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 текстСписок литературы:
- 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.
- 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.
- 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.
- Вода и водные растворы при температурах ниже 0°С / ред. Ф. Франкс. Киев: Наукова думка, 1985. 387 с.
- 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.
- Колосовская Е. А., Лоскутов С. Р., Чудинов Б. С. Физические основы взаимодействия древесины с водой. Новосибирск: Наука. Сибирское отд-ние, 1986. 216 с.
- 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.
- Правдин Л. Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М.: Наука, 1964. 192 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- Limmer D. T., Chandler D. Phase diagram of supercooled water confined to hydrophilic nanopores // J. Chemical Physics. 2012. V. 137. P. 044509–1/11.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Sharkov E. A. Passive Microwave Remote Sensing of the Earth: Physical Foundations. Berlin, N. Y., L., P., Tokyo: Springer/PRAXIS, 2003. 613 p.
- Slater B., Quigley D. Crystal nucleation: Zeroing in on ice // Nature Materials. 2014. V. 13. No. 7. P. 670–671.