Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2016, № 9 · RADIO WAVE PROPAGATION

Экспериментальные спектры ослабления, рассеяния и поглощения миллиметровых волн в сухом свежевыпавшем снеге

V.A. Golunov1, A.V. Kuzmin2, D.P. Skulachev2, G.I. Khokhlov1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Институт космических исследований РАН, Russia
Full text UDC 535.36, 621.396.11 EDN XAAFUV

Abstract

The reflectivity, transmissivity and coherent intensity transmittance depending on the thickness of the layer of dry fresh snow with different structures are measured at frequencies 37.5, 60 and 94GHz. Experimental data are approximated using FIRE model. The experimental frequency dependence of the extinction coefficient and the model variables such as the absorption and scattering coefficients and attenuation of incoherent radiation are analyzed. It was found that clusters of particles can strongly influence upon the scattering and attenuation of millimeter waves into dry fresh snow. Due to the clusters scattering the frequency dependence of attenuation and scattering coefficients are significantly different from the theoretical ones determined by the theory of strong fluctuations.

  • scattering
  • millimeter waves
  • frequency dependence
  • clusters
Аннотация (на русском)

Экспериментальные спектры ослабления, рассеяния и поглощения миллиметровых волн в сухом свежевыпавшем снеге

На частотах 37,5, 60 и 94ГГц выполнены измерения полных коэффициентов отражения, пропускания и коэффициента пропускания когерентной интенсивности в зависимости от толщины слоя сухого свежевыпавшего снега с различными структурами. Экспериментальные характеристики аппроксимированы с использованием модели FIRE. Проанализированы экспериментальные частотные зависимости коэффициента экстинкции и модельных величин: коэффициентов поглощения, рассеяния и ослабления некогерентного излучения. Установлено, что сильное влияние на рассеяние и ослабление миллиметровых волн в сухом свежевыпавшем снеге могут оказывать кластеры частиц, вследствие чего частотные зависимости коэффициентов ослабления и рассеяния значительно отличаются от теоретических, рассчитанных в приближении теории сильных флуктуаций.

For citation

Golunov V.A., Kuzmin A.V., Skulachev D.P., Khokhlov G.I. Экспериментальные спектры ослабления, рассеяния и поглощения миллиметровых волн в сухом свежевыпавшем снеге // Journal of Radio Electronics. – 2016. – No. 9.

References

  1. Долов М. А., Халкевич В.А. Физика снега и динамика снежных лавин. -Труды ВГИ. 1972. Вып. 23. С. 3-327.
  2. Барабаненков Ю.Н. Многократное рассеяние волн на ансамбле частиц и теория переноса излучения // Успехи физ. наук. 1975. Т.117. Вып.1. С. 49-78.
  3. Рыжов Ю.А., Тамойкин В.В., Татарский В.И. О пространственной дисперсии неоднородных сред // Изв. ВУЗов - Радиофизика. 1965. Т.48. Вып. 2. С. 656-665.
  4. Tsang L., Kong J. A. Scattering of electromagnetic waves from random media with strong permittivity fluctuations // Radio Sci. 1981. Vol.16. No. 3. pp. 303-320.
  5. 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.
  6. Голунов В.А. Тепловое излучение сухого однородного снежного покрова в диапазоне ММВ. // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 2002. № 6. С. 35-44.
  7. 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.
  8. Kubelka P. New contributions to the optics of intensely light-scattering materials. Part I. // J. Opt. Soc. Am. 1948. Vol. 38, No.5, pp. 448-457.
  9. Голунов В.А., Коротков В.А., Соколов А.В. Отражение и пропускание миллиметровых волн слоем случайной дискретной среды // Электромагнитные волны и электронные системы. 1997. Т. 2. № 1. С. 39 - 46.
  10. Wiesman A., Mätzler C. Microwave emission model of layered snowpacks // Remote Sensing of Environment. 1999, Vol. 70, pp. 307-316.
  11. Pulliainen J.T., Grandell J., Hallikainen M.T. HUT snow emission model and its applicability to snow water equivalent retrieval. // IEEE Trans. on Geosci. Remote Sensing. 1999, Vol. GE-37, No. 3, pp.1378-1390.
  12. Голунов В.А. Результаты исследования применимости двухпотоковой теории Кубелки-Мунка к описанию переноса излучения в рассеивающем (снегоподобном) слое при коллимированном освещении (приеме) // Тез. XII Всерос. открытой конф. "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". М., ИКИ РАН, 2014. С.242.
  13. 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.
  14. Ван де Хюлст. Рассеяние света малыми частицами. М.: Иностранная литература. 1961.
  15. Teschl F., Randeu W. L., Teschl R. Microwave scattering from ice crystals: how much parameters can differ from equal volume spheres // Adv. Geosci., 2010, Vol. 25, pp.127-133.
  16. Stogryn A. Correlation functions for random granular media in strong fluctuation theory // IEEE Trans. 1984, Vol. GE-22, No 2, pp.150-154.
  17. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч.2 - Случайные поля. М.: Наука. 1978.