ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2023. №12
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.9
УДК: 537.876.23
особенности радиометричеСкого зондирования
влажности тундровых почв в p-диапазоне частот
К.В. Музалевский
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН,
660036, Красноярск, ул. Академгородок, д. 50, стр. 38
Статья поступила в редакцию 24 ноября 2023 г.
Аннотация. В данной работе в P-диапазоне частот (409 МГц) теоретически исследуются особенности микроволнового излучения тундровых почв в процессе протаявания деятельного слоя. В вертикальном сечении, почвы деятельного слоя характеризовались профилями объемной влажности, весового содержания органического вещества, временными рядами физической температуры. Радиояркостная температура деятельного слоя тундровых почв рассчитывалась на основе феноменологической модели радиотеплового излучения слоисто-неоднородного неизотермического полупространства. При моделировании радиояркостной температуры использовалась диэлектрическая модель, позволяющая рассчитать действительную и мнимую части относительной комплексной диэлектрической проницаемости тундровых почв с высоким содержанием органического вещества 35%-80%, в диапазоне температур от −30 °С до +25 °С. Показано, что по мере протаявания деятельного слоя тундровых почв наблюдается явление интерференции излучательной способности, амплитуда которой определяется видом вертикального профиля содержания органического вещества. Для рассмотренных видов профилей влажности и содержания органического вещества, интерференцией излучательной способности можно пренебречь при протаявании деятельного слоя на глубину более 18.5 см. В случае, если объемная влажность протаявающей части деятельного слоя почв меньше (или близка к) максимальному содержанию связанной воды, то явление интерференции излучательной способности не наблюдается. Выполненные оценки показали, что средняя глубина зондирования влажности для рассмотренных тундровых почв не превышает 4.5см.
Ключевые слова: микроволновая радиометрия, деятельный слой, тундровые почвы, влажность почв.
Финансирование: Работа выполнена в рамках научной тематики Госзадания ИФ СО РАН.
Автор для переписки: Музалевский Константин Викторович rsdkm@ksc.krasn.ru
Литература
1. Escorihuela M., Chanzy A., Wigneron J., Kerr Y. Effective soil sampling depth of the L-band radiometry: A case study // Remote Sens. Environ. – 2010. – V. 114. – №. 5. – P. 995–1001.
2. Schmugge T. Effect of soil texture on the microwave emission from soils. NASA, Goddard space flight center, Greenbelt, Maryland, TM-80632. – 1980. – 32 p.
3. Entekhabi D., Yueh S., O’Neill P., Kellogg K. SMAP Handbook. Jet Propulsion Lab., Pasadena, CA, USA. – 2014.
4. Shen X., et al. Soil Moisture Retrieval Depth of P- and L-Band Radiometry: Predictions and Observations // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2021. – V. 59. – №. 8. – P. 6814-6822.
5. Ye N. et al. Towards P-band passive microwave sensing of soil moisture // IEEE Geosci. Remote Sens. Lett. – 2021. – V. 18. – №. 3. – P. 504–508.
6. Ye N., Wu X., Walker J. P., Boopathi N., et al. Airborne P-band passive microwave soil moisture remote sensing: preliminary results // URSI Asia-Pacific Radio Science Conference, 1 Mar 2019, 8738311.
7. Brakhasi F., Walker J.P., Ye N., et al. Towards soil moisture profile estimation in the root zone using L- and P-band radiometer observations: A coherent modelling approach // Science of Remote Sensing. – 2023. – V. 7. – №. 100079.
8. Shen X., Walker J.P., Ye N., et al. Impact of random and periodic surface roughness on P- and L-band radiometry // Remote Sensing of Environment. – 2022. – V. 269. – №. 112825.
9. Shen X., Walker J.P., Ye N. et al. Evaluation of the tau-omega model over bare and wheat-covered flat and periodic soil surfaces at P- and L-band // Remote Sensing of Environment. – 2022. – V. 273. – №. 112960.
10. Muzalevskiy K. Retrieving soil moisture profiles based on multifrequency polarimetric radar backscattering observations. Theoretical case study // International Journal of Remote Sensing. – 2021. – V. 42. – №. 2. – P. 506-519.
11. Muzalevskiy К. A new method for remote sensing of moisture profiles in the arable layer at three frequencies; experimental case study // International Journal of Remote Sensing. –2021. – V. 42. – №. 7. – P. 2377-2390.
12. Du J., Kimball J. S., Moghaddam M. Theoretical Modeling and Analysis of L- and P-band Radar Backscatter Sensitivity to Soil Active Layer Dielectric Variations // Remote Sensing. – 2015. – V. 7. – №. 7. – P. 9450-9472.
13. Miller C., et al. The ABoVE L-band and P-band Airborne SAR Surveys // Earth Syst. Sci. Data Discuss. 2023. [preprint], https://doi.org/10.5194/essd-2021-172 .
14. Chen R. H. et al. Joint Retrieval of Soil Moisture and Permafrost Active Layer Thickness Using L-Band Insar and P-Band Polsar // IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Waikoloa, HI, USA. – 2020. – P. 4606-4609.
15. Chen R. H., Bakian-Dogaheh K., Tabatabaeenejad A., Moghaddam M. Modeling and Retrieving Soil Moisture and Organic Matter Profiles in the Active Layer of Permafrost Soils From P-Band Radar Observations // IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Yokohama, Japan. – 2019. – P. 10095-10098.
16. Tabatabaeenejad A., Burgin M., Duan X., Moghaddam M. P-Band Radar Retrieval of Subsurface Soil Moisture Profile as a Second-Order Polynomial: First AirMOSS Results // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2015. – V. 53. – №. 2. – P. 645-658.
17. Chen R.H., et al. Permafrost Dynamics Observatory (PDO): 2. Joint retrieval of permafrost active layer thickness and soil moisture from L-band InSAR and P-band PolSAR // Earth and Space Science. – 2023. – V. 10. №. e2022EA002453.
18. Bakian-Dogaheh K., Chen R.H., Moghaddam M., Yi Y., Tabatabaeenejad A. ABoVE: Active Layer Soil Characterization of Permafrost Sites, Northern Alaska, 2018. ORNL DAAC, Oak Ridge, Tennessee, USA.–2020. https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1759
19. Chen R. H., Michaelides R. J., Chen J., et al. ABoVE: Active layer thickness from airborne L- and P-band SAR, Alaska, 2017, version 3 [Dataset]. ORNL Distributed Active Archive Center. – 2022. https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/2004
20. Barreda J.E., Knudson J.A., Walker D.A., Raynolds M.K., Kade A., Munger C. Biocomplexity of patterned ground data report, Dalton Highway, 2001-2005. Alaska Geobotany Center) AGC Data Report. University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, AK. – 2006. – 252 p. http://www.geobotany.org/library/reports/BarredaJE2006_daltonhwy_20060301.pdf.
21. Savin I.V., Muzalevskiy K.V., Mironov V.L. A dielectric model of thawed and frozen Arctic organic soils at 435 MHz // Remote Sensing Letters.– 2022.–Vol. 13.– No. 5.–P. 452-459.
22. https://permafrost.gi.alaska.edu/site/fbd
23. Шульгина Е. М. Радиоизлучение вертикально неоднородных сред // Тр. Гос. геофиз. обсерватории. –1975. –Вып. 331.– С. 64–72.
24. Brekhovskikh L. M. Waves in layered media.– Academic Press, 1976.– 520 p.
25. Gill P.E., Murray W. Algorithms for Nonlinear Least-Squares Problem // SIAM Journal on Numerical Analysis. – 1978. – V. 15. – №. 5. – P. 977-992.
Для цитирования:
Музалевский К.В. Особенности радиометрического зондирования влажности тундровых почв в P-диапазоне частот. // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.9