Особенности теплового излучения растущего ледяного покрова на частоте 34 ГГц при малых углах наблюдения

Активное использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые позволяют нести на себе полезную нагрузку в несколько килограммов, дает возможность их применения для дистанционных методов мониторинга различных природных объектов, включая и криосферные образования. Кроме видимого диапазона при дистанционных методах исследования широкое применение нашел микроволновый диапазон. В данном диапазоне при исследовании мерзлых объектов, ввиду особенностей их диэлектрических свойств, можно получать информацию с больших глубин по собственному радиотепловому излучению среды (Гурулев, Крылов, 2004; Бордонский и др., 2002; Тихонов и др., 2021). При размещении микроволнового радиометра на БПЛА следует учитывать угол, при котором происходит зондирование природного объекта. Даже незначительное изменение угла наблюдения может привести к значительному изменению радиояркостной температуры среды. Особенно это может наблюдаться для плоскослоистых структур малой толщины.
Нами выполнены измерения тонкого растущего пресного ледяного покрова на частоте 34 ГГц при различных углах наблюдения. Углы измерения составляли 15° и 20° на вертикальной поляризации. При росте льда наблюдается интерференционная картина радиояркостной температуры в зависимости от его толщины. По этой причине изменение угла наблюдения на отклонение ~5° приводит к изменению значений радиояркостной температуры (Тя) на 20 К для некоторых толщин ледяного покрова. При увеличении толщины ледяного покрова более 10 см интерференционная картина существенно уменьшается и соответственно уменьшается и разность значений радиояркостной температуры для углов 15° и 20°. Также свежевыпавший снег, находящийся на ледяном покрове, уменьшает данную разность.
При расчетах значений радиояркостной температуры для тонкого ледяного покрова на частоте 34 ГГц, выполненной по модели, представляющую из себя плоскослоистую неизотермическую среду показано, что разница значений радиояркостных температур для двух углов близких к надирному углу также достигает десяти Кельвина. Следует отметить, что при уменьшении значений двух углов наблюдения уменьшается и разность Тя. Кроме того, на значение разности Тя для двух углов ледяного покрова в период его становления влияют параметры радиометров, а именно, ширина полосы принимаемых частот, ширина диаграммы направленности антенны.
При изменении углов наблюдения радиометра, установленного на БПЛА, происходит изменение поляризации регистрируемого излучения, что для радиотеплового излучения плоскослоистых структур в микроволновом диапазоне для антенн с одной поляризацией имеет существенное значение.
Таким образом, можно сделать вывод, что при измерении радиояркостной температуры слоистых образований в микроволновом диапазоне с использованием БПЛА для углов более 5° необходимо осуществлять измерения углов тангажа и крена.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 24-27-00278 «Разработка методики радиометрического исследования криосферных образований с использованием беспилотных летательных средств в миллиметровом диапазоне».