Моделирование подповерхностного радарного зондирования активного слоя вечной мерзлоты

С целью изучения состояния вечной мерзлоты и обнаружения неоднородностей в мерзлом почвенном слое используются радиоволновые наземные измерения параметров почвенного покрова. Перспективным методом в этом случае является контактное импульсное зондирование с использованием радиолокационных приборов типа GPR (Ground-Penetrating Radar) [1]. Вместе с тем для правильной интерпретации получаемых первичных результатов измерений требуется иметь модельные представления о физических процессах подобного зондирования.
В данной работе построена численно-аналитическая модель контактного зондирования почвенного покрова в зоне вечной мерзлоты с помощью GPR. Реализован эффективный алгоритм, позволяющий рассчитать затухание отраженного и рассеянного импульсных сигналов от слоистых и локализованных неоднородностей почвы. С его помощью исследован уровень принимаемого сигнала в зависимости от свойств мерзлой и талой почвы, рассмотрена возможность определения местоположения объекта и глубины его залегания в приповерхностном слое вечной мерзлоты в различные сезоны. Учёт влияния температуры и влажности на диэлектрические характеристики почвы проведен на основе спектроскопической модели комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) [2]. Проведены расчёты радарограмм в случае температурных профилей активного слоя почвы, относящихся к разным сезонам. Найдено, что при использовании спектроскопической модели КДП возможна оценка влажности почвы с помощью GPR в той области отрицательных температур, где присутствует незамерзшая связанная вода.
Работа выполнена в рамках комплексного интеграционного проекта СО РАН № 13 (2005 г.)
ЛИТЕРАТУРА
1. Guy Serbin, Dani Or, “Ground-Penetrating Radar Measurement of Soil Water Content Dynamics Using a Suspended Horn Antenna.” IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 42, N8, 2004, 1695-1705 (2004)
2. V.L. Mironov, V.H. Kaupp, S.A. Komarov, and V.N. Kleshchenko, “Frozen Soil Dielectric Model Using Unfrozen Water Spectroscopic Parameters,” in Proc. IGARSS’03, Toulouse, France, vol. VII, 4172 – 4174 (2003)