Модельные расчёты толщины и влажности слоя почвогрунта на основе данных яркостных температур

Работа посвящена разработке технологи получения информации о влажности и толщине слоя почвогрунта не глубокого залегания для выявления участков, как с пониженным, так и с повышенным влагосодержанием. Это инструмент оперативного экологического и природоресурсного мониторинга и оценки запаса влаги в верхнем слое почвы, что позволит прогнозировать пожароопасную обстановку, которая в последние годы остается очень актуальной в нашей стране. В данной работе рассматривается методика дистанционного определения температурных и влажностных характеристик слоистого почвогрунта и основана на измерении интенсивности собственного радиотеплового излучения на двух ортогональных поляризациях. Величина радиояркостной температуры слоистого грунта зависит от количества слоев, их толщин, влажности, температуры, солёности, частоты СВЧ излучения и угла визирования антенны относительно плоской поверхности грунта. В работе рассматривается модель излучения такой системы, которая представляет собой сложную систему, состоящую из трех вложенных подмоделей:
1. модель воды с входными параметрами – частота, температура и соленость. Выходной параметр – комплексная диэлектрическая проницаемость;
2. модель почвогрунта с входными параметрами – плотность сухого грунта и объемная влажность, основанная на модели воды. Выходной параметр – комплексная диэлектрическая проницаемость;
3. модель слоистого почвогрунта с входными параметрами, моделей почвогрунта для каждого слоя, угла визирования и толщин слоёв. Выходной параметр – излучательная способность слоистого почвогрунта для двух поляризаций.
Для описания диэлектрических свойств солевых растворов в работе использованы релаксационные модели Дебая или Коула-Коула, а для описания диэлектрических свойств почвогрунтов в СВЧ диапазоне использована известная «рефракционная» модель Брауна для смесей.
Для определения интенсивности радиотеплового излучения слоистых сред в работе использована слоистая модель, которая представляет собой полупространство с произвольными вариациями, как диэлектрической проницаемости, так и температуры вдоль направления перпендикулярного плоским границам раздела слоев.
Многослойная методика удобна тем, что позволяет рассчитать численно суммарную излучательную способность, приведенную к внешней границе первого слоя и температуру излучения неоднородного полупространства для любых профилей комплексной диэлектрической проницаемости и температуры почвогрунта. Для этого необходимо аппроксимировать непрерывное распределение диэлектрической проницаемости и температуры почвогрунта дискретным с достаточно малым шагом.
В работе приведены результаты моделирования в виде полей точек излучательных способностей на каждой из поляризаций, вычисленные в цикле с равномерным шагом по толщине и влажности слоя почвогрунта, которые используются при решении обратной задачи определения толщины и влажности слоя почвогрунта по значениям излучательной способности для двух ортогональных поляризаций.
По геометрии распределения точек даны оценки возможности получения однозначных решений – нахождения толщины и влажности ранее выбранного номера слоя почвогрунта.