Поиск волн течения во льду по радиояркостной температуре

В работах (Бордонский, 2016; Бордонский, Крылов, 2017) были обнаружены волновые движения в пресном ледяном покрове, которые связали с возникновением волн пластической деформации. Характерные длины волн для кристаллических материалов (металлов) составляют значения в интервале 0,5…2 см (Зуев и др., 2010). Эти волны могут возникать и в пресном кристаллическом льде при механических напряжениях, вызванных изменениями температуры и достигающих предела текучести. Вариации термодинамической температуры наиболее проявляются для льда, находящегося в стиснутых условиях (в ледяных покровах, в полостях и т. п.).
Волны течения должны проявляться в ледяных структурах ориентировочно в диапазоне частот, для соответствующих длин волн пластической деформации, от 25 до 100 ГГц. Однако механические свойства кристаллов льда и металлов отличаются, поэтому цель настоящей работы заключалась в уточнении частот микроволнового диапазона, на которых проявляются такие волны в природной среде – в пресном ледяном покрове. Другая задача – определить влияние дифракционной решётки, создаваемой волнами течения, на радиотепловое излучение пресных ледяных покровов.
Были выполнены лабораторные и натурные эксперименты. В лабораторных экспериментах определяли флуктуации фазы отражённого излучения от блока озёрного льда при его нагревании. Измерения выполняли в частотном интервале 9…14 ГГц с использованием векторного анализатора цепей Р4М-18. Из этих измерений установили, что решётки из волн течения проявляют себя в частотном интервале 12,7…13,2 ГГц. Измерения радиояркостной температуры были выполнены на ледяном покрове пресного озера Арахлей в феврале-марте 2018 года с использованием супергетеродинных радиометров на частоты 21 и 34 ГГц с полосой ~1,5 ГГц. Одновременно проводили просвечивание покрова на частоте 13,4 ГГц параллельно поверхностям льда при установке аппаратуры в углубления во льду. Измерения радиотеплового излучения проводили на горизонтальной поляризации при угле наблюдение 45°, а радиопросвечивание на 12 линейных поляризациях непрерывно в течение нескольких суток. В этот период времени наблюдался разогрев ледяного покрова и его пластическая деформация из-за значительных суточных вариаций температуры воздуха. Температура воздуха изменялась от –20 до 0°C, снежный покров имел толщину ~5 см. В один из дней было обнаружено понижение радиояркостной температуры приблизительно на 20 K в двух диапазонах в дневные часы в течение ~6 часов, что совпало с наибольшей скоростью изменений температуры льда в поверхностном слое (до 5 °C за 3 часа на глубине 10 см от поверхности). Существенное изменение в прохождении излучения на частоте 13,4 ГГц в виде отклонения монотонности измеряемой мощности, особенно на вертикальной поляризации, также наблюдали в это время.
Таким образом, лабораторными и натурными измерениями показано возникновение в ледяных объектах дифракционной решётки, образованный волнами течения. Эти волны проявились в понижении радиояркостной температуры и изменении распространения микроволнового излучения в широком интервале частот от 13 до 34 ГГц. Их возникновение связывается с термическими напряжениями во льду при значительных изменениях суточных температур. Они также могут возникать в крупных ледяных телах (ледниках) при внешних механических воздействиях.