Диэлектрические характеристики тундровой растительности в микроволновом диапазоне

В последние годы наблюдается значительная деградация растительного покрова тундры, связанная с интенсификацией нефтегазодобычи в районах Арктики, отчуждением и техногенным загрязнением территорий, перевыпасом северного оленя, изменением климата, включая таяние льдов и вечной мерзлоты [1, 2]. Необходимость регулирования антропогенной нагрузки на растительные сообщества тундры ставит первоочередной задачей разработку оперативных методов дистанционной диагностики растительности на больших площадях. Значительная часть работ, опубликованных к настоящему времени, посвящена исследованию спектральных характеристик растительности в оптическом и инфракрасном диапазонах. Использование радиолокационных и многоспектральных оптических изображений позволяет повысить точность количественной оценки параметров растительности [3].
Разработка микроволновых методов дистанционной диагностики состояния растительного покрова базируется на изучении особенностей распространения и взаимодействия электромагнитных волн с растительностью или отдельными элементами растений (листья, стебли, ствол), установлении зависимостей диэлектрических характеристик растительности от температуры, влажности и фазового состава влаги [4]. Совместное использование модельных представлений и данных дистанционного микроволнового зондирования позволяет оценить затухание электромагнитных волн в растительном покрове для различных почвенно-растительных формаций [5]. Для одновременной оценки характеристик почвы и растительности используются данные по диэлектрическим параметрам влажной почвы, оптической толщине и альбедо растительности [6].
В данной работе приведены результаты исследований на частоте 1.41 ГГц диэлектрических характеристик карликовой березки, ивы, мхов, лишайников при вариациях объемной влажности и температуры. Лабораторные измерения диэлектрических параметров растительности проводились методом мостовых схем с использованием измерителя разности фаз ФК2-18.
Установлено, что на диэлектрические характеристики растительности заметное влияние оказывает содержащаяся в растении вода, фазовый состав и диэлектрические свойства которой различаются для разных видов растительности, а также для разных элементов растительности одного вида (корни, листья, стебель). При отмирании растительности, образовании перегноя, торфа происходит изменение фазового состава воды и, соответственно, изменение диэлектрических характеристик растительности. Диэлектрические характеристики высушенной растительности разных видов в пределах погрешности различаются незначительно. При переходе от отрицательных температур к положительным наблюдаются количественные и качественные различия диэлектрических характеристик растительности, заключающиеся в различной ширине фазовых переходов.
Диэлектрические параметры растительности могут выступать в качестве индикаторов деградации растительного покрова тундры. Установленные зависимости могут быть использованы при моделировании радиоизлучательных характеристик растительности и оценке вклада растительного покрова в суммарное микроволновое излучение подстилающей поверхности.