ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 5. С. 120-129

Вариации микроволновых потерь в ветках сосны при отрицательных температурах

Г.С. Бордонский 1 , А.А. Гурулев 1 , А.О. Орлов 1 , С.В. Цыренжапов 1 
1 Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия
Одобрена к печати: 04.09.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-5-120-129
В работе приведены экспериментальные данные по измерению прохождения микроволнового излучения на частотах 5,2 и 34 ГГц через хвою и хвойные ветки сосны обыкновенной при отрицательных температурах. Измерения выполняли в натурных условиях для посадки сосны 40-летнего возраста в зимнее время в условиях резко континентального климата, а также в лабораторном эксперименте. В исследуемых объектах измеряли поглощение излучения при изменениях их температуры от 0°С до –50°С. В натурных условиях обнаружен гистерезис электромагнитных потерь в хвойных ветках, при котором потери на участке роста температуры оказывались выше, чем на участке их охлаждения. Такое поведение потерь оказывается аномальным по сравнению с другими увлажнёнными мелкодисперсными средами при циклическом охлаждении – нагревании, например глиной. При среднем значении затухания 3 дБ вариации прохождения мощности в ветках достигали 1,0 дБ. В ходе лабораторных исследований, выполненных раздельно для хвои и древесины веток, было установлено, что аномалии гистерезиса потерь соответствуют древесине веток, а не хвое. Предполагается, что эта особенность связана с образованием в древесине сегнетоэлектрического льда 0, на границах которого с материалом тканей появляются слои с высокой проводимостью. Эти слои приводят к росту фактора потерь. Причём эффект наиболее выражен для клеточных структур с вытянутыми жидкими включениями. Данный эффект необходимо учитывать при дистанционном зондировании лесов в зимний период времени, его можно использовать для определения тепловой истории хвойных деревьев.
Ключевые слова: переохлаждённая вода, микроволновый диапазон, диэлектрические свойства, нанопористые среды, вторая критическая точка воды, сегнетоэлектрический лёд 0
Полный текст

Список литературы:

  1. Бордонский Г. С., Орлов А. О. (2017а) Поиски сегнетоэлектрических льдов в пористых средах в земных условиях // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 6. С. 45–54.
  2. Бордонский Г. С., Орлов А. О. (2017б) Признаки возникновения льда «0» в увлажнённых нанопористых средах при электромагнитных измерениях // Письма в Журн. экспериментальной и теоретической физики. 2017. Т. 105. № 8. С. 483–488.
  3. Бордонский Г. С., Орлов А. О., Хапин Ю. Б. Коэффициент затухания и диэлектрическая проницаемость переохлаждённой объёмной воды в интервале температур 0…–90°С на частотах 11…140 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 3. С. 255–270.
  4. Вода и водные растворы при температурах ниже 0°С / ред. Ф. Франкс. Киев: Наукова думка, 1985. 387 с.
  5. Калинкевич А. А., Крылова М. С., Арманд Н. А., Каковкина А. Ю., Слюсарев В. И., Манаков В. Ю., Плющев В. А., Lightart L. P. Исследование взаимосвязи отражательных свойств сосновых лесов и водного режима элементов деревьев // Российская научная конф. «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой». Улан-Удэ, 6–10 сент. 2010. М.: ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, 2010. С. 1–14.
  6. Колосовская Е. А., Лоскутов С. Р., Чудинов Б. С. Физические основы взаимодействия древесины с водой. Новосибирск: Наука. Сибирское отд-ние, 1986. 216 с.
  7. Кочеткова Т. Д., Сусляев В. И., Волчков С. И. Диэлектрическая проницаемость хвойных пород древесины в диапазоне частот 3–12 ГГц // Вестник Сибирского гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева. 2013. № 5 (51). С. 101–104.
  8. Правдин Л. Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М.: Наука, 1964. 192 с.
  9. Gurulev A. A., Zheleznyak I. I., Tsyrenzhapov S. V. Microwave absorption ambiguity of pine needles at negative temperatures // Proc. SPIE: 23rd Intern. Symp. Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. Irkutsk; Russian Federation. 2017. V. 10466. P. 104660I–1/4.
  10. Korobeynikov S. M., Drozhzhin A. P., Furin G. G., Charalambakos V. P., Agoris D. P. Surface conductivity in liquid-solid interface due to image force // Proc. 2002 IEEE 14th Intern. Conf. Dielectric Liquids. 2002. P. 270–273.
  11. Korobeynikov S. M., Melekhov A. V., Soloveitchik Yu. G., Royak M. E., Agoris D. P., Pyrgioti E. Surface conductivity at the interface between ceramics and transformer oil // J. Physics D: Applied Physics. 2005. V. 38. No. 6. P. 915–921.
  12. Limmer D. T., Chandler D. Phase diagram of supercooled water confined to hydrophilic nanopores // J. Chemical Physics. 2012. V. 137. P. 044509–1/11.
  13. Mätzler C., Wegmuller U. Dielectric properties of freshwater ice at microwave frequencies // J. Physics D: Applied Physics. 1987. V. 20. No. 12. P. 1623–1630.
  14. Quigley D., Alfè D., Slater B. Communication: On the stability of ice 0, ice i, and Ih // J. Chemical Physics. 2014. V. 141. No. 16. P. 161102–1/5.
  15. Russo J., Romano F., Tanaka H. New metastable form of ice and its role in the homogeneous crystallization of water // Nature Materials. 2014. V. 13. No. 7. P. 733–739.
  16. Schreiber A., Kotelsen I., Findenegg G. H. Melting and freezing of water in ordered mesoporous silica materials // Physical Chemistry Chemical Physics. 2001. V. 3. P. 1185–1195.
  17. Sharkov E. A. Passive Microwave Remote Sensing of the Earth: Physical Foundations. Berlin, N. Y., L., P., Tokyo: Springer/PRAXIS, 2003. 613 p.
  18. Slater B., Quigley D. Crystal nucleation: Zeroing in on ice // Nature Materials. 2014. V. 13. No. 7. P. 670–671.