Структура электромагнитного поля в лесном пологе

В работе приводятся результаты экспериментальных исследований пространственно-временной и частотной структуры электромагнитного поля при зондирований «эталонной сцены» (известные лесотаксационные и биометрические параметры) в диапазоне частот 0,1 ÷ 1 ГГц лиственничного древостоя.
В общем случае напряженность электромагнитного поля в лесном пологе является результатом суперпозиции трех волн – прямой волны прошедшей через среду, отраженной от подстилающей поверхности волны и боковой волны рассеянной на элементах древостоя. Показано, что ослабление прямой волны подчиняется экспоненциальному закону и как следствие этого, электромагнитное поле на «больших расстояниях» полностью определяется рассеянной боковой волной [1].
Анализ экспериментальных данных по ослаблению радиоволн в лесу показал, что амплитуда поля в среднем до расстояния порядка 60 м убывает по закону близкому к экспоненциальному, а с увеличением дальности начинает проявляться степенная зависимость функции ослабления [2]. Коэффициент погонного ослабления линейно возрастает с частотой со скоростью 0,169±0,004 дБ/км•МГц для всех видов поляризации излучения. В среднем погонное ослабление имеет порядок 3, 50 и 27 дБ/км для согласованного по поляризации приема горизонтального, вертикального и кроссполяризованного, соответственно. Погонное ослабление для вертикальной поляризации больше, чем для горизонтальной в среднем на величину 46 дБ/км. Уровень поля на дальностях свыше 60 м уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния и слабо зависит от частоты и поляризации электромагнитного излучения.
Радиус пространственной корреляции уровня поля в лесном пологе изменяется в пределах от единиц до десятков сантиметров при поперечном и единиц метров при продольном разносах приемных пунктов. Качественный анализ трехгодичных наблюдений временных флуктуаций амплитуды поля в лесу показал, что спектр временных флуктуаций расширяется с увеличением скорости ветра, а флуктуации практически дельта коррелированны. Расчет пространственного энергетического спектра неоднородностей лесного полога показал на существование двух типов неоднородностей [3]: мелкомасштабных со спектральным индексом 2/3 и крупномасштабных со спектральным индексом 1/3. Эти спектральные индексы сохраняют свое значение во всем исследуемом диапазоне частот и на всех поляризациях.
На примере лесотаксационной модели лесного полога и соответствующей ей рефракционной модели лесной среды распространения радиоволн показана возможность восстановления лесотаксационных параметров лесного полога на основе данных измерений ослабления уровня поля в лесу с точностью близкой к точности стандартных методов.

1. Yakubov V. P. , Telpukhovskiy E. D. , Mironov V. L. , Tsepelev G. M. , Moiseenko N. A. , “Measured Spectrum and Polarization of Wideband Radar Signal from Forest Stand,” in Proc. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2004, Anchorage, Alaska, vol. V, 2004, pp. 3471-3473.
2. Mironov V.L., Yakubov V.P., Telpukhovsky E.D., Novik S.N. and Chukhlantsev A.A. Spectral Study of Microwave Attenuation in a Larch Forest Stand for Oblique Wave Incidence // Proc. IGARSS"05, Seoul, Korea, 2005, vol. V, pp. 3204-3207
3. Новик С.Н., Клоков А.В. Корреляционные свойства амплитуды электромагнитного поля в лесном пологе // Известия вузов. Физика. 2006, №3, С. 127-128.