Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 1. С. 259-267
Оценка влияния «просветления» льда вблизи 0 °C на радиояркостную температуру снежных и ледяных покровов в длинноволновой части сантиметрового диапазона
В.А. Казанцев
1 , Г.С. Бордонский
1 1 Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия
Одобрена к печати: 09.01.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-1-259-267
На основе лабораторных измерений диэлектрической проницаемости льда и снега в резонаторе на частотах 3,4 и 5,5 ГГц вблизи 0 °C выполнены расчёты радиояркостной температуры снежного и ледяного покрова. Полученные результаты показали, что в интервале температуры –0,3…–0,1 °C имеет место уменьшение мнимой части относительной комплексной диэлектрической проницаемости льда и снега. Это приводит к эффекту «просветления» льда (уменьшению его электромагнитных потерь) и понижению радиояркостной температуры таких образований, как снежные и ледяные покровы. Максимальное значение уменьшения мнимой части относительной диэлектрической проницаемости возникало в случае, когда вектор напряжённости электрического поля был направлен параллельно базисным плоскостям кристаллов льда. В лабораторных измерениях в резонаторе было установлено пятикратное его уменьшение при температуре около –0,2 °C. Из расчётов следует, что при изотермических условиях, когда эффект просветления происходит по всей толщине ледяного покрова, это может приводить на исследуемых частотах к уменьшению радиояркостной температуры данного объекта на ~30 К при толщине льда 1,5 м. Просветление снега оказалось меньше по сравнению со льдом. В этом случае изменение радиояркостной температуры составляет ~6 К при толщине снега 0,25 и 0,5 м, что связывается с меньшим значением диэлектрических потерь снега и хаотическим пространственным расположением главной оптической оси кристаллов льда. Рассмотрены возможные экспериментальные доказательства проявления эффекта при дистанционном зондировании и его физические причины.
Ключевые слова: микроволновый диапазон, диэлектрическая проницаемость, ледяной покров, снег, просветление, микроволновая радиометрия
Полный текстСписок литературы:
- Богородский В. В., Гаврило В. П. Лёд: Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 384 с.
- Бордонский Г. С. Возможный механизм просветления льда в микроволновом диапазоне вблизи 0 °C // Письма в Журн. техн. физики. 2024. Т. 50. № 9. С. 35–38. DOI: 10.61011/PJTF.2024.09.57567.19587.
- Бордонский Г. С., Крылов С. Д., Поляков С. В., Рябова Л. Д. О вариациях инфракрасного излучения снежно-ледяного покрова // Исслед. Земли из космоса. 1988. № 6. С. 83–87.
- Бордонский Г. С., Гурулев А. А., Крылов С. Д. «Просветление» льда в микроволновом диапазоне при текучести // Письма в Журн. техн. физики. 2009. Т. 35. № 22. С. 46–54.
- Бордонский Г. С., Гурулев А. А., Крылов С. Д. Электромагнитные потери пресного льда в микроволновом диапазоне при 0 °С // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59. № 6. С. 587–592. DOI: 10.7868/S0033849414060060.
- Бордонский Г. С., Гурулев А. А., Казанцев В. А., Середин Д. В. Экспериментальное обнаружение просветления пресного льда в оптическом диапазоне вблизи 0 °C // Оптика и спектроскопия. 2023. Т. 131. № 10. С. 1374–1379. DOI: 10.61011/OS.2023.10.56889.5302-23.
- Брандт А. А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М: Физматгиз, 1963. 403 с.
- Бычкова И. А., Платонова Е. В., Смирнов В. Г. Особенности совместного использования спутниковых данных видимого диапазона и радиолокационных данных для мониторинга арктических айсбергов на примере района Земли Франца-Иосифа // Проблемы Арктики и Антарктики. 2023. Т. 69. № 2. С. 191–205. DOI: 10.30758/0555-2648-2023-69-2-191-205.
- Глушнев В. Г., Слуцкер Б. Д., Финкельштейн М. И. Об изменении затухания радиоволн восьмимиллиметрового диапазона в морском и пресноводном льдах и снеге // Изв. вузов. Радиофизика. 1976. Т. 19. № 9. С. 1305–1307.
- Гурулев А. А. Радиотепловое излучение ледяных покровов пресных и слабосоленых водоемов: дис. … канд. физ.-мат. наук. М., 2005. 125 с.
- Клепиков И. Н., Шарков Е. А. Теоретические исследования собственного излучения резконеоднородных неизотермических сред // Исслед. Земли из космоса. 1992. № 6. С. 3–15.
- Климов В. В. Наноплазмоника. М.: Физматлит, 2009. 480 с.
- Тихонов В. В., Раев М. Д., Хвостов И. В. и др. Анализ сезонной зависимости яркостной температуры ледового щита Антарктиды по микроволновым спутниковым данным // Исслед. Земли из космоса. 2019. № 1. С. 14–28. DOI: 10.31857/S0205-96142019114-28.
- Шарков Е. А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.
- Burniston D. A., Strachan W. J. M., Hoff J. T., Wania F. Changes in surface area and concentrations of semivolatile organic contaminants in aging snow // Environmental Science and Technology. 2007. V. 41. No. 14. P. 4932–4937. DOI: 10.1021/es0706450.
- Kunz L., David G. L. Melt detection in Antarctic ice shelves using scatterometers and microwave radiometers // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2006. V. 44. No. 9. P. 2461–2469. DOI: 10.1109/tgrs.2006.874138.
- Li G., Chen X., Lin H. et al. Glacier melt detection at different sites of Greenland ice sheet using dual-polarized Sentinel-1 images // Geo-spatial Information Science. 2024. V. 27. No. 3. P. 728–743. DOI: 10.1080/10095020.2023.2252034.
- Tikhonov V. V., Romanov A. N., Khvostov I. V. et al. Analysis of the hydrological regime of the Gulf of Ob in the freezing period using SMOS data // Russian Arctic. 2022. V. 2. No. 17. P. 44–71. DOI: 10.24412/2658-4255-2022-2-44-71.