ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2018, № 6 · РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Особенности рассеяния микроволнового излучения в сухом пушистом снеге

В.А. Голунов1, С.В. Маречек1, Г.И. Хохлов1

1 ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.6.2 УДК 535.36, 621.396.11 EDN YJVOGN

Аннотация

На частотах 22,2; 37,5: 60 и 94ГГц измерены зависимости полных коэффициентов отражения и пропускания слоя сухого пушистого и мелкозернистого снега от толщины слоя. Экспериментальные зависимости полных коэффициентов отражения и пропускания от толщины слоя аппроксимированы соотношениями двухпотоковой теории Кубелки-Мунка. Выполнен анализ частотной зависимости коэффициента обратного рассеяния диффузной интенсивности. Установлено, что сильное влияние на интенсивность обратного рассеяния могут оказывать кластеры частиц льда, составляющих снежинки. Влияние кластеров проявляется через аномальные частотные зависимости полного коэффициента отражения полубесконечного слоя снега и коэффициента обратного рассеяния.

  • обратное рассеяние
  • backscattering
  • сухой снежный покров
  • тепловое излучение
  • микроволны
  • частотная зависимость
  • кластеры
Abstract (in English)

At frequencies of 22.2; 37.5: 60 and 94 GHz, the dependences of reflectivity and transmissivity of the fluffy and fine-grained snow layer on the layer thickness were measured. The experimental dependences of the reflectivity and transmissivity on the layer thickness were approximated by the relations of the two-flux Kubelka-Munch theory. The frequency dependence of the backscattering coefficient is analyzed. It has been established that clusters of ice particles that make up snowflakes can strongly influence on the intensity of backscattering. The effect of clusters is showed through the anomalous frequency dependences of the total reflection coefficient of a semi-infinite snow layer and the backscattering coefficient.

Для цитирования

Голунов В.А., Маречек С.В., Хохлов Г.И. Особенности рассеяния микроволнового излучения в сухом пушистом снеге // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.6.2

Литература

  1. Foster, J. L., D. K. Hall, A. T. C. Chang, and A. Rango. An overview of passive microwave snow research and results. // Rev. Geophys. 1984. Vol. 22. Issue 2. P. 195-208. doi.org/10.1029/RG022i002p00195
  2. Hallikainen, M. Retrieval of snow water equivalent from Nimbus-7 SMMR data: Effect of land-cover categories and weather conditions // IEEE J. of Oceanic Engineering. 1984. Vol. OE-9. No. 5. P. 372-376.
  3. Chang, A. T. C., J. L. Foster, and D. K. Hall. Nimbus-07 SMMR derived global snow cover parameters // Ann. Glaciol. 1987. Vol.9. P. 39-44.
  4. Kelly, R. E. J. and Chang, A. T. C. Development of a passive microwave global snow depth retrieval algorithm for Special Sensor Microwave Imager (SSM/I) and Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS (AMSR-E) data // Radio Sci. 2003. Vol. 38. No.4. P.8076. DOI: http://dx.doi.org/10.1029/2002RS002648
  5. Tedesco, M., Pulliainen, J. T., Pampaloni, P. and Hallikainen, M. T. () Artificial neural network based techniques for the retrieval of SWE and snow depth from SSM/I data // Remote Sens. of Environment. 2004. Vol. 90. P. 76-85.
  6. Roy, V., Goïta K., Royer A., Walker A. E., Goodison B. E., Snow water equivalent retrieval in a Canadian boreal environment from microwave measurements using the TKK snow emission model. // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. // 2004. Vol. 42. No. 9. P. 1850-1859.
  7. Kontu, A., Pulliainen J. Simulation of space borne microwave radiometer measurements of snow cover using in situ data and brightness temperature modeling // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2010. Vol. 48. No.3. P. 1031-1044.
  8. Clifford D. Global estimates of snow water equivalent from passive microwave instruments: history, challenges and future developments. // Intern. J. Remote Sens. 2010. Vol. 31. No.14. P. 3707-3726.
  9. Tedesco M, Reichle R, Low A, Markus T, Foster JL. Dynamic approaches for snow depth retrieval from space-borne microwave brightness temperature. // IEEE Trans. on Geosci. and Remote Sens. 2010. Vol. 48. No/4. P. 1955-1967.
  10. Tedesco M., Jeyaratnam J. A New Operational Snow Retrieval Algorithm Applied to Historical AMSR-E Brightness Temperatures // Remote Sens. 2016, 8, 1037. DOI: 10.3390/rs8121037
  11. Hallikainen M. T., Ulaby F. T. and Deventer T. E. V. Extinction behavior of dry snow in the 18-to-90 GHz range. // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1987. Vol.GE-25. No.6. P.737-745.
  12. Wiesmann A., Mätzler C. Weise T. Radiometric and structural measurements of snow samples // Radio Sci. 1998. V.33. P.273-279.
  13. Mätzler C. and A. Wiesmann. Extension of the Microwave Emission Model of Layered Snowpacks to Coarse-Grained Snow // Remote Sens. of Environment. 1999. Vol. 70. No. 3. P.317-325.
  14. C. Matzler. Relation between grain-size and correlation length of snow // J. Glaciol. 2002. Vol. 48. No. 162. P. 461-466.
  15. Pulliainen J.T., Grandell J., Hallikainen M.T. HUT snow emission model and its applicability to snow water equivalent retrieval. // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1999. Vol. GE-37. No. 3. P.1378-1390.
  16. 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.
  17. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч.2. Случайные поля. М.: Наука, 1978.
  18. Kubelka P., Munk F. Ein beitrag zur optic der farbansstriche //Z. Tech. Phys. 1931. V. 11a. Pp. 593-601.
  19. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Т.1. М. Мир. 1981. 280с.
  20. Голунов В.А., Кузьмин А.В., Скулачев Д.П., Хохлов Г.И. Экспериментальные спектры ослабления, рассеяния и поглощения миллиметровых волн в сухом свежевыпавшем снеге. Журнал радиоэлектроники. ISSN 1684-1719. 2016, №9. Электронный ресурс. http://jre.cplire.ru/jre/sep16/4/text.pdf.
  21. В. А. Голунов, Г. И. Хохлов. Показатель степени частотной зависимости интенсивности обратного рассеяния микроволнового излучения в сухом снеге и искусственных снегоподобных средах. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №9. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/sep17/6/text.pdf
  22. Golunov V. A., Barabanenkov Yu.N. Radiometric methods of measurement of the total reflectivity, the total transmissivity and the coherent transmissivity of a weakly absorbing random discrete medium layer in the millimeter wavelengths range // Proc. Progress in Electromagnetics Research Symp. Moscow, Russia, August 19-23. 2012. Р.1415-1418.
  23. Chen, C.-T., L. Tsang, J. Guo, A. T. C. Chang, and K.-H. Ding, Frequency dependence of scattering and extinction of dense media based on three-dimensional simulations of Maxwell's equations with applications to snow // IEEE Trans.Geosci. Remote Sens. 2003. Vol.41. P. 1844-1852.
  24. Tedesco M., Kim E. J. Intercomparison of electromagnetic models for passive microwave remote sensing of snow // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2006. Vol. GE-44. No.10. P. 2654-2664.
  25. Kontu, A., Pulliainen J. Simulation of spaceborne microwave radiometer measurements of snow cover using in situ data and brightness temperature modeling // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2010. V.48. №3. P.1031-1044.
  26. Rutter, N., Sandells M., Derksen C., et. al. Snow stratigraphic heterogeneity within ground-based passive microwave radiometer footprints: Implications for emission modeling // J. Geophys. Res. Earth Surf. 2014. V.119. No.3. P.1-16. DOI: 10.1002/2013JF003017.
  27. Голунов В.А. Тепловое излучение сухого однородного снежного покрова в диапазоне ММВ // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 2002. № 6. С. 35 - 44.