Bildaufnehmende Systeme sind heute nicht mehr auf klassische optische Systeme beschränkt,
sondern benutzen das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Strahlung. Jede
Strahlungsart trägt eine charakteristische Information über das Objekt, von dem
sie ausgestrahlt oder reflektiert wird. Einen Überblick von bildaufnehmenden Sensoren
für nichtsichtbare Strahlung wird in [Jähne and Haußecker, 1996] gegeben. Die Thermographiebilder
der Wasseroberfläche wurden mit einer CCD-Infrarot-Kamera aufgenommen. Um
zu verstehen, welche abbildenden Eigenschaften die Kamera hat, bzw. was die
Kamera ,,sieht``, wird in Abschnitt 2.1 auf die Wärmestrahlung
und die physikalischen Gesetze, die diese beschreiben, eingegangen. Die quantitative
Messung von Strahlungsintensitäten, die Radiometrie, wird in Abschnitt 2.2
beschrieben. Daran schließt sich in
Abschnitt 2.3 eine Betrachtung von Wärmeleitung und Diffusion an, die
Grundlage für das Verständnis von Gasaustauschprozessen in der
Grenzschicht (Abschnitt 2.5).
Was ist Wärme? Der Ausdruck ungeordnete Molekülbewegung beschreibt
aus dem Blickwinkel der Thermodynamik gesehen den Begriff der Wärme am besten.
Unmittelbar mit Wärme ist der Ausdruck Temperatur verbunden. Die Temperatur T ist
nichts anderes als ein Maß für die mittlere Wärmeenergie 
eines Stoffes:
Hierbei ist 
die Boltzmann
Konstante und f die Anzahl der Freiheitsgrade des Moleküls eines Stoffes.
Aus Gleichung 2.1 folgt, daß es einen nichtunterschreitbaren absoluten Nullpunkt
der Temperatur (
C) gibt, bei dem die Moleküle weder Translations-,
Rotations-, noch Schwingungsenergie besitzen, also W und T Null sind. Die Einheit der
Temperatur ist gegeben durch 
Celcius, bzw. 1 Kelvin, und definiert als
des Abstandes zwischen Gefrierpunkt und Siedepunkt des Wassers bei einem
Druck von 1.003 bar.
Wärme kann durch Strahlung, Leitung oder Strömung (Konvektion) übertragen werden. Bei
der Konvektion wird die Wärme durch die Bewegung der Flüssigkeit oder des Gases
transportiert, d.h. sie setzt eine makroskopische Bewegung voraus. Gleichzeitig zu diesem
makroskopischen Vorgang tritt im Medium natürlich auch Wärmeleitung auf, welche in
Abschnitt 2.3 ausführlich beschrieben wird.
Die erzwungene Konvektion tritt in Erscheinung, wenn die Strömung durch einen äußeren
Zwang, also z.B. ein Druckgefälle, zustande kommt. Bei der freien Konvektion stellt sich
die Strömung nur dadurch ein, daß sich infolge der Wärmeübertragung ein antreibender
Temperatur- und damit verbundener Dichteunterschied vorhanden ist [Rauser, 1993]. Meist
treten freie und erzwungene Konvektion gemeinsam auf.
Die Wärmeleitung hingegen ist nicht an makroskopische Bewegung geknüpft. Hier wird die
Energie durch Stöße der Moleküle untereinander übertragen. Demnach kann Wärmeleitung
nur in Materie und nicht im Vakuum existieren
. Wärmeleitung setzt also
örtliche Unterschiede in der Molekülenergie voraus, welche einem Temperaturgefälle
entsprechen. Die Wärmeleitung führt zum Ausgleich dieses Gefälles, wenn keine
Wärmequellen oder Senken vorhanden sind. Existieren solche Quellen oder Senken, stellt
sich nach einiger Zeit eine stationäre Temperaturverteilung ein.
Die dritte Art von Wärmetransfer erfolgt durch elektromagnetische Strahlung, die im Gegensatz
zur Wärmeleitung kein Trägermedium erfordert. Alle Körper mit einer Temperatur T>0 K
geben von ihrer Oberfläche Strahlungsenergie ab und nehmen gleichzeitig auch wieder
Strahlungsenergie aus ihrer Umgebung auf. Diese Eigenschaft soll im nächsten
Abschnitt näher betrachtet werden.
