Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год

(http://smiswww.iki.rssi.ru/d33_conf)

Особенности влияния объемного рассеяния вперед при формировании теплового микроволнового излучения сухого снега

Голунов В.А. (1)
(1) Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал (ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН), г. Фрязино, Московская обл., Россия
Разработка алгоритмов пассивного дистанционного восстановления толщины и водного эквивалента сухого снежного покрова в микроволновом диапазоне основана на различных и, как правило, упрощенных моделях переноса излучения в плотных случайных дискретных средах. Это обусловлено отсутствием строгой теории переноса излучения в подобных средах при слабом поглощении и соизмеримости характерных размеров рассеивателей и длины волны. Кроме того, ввиду многообразия структуры снега могут возникать спектральные эффекты объемного рассеяния микроволнового излучения, обусловленные не только частицами льда, но и флуктуациями объемной плотности этих частиц. В зависимости от соотношения размеров частиц, масштабов неоднородностей объемной плотности и длины волны могут изменяться как индикатрисы переднего и обратного рассеяния, так и интегральные величины – полные коэффициенты отражения и пропускания рассеивающего слоя.
Цель данной работы – на основе экспериментальных данных выявить особенности влияния интенсивности рассеяния вперед на излучательные свойства сухого снежного покрова.
Экспериментальное исследование выполнено на частотах 22.5, 37.5, 60 и 94ГГц. С помощью измерительного стенда (Golunov, Barabanenkov, 2012) измерялись три основные величины, характеризующие прохождение падающего излучения через рассеивающий слой: коэффициент пропускания когерентной интенсивности и полные коэффициенты отражения и пропускания. Экспериментальные данные анализировались с помощью полуэмпирической модели FIRE (Голунов, Коротков, Соколов, 1997), которая, в отличие от широко применяемых моделей MMLS (Wiesman, Mätzler, 1999) и HUT (Pulliainen, Grandell, Hallikainen, 1999), позволяет оценивать коэффициенты прямого и обратного рассеяния.
Обработка экспериментальных данных показала, что на интенсивность рассеяния микроволнового излучения в свежевыпавшем и мелкозернистом снеге достаточно сильное влияние могут оказывать не только кластеры частиц льда (Chen et al, 2003), а также более крупномасштабные неоднородности. При рассеянии когерентной интенсивности на крупномасштабных неоднородностях рассеяние вперед доминирует над обратным рассеянием. Это следует из теории (Рытов, Кравцов, Татарский, 1978) и подтверждается полученными экспериментальными данными.
В данной работе показано, что в пренебрежении отражений от границ слоя снега рассеяние вперед не оказывает заметного влияния на его излучательные свойства. Из модели FIRE следует, что этот вывод справедлив, когда полный коэффициент пропускания экспоненциально зависит от толщины слоя.

Ключевые слова: микроволновое излучение, объемное рассеяние, крупномасштабные неоднородности, сухой снег
Литература:
  1. Голунов В.А., Коротков В.А., Соколов А.В. Отражение и пропускание миллиметровых волн слоем случайной дискретной среды // Электромагнитные волны и электронные системы, 1997, т. 2, № 1, с. 39 - 46.
  2. Голунов В. А., Хохлов Г. И. Показатель степени частотной зависимости интенсивности обратного рассеяния микроволнового излучения в сухом снеге и искусственных снегоподобных средах // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №9. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/sep17/6/text.pdf
  3. Голунов В.А., Маречек С.В., Хохлов Г.И. Особенности рассеяния микроволнового излучения в сухом пушистом снеге // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №6. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jun18/2/text.pdf
  4. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч.2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 463 с.
  5. Chen C.-T., Tsang L., Guo J., Chang A.T.C., Ding K-H. Frequency dependence of scattering and extinction of dense media based on three-dimensional simulations of Maxwell’s equations with applications to snow // IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. 2003. Vol.41. No.8. P.1844-1852.
  6. Golunov V. A., Barabanenkov Yu.N. Radiometric methods of measurement of the total reflectivity, the total transmissivity and the coherent transmissivity of a weakly absorbing random discrete medium layer in the millimeter wavelengths range // Proceedings of Progress In Electromagnetics Research Symp., Moscow, Russia, August 19-23, 2012. P. 1415-1417.

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

170