ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №3

УДК: 535.36, 621.396.11

МОДЕЛЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ТАЮЩЕГО СНЕЖНОГО ПОКРОВА
В МИКРОВОЛНОВОМ ДИАПАЗОНЕ

В.А. Голунов

ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал.
141190, Фрязино, пл. Введенского, 1

Статья поступила в редакцию 4 декабря 2024 г.

Аннотация. В данной работе выполнено исследование формирования теплового излучения тающего зернистого снега на частотах 22.2 ГГц, 37.5 и 140 ГГц в условиях солнечной погоды на равнине. Результаты измерения влажности верхнего слоя снежного покрова показали ее линейное по времени нарастание в течение первого часа таяния снега. Предложена и обоснована модель тающего слоя снега в виде поглощающей среды с пренебрежимо слабым объемным рассеянием вследствие объемного увлажнения частиц льда. Возрастание радиояркостной температуры тающего снега обусловлено увеличением вклада собственного излучения тающего слоя и экспоненциальным ослаблением в тающем слое вклада излучения нижележащего сухого снега. Восстановление толщины тающего слоя на основе разработанной модели показало, что предельное значение тающего крупнозернистого снежного покрова, близкое к 273 К, достигается при толщине слоя 1см на частоте 140 ГГц и 5…7 см на частоте 37.5 ГГц.

Ключевые слова: микроволны, тающий снег, радиояркостная температура, моделирование, рассеяние, поглощение, калориметр, толщина тающего слоя.

Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН

Автор для переписки: Голунов Валерий Алексеевич, golsnow@mail.ru

Литература

1. Boyarskii D. A. et al. Inclusion of scattering losses in the models of the effective permittivity of dielectric mixtures and applications to wet snow //Journal of electromagnetic waves and applications. – 1994. – Т. 8. – №. 11. – С. 1395-1410. http://doi.org/10.1163/156939394X00281

2. Boyarskii D. A., Tikhonov V. V. Microwave effective permittivity model of media of dielectric particles and applications to dry and wet snow //Proceedings of IGARSS'94-1994 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. – IEEE, 1994. – Т. 4. – С. 2065-2067. http://doi.org/10.1109/IGARSS.1994.399652

3. Kuznetsov I. V., Fedoseev L. I., Shvetsov A. A. Snow cover radiometry in the near millimeter wavelength range //Radiophysics and quantum electronics. – 1997. – Т. 40. – №. 9. – С. 745-752. https://doi.org/10.1007/BF02676525

4. Boyarskii D. A., Tikhonov V. V. Modeling VHF emissivity of snow cover with account of its stratigraphy //Radiophysics and Quantum Electronics. – 1999. – Т. 42. – №. 9. – С. 742-752. http://doi.org/10.1007/BF02676860

5. Cagnati A. et al. Study of the snow melt–freeze cycle using multi-sensor data and snow modeling //Journal of Glaciology. – 2004. – Т. 50. – №. 170. – С. 419-426. https://doi.org/10.3189/172756504781830006

6. Macelloni G. et al. Monitoring of melting refreezing cycles of snow with microwave radiometers: The Microwave Alpine Snow Melting Experiment (MASMEx 2002-2003) //IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2005. – Т. 43. – №. 11. – С. 2431-2442. http://doi.org/10.1109/TGRS.2005.855070

7. Tedesco M. et al. Brightness temperatures of snow melting/refreezing cycles: Observations and modeling using a multilayer dense medium theory-based model //IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2006. – Т. 44. – №. 12. – С. 3563-3573. http://doi.org/10.1109/TGRS.2006.881759

8. Pan J., Jiang L., Zhang L. Wet snow detection in the south of China by passive microwave remote sensing //2012 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. – Ieee, 2012. – С. 4863-4866. http://doi.org/10.1109/IGARSS.2012.6352523

9. Ulaby F. T., Stiles W. H. Microwave response of snow //Advances in Space Research. – 1981. – Т. 1. – №. 10. – С. 131-149. https://doi.org/10.1029/JC085iC02p01037

10. Colbeck S.C. The geometry and permittivity of snow at high frequencies //Journal of Applied Physics. – 1982. – Т. 53. – №. 6. – С. 4495-4500. http://doi.org/10.1063/1.331186

11. Ulaby F., Moore R., Fung A. Microwave Remote Sensing: Active and Passive, vol. 3, Artech House //Inc., Norwood, Massachusetts. – 1986.

12. Sihvola A.H. Electromagnetic mixing formulas and applications. – Iet, 1999. – №. 47.

13. Голунов В.А. Спектральные особенности теплового излучения тающего снежного покрова // XIV Всес. конф. по распр. р/волн. Тезисы докладов, часть 2. - Ленинград, 1982. - С. 193-195.

14. 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. – 1990. – Т. 41. – С. 68-136.

15. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. – Мир, 1981. – Т. 1. – С. 280.

16. Wiesmann A., Mätzler C. Microwave emission model of layered snowpacks //Remote sensing of environment. – 1999. – Т. 70. – №. 3. – С. 307-316. http://doi.org/10.1016/S0034-4257(99)00046-2

17. Голунов В.А. Спектральная зависимость коэффициента поглощения микроволнового излучения в тающем снеге // Журнал радиоэлектроники. - 2024 (в печати).

18. Самойлов О.Я. Об исследованиях структуры воды //Ж. струк. Химии. – 1963. - №4. - С. 499-501.

19. Кузьмин П.П. Процесс таяния снежного покрова. – Гидрометеоиздат, 1961.

20. Долов М.А., Халкечев В.А. Физика снега и динамика снежных лавин //Л.: Гидрометеоиздат. – 1972.

21. Кузьмин П.П. Формирование снежного покрова и методы определения снегозапасов. – Гидрометеоиздат, 1960.

22. Elachi C., Van Zyl J.J. Introduction to the physics and techniques of remote sensing. – John Wiley & Sons, 2021.

23. Дюнин А.К. В царстве снега. / Отв. ред. П. И. Мельников. — Новосибирск: Наука, Сибирское отделениение, 1983.

Для цитирования:

Голунов В.А. Модель излучения тающего снежного покрова в микроволновом диапазоне. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. –№ 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.3.8