ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2023. №11
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.26
УДК: 535.36, 621.396.11
ВЛИЯНИЕ КЛАСТЕРОВ НА РАССЕЯНИЕ
МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ в СУХОм СНЕге
В.А. Голунов
ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал
141190, Фрязино, пл. Введенского, 1
Статья поступила в редакцию 12 ноября 2023 г.
Аннотация. В данной работе выполнено исследование частотной зависимости коэффициента рассеяния микроволнового теплового излучения в свежевыпавшем, мелкозернистом и крупнозернистом сухом снеге. На частотах 22.2, 37.5, 60 и 94 ГГц в лабораторных условиях выполнены измерения полных коэффициентов отражения и пропускания от толщины слоя снега. Коэффициенты поглощения и рассеяния снега восстанавливались посредством аппроксимации экспериментальных данных базовыми функциями двухпотоковой теории Кубелки-Мунка. Экспериментальные результаты показали, что показатель частотной зависимости коэффициента рассеяния сильно зависит от интервала рассматриваемых частот. Выполнены расчеты коэффициентов рассеяния снегоподобной среды на основе теории Ми при учете возрастания комплексной диэлектрической проницаемости среды и уменьшения корреляционного размера частиц при ее уплотнении. Сравнение экспериментальных данных для свежевыпавшего и мелкозернистого снега с результатами расчетов на основе теории Ми показало, что на интервале частот 22.2…37.5 ГГц показатель степени частотной зависимости коэффициента рассеяния аномально низкое, а на частоте 94 ГГц излучение рассеивается в соответствии с уравнением Релея. Используя уравнение Релея, установлено, что аномальное рассеяние на частотах 22.2…37.5 ГГц обусловлено кластерами с масштабами, которые могут превышать размеры рассеивателей на частоте 94 ГГц в свежевыпавшем снеге более чем в 3 раза, а в мелкозернистом снеге – более чем в 2 раза. При уплотнении снега влияние кластеров ослабляется.
Ключевые слова: тепловое излучение, сухой снег, микроволны, рассеяние, теория Ми, кластеры.
Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН № 075-01110-23-01.
Автор для переписки: Голунов Валерий Алексеевич, golsnow@mail.ru
Литература
1. Tsang L. et al. Scattering of Electromagnetic Waves, vol. 2. Hoboken. – 2001. 700p.
2. Matzl M., Schneebeli M. Measuring specific surface area of snow by near-infrared photography. J. Glaciology. 2006. V. 52, No. 179. P. 558-564. http://doi.org/10.3189/172756506781828412
3. Gallet, J.-C., Domine, F., Zender, C.S., Picard, G. Measurement of the specific surface area of snow using infrared reflectance in an integrating sphere at 1310 and 1550 nm. Cryosphere. 2009. V. 3 № 2. P.167–182. http://doi.org/10.5194/tc-3-167-2009
4. Голунов В.А., Кузьмин А.В., Скулачев Д.П., Хохлов Г.И. Результаты экспериментального исследования частотной зависимости ослабления, рассеяния и поглощения миллиметровых волн в сухом снежном покрове // Радиотехника и электроника. 2017. Т.62. №9. С. 857-865. https://doi.org/10.7868/S003384941709008X
5. Голунов В. А., Хохлов Г. И. Показатель степени частотной зависимости интенсивности обратного рассеяния микроволнового излучения в сухом снеге и искусственных снегоподобных средах // Журнал радиоэлектроники. – 2017. – №. 9. Дата обращения 07.11.2023. URL: http://jre.cplire.ru/jre/sep17/6/text.pdf
6. Голунов В. А., Маречек С. В., Хохлов Г. И. Особенности рассеяния микроволнового излучения в сухом пушистом снеге // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – №. 6. Дата обращения 07.11.2023. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun18/2/text.pdf
7. Голунов В. А. Лабораторная методика экспериментального исследования закономерностей микроволнового теплового излучения сухого снежного покрова // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – №. 10. Дата обращения 07.11.2023. URL: http://jre.cplire.ru/jre/oct18/15/text.pdf
8. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. – Мир, 1981. – Т. 1. – С. 280.
9. Stogryn A. Correlation functions for random granular media in strong fluctuation theory. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1984. V. GE-22. № 2. P.150-154. DOI: https://doi.org/10.1109/TGRS.1984.350607
10. Prahl S. et al. Mie scattering calculator. – 2007. Дата обращения 07.11.2023. URL: https://omlc.org/calc/mie_calc.html
11. Tsang L., Kong J. A. Scattering of electromagnetic waves from random media with strong permittivity fluctuations //Radio Science. – 1981. – Т. 16. – №. 3. – С. 303-320. https://doi.org/10.1029/RS016i003p00303
12. 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.
13. Ishiniaru A., Kuga Y. Attenuation constant of a coherent field in a dense distribution of particles //JOSA. – 1982. – Т. 72. – №. 10. – С. 1317-1320. https://doi.org/10.1364/JOSA.72.001317
14. 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. https://doi.org/10.7868/S0033849415010052
15. Голунов В. А. . Рассеяние теплового микроволнового излучения на неоднородностях плотности свежевыпавшего и мелкозернистого снега. Радиотехника и электроника //Радиотехника и электроника. – 2019. – Т. 64. – №. 10. – С. 953-961. https://doi.org/10.1134/S0033849419090092
16. Рытов С. М. и др. Введение в статистическую радиофизику. Случайные поля. – 1978.
17. Hallikainen M. T., Ulaby F. T., Van Deventer T. E. Extinction behavior of dry snow in the 18-to 90-GHz range //IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 1987. – №. 6. – P. 737-745. https://doi.org/10.1109/TAP.1986.1143757
18. Pulliainen J. T., Grandell J., Hallikainen M. T. HUT snow emission model and its applicability to snow water equivalent retrieval //IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 1999. – Т. 37. – №. 3. – С. 1378-1390. https://doi.org/10.1109/36.763302
19. Wiesmann A., Mätzler C. Microwave emission model of layered snowpacks //Remote sensing of environment. – 1999. – Т. 70. – №. 3. – С. 307-316. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(99)00046-2
20. Gunn G. E. et al. Evaluation of the HUT modified snow emission model over lake ice using airborne passive microwave measurements //Remote sensing of environment. – 2011. – Т. 115. – №. 1. – С. 233-244. https://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2010.09.001
21. Tsang L. et al. Dense media radiative transfer theory based on quasicrystalline approximation with applications to passive microwave remote sensing of snow //Radio Science. – 2000. – Т. 35. – №. 3. – С. 731-749. https://doi.org/10.1029/1999RS002270
Для цитирования:
Голунов В.А. Влияние кластеров на рассеяние микроволнового излучения в сухом снеге. // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.26