Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 5. С. 293-305
Характеристики микроволнового теплового излучения плотного сухого снега
1 Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Московская обл., Россия
Одобрена к печати: 01.08.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-5-293-305
Выполнено экспериментальное исследование характеристик излучения свежевыпавшего и зернистого снега при их объёмной плотности свыше 0,4 на частотах 22,2; 37,5; 60 и 94 ГГц. Описано устройство измерительного радиометрического комплекса и методика измерений. В соответствии с теорией Ми рассчитаны коэффициенты поглощения, обратного рассеяния и ослабления единичного объёма смеси сферических частиц льда и воздуха с учётом возрастания эффективного показателя преломления смеси и линейного уменьшения эффективного размера рассеивателей при увеличении объёмной плотности среды. Показано, что теория Ми применима для расчёта перечисленных выше характеристик единичного объёма свежевыпавшего снега на интервале значений объёмной плотности 0,4–0,6 в диапазоне температуры снега 253–271 К. Зернистый снег с размерами частиц 1–2 мм на интервале объёмной плотности 0,4–0,6 сохраняет свойство сильного объёмного рассеяния, незначительно ослабленного в сравнении с менее плотным снегом. При этом теория Ми применима для расчёта коэффициента ослабления микроволнового теплового излучения зернистого снега при известных значениях объёмной плотности снега и характерных размеров частиц льда. Подтверждено, что при уплотнении снега уменьшается эффективный размер рассеивателей.
Ключевые слова: снег, микроволны, тепловое излучение, объёмная плотность, теория Ми
Полный текстСписок литературы:
- Боярский Д. А., Дмитриев В. В., Тихонов В. В. Прогнозирование лавинной опасности методами микроволновой радиометрии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 269–278. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-5-269-278.
- Голунов В. А. Когерентное ослабление электромагнитных волн в слабо поглощающих плотных случайных дискретных (снегоподобных) средах // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 1. С. 31–37. DOI: 10.7868/S0033849415010052.
- Голунов В. А. Лабораторная методика экспериментального исследования закономерностей микроволнового теплового излучения сухого снежного покрова // Журн. радиоэлектроники. 2018. № 10. 13 с. DOI: 10.30898/1684-1719.2018.10.15.
- Голунов В. А. Рассеяние теплового микроволнового излучения на неоднородностях плотности свежевыпавшего и мелкозернистого снега // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 10. С. 953–961. DOI: 10.1134/S0033849419090092.
- Голунов В. А. Экспериментальное исследование диэлектрических свойств сухого снега с крупными частицами на частоте 37,5 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 5. С. 19–27. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-19-27.
- Голунов В. А., Коротков В. А., Сухонин Е. В. Эффекты рассеяния при излучении миллиметровых волн атмосферой и снежным покровом // Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. Т. 41. М.: ВИНИТИ, 1990. С. 68–136.
- Голунов В. А., Маречек С. В., Хохлов Г. И. Особенности рассеяния микроволнового излучения в сухом пушистом снеге // Журн. радиоэлектроники. 2018. № 6. 16 с. DOI: 10.30898/1684-1719.2018.6.2.
- Кузьмин П. П. Формирование снежного покрова и методы определения снегозапасов. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. 171 с.
- Тихонов В. В., Соколова Ю. В., Боярский Д. А., Комарова Н. Ю. О возможности восстановления снегозапаса снежного покрова по данным спутниковой микроволновой радиометрии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 5. С. 47–64. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-47-64.
- Barnett T. P., Adam J. C., Lettenmaier D. P. Potential impacts of a warming climate on water availability in snow-dominated regions // Nature. 2005. V. 438. P. 303–309. DOI: 10.1038/nature04141.
- Cohen J., Rind D. The effect of snow cover on the climate // J. Climate. 1991. V. 4. Iss. 7. P. 689–706. DOI: 10.1175/1520-0442(1991)004<0689:TEOSCO>2.0.CO;2.
- Cumming W. A. The dielectric properties of ice and snow at 3.2 centimeters // J. Applied Physics. 1952. V. 23. P. 768–773. DOI: 10.1063/1.1702299.
- Evans S. Dielectric properties of ice and snow — a review // J. Glaciology. 1965. No. 5. P. 773–792. DOI: 10.3189/S0022143000018840.
- Hallikainen M. T., Ulaby F. T., Van Deventer T. E. Extinction behavior of dry snow in the 18- to 90-GHz range // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1987. V. GE-25. No. 6. P. 737–745. DOI: 10.1109/TGRS.1987.289743.
- Hall D. K., Kelly R. E. J., Riggs G. A. et al. Assessment of the relative accuracy of hemispheric-scale snow-cover maps // Annals of Glaciology. 2002. V. 34. P. 24–30. DOI: 10.3189/172756402781817770.
- Jiang J. H., Wu D. L. Ice and water permittivities for millimeter and sub-millimeter remote sensing applications // Atmospheric Science Letters. 2004. V. 5. Iss. 7. P. 146–151. DOI: 10.1002/asl.77.
- Matzler C. Microwave permittivity of dry snow // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1996. V. 34. No. 2. P. 573–581. DOI: 10.1109/36.485133.
- Matzler C., Wegmuller U. Dielectric properties of freshwater ice at microwave frequencies // J. Physics D: Applied Physics. 1987. V. 20. P. 1623–1630. DOI: 10.1088/0022-3727/20/12/013.
- Nolin A. W. Recent advances in remote sensing of seasonal snow // J. Glaciology. 2010. V. 56. No. 200. P. 1141–1150. DOI: 10.3189/002214311796406077.
- Stogryn A. Correlation functions for random granular media in strong fluctuation theory // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1984. V. GE-22. No. 2. P. 150–154. DOI: 10.1109/TGRS.1984.350607.
- Tsang L., Kong J. A., Shin R. Theory of microwave remote sensing. N. Y.: Wiley-Interscience, 1985. 632 p.
- Wiesmann A., Mätzler C. Microwave emission model of layered snowpacks // Remote Sensing of Environment. 1999. V. 70. P. 307–316. DOI: 10.1016/S0034-4257(99)00046-2.
- Wiesmann A., Mätzler C., Weise T. Radiometric and structural measurements of snow samples // Radio Science. 1998. V. 33. P. 273–289. DOI: 10.1029/97RS02746.