeordneten Nanowürfeln aus Kohlenstoff und wurde am Rensselaer Polytechnic Institute entwickelt. Die Dicke der Matte liegt zwischen 10 und 800 Mikrometern^[1].

Einzelnachweise

1. ↑ Zu-Po Yang, Lijie Ci, James A. Bur, Shawn-Yu Lin, Pulickel M. Ajayan: Experimental Observation of an Extremely Dark Material Made By a Low-Density Nanotube Array. In: Nano Letters. 8, Nr. 2, 2008, S. 446–451 (doi:10.1021/nl072369t).