WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

«Ю.В. Горишняя, к.ф.-м.н. А.А. Можаев, Н.Д. Бережная (представил д.т.н., проф. А.И. Стрелков) Проведено численное моделирование ...»

УДК 621.396.967.15

РАДИОЛОКАЦИОНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ

ЗАСОЛЕННЫХ ВЛАЖНЫХ ПОЧВ В ДЕЦИМЕТРОВОМ

ДИАПАЗОНЕ

Ю.В. Горишняя, к.ф.-м.н. А.А. Можаев, Н.Д. Бережная

(представил д.т.н., проф. А.И. Стрелков)

Проведено численное моделирование влияния засоленности влажных

почв на их радиолокационные характеристики в L- (20 см) и Р- (70 см)

диапазонах длин волн для круговой и линейной поляризации. Показано,

что на обнаружение засоленных почв при зондировании в L -диапазоне существенное влияние оказывает вертикальный профиль распределения влаги в почве. Выявлены различия обратного рассеяния от засоленных влажных почв в L- и Р-диапазонах и рассмотрены их возможности для оценки засоленности почв.

Введение. Дистанционное зондирование (ДЗ) Земли с авиакосм ических носителей – эффективный инструмент решения проблемы экологического мониторинга засоленности опустыненных земель [1, 2]. И спользование радиолокационного ДЗ для анализа засоленности обусло влено зависимостью диэлектрических свойств почвы от степени минер ализации почвенного раствора (СМПР). Согласно [2, 3] для целей ДЗ засоления почв наиболее подходит диапазон длин волн 40 60 см, возможности которого для выявления засоленности земель по изменению приповерхностной структуры засоленной почвы и ее водно-воздушного режима исследованы в [4, 5]. При использовании радиолокационного ДЗ в L-диапазоне (20 см) оказывалось возможным идентифицировать солончаки и районы наибольшего засоления [1].



В то же время эксперименты [3] выявили невозможность объяснения результатов ДЗ в предположении об однородном распределении влажности почвы по глубине. Поэтому были изучены схемы радиолок ационного ДЗ земель с неравномерным по глубине распределением влажности для немногих типов распределения влажности [3]. В нашей предыдущей работе [6] рассмотрено влияние засоленности почв на их радиолокационные характеристики в L- и Р-диапазонах длин волн, (соответственно 20 и 70 см), при использовании одной линейной поляризации Ю.В. Горишняя, к.ф.-м.н. А.А. Можаев, Н.Д. Бережная, 2003 ISSN 1681-7710. Системи обробки інформації, випуск 2, 2003 151 (ГГ), для различных (в том числе характерных для засоленных засушливых земель) распределений влажности почвы по глубине. Однако при ДЗ Земли с космических носителей ввиду гиротропии ионосферы пре дпочтительным является использование круговой поляризации. Поэтому цел ью на ст о ящ ей ст а т ьи является анализ возможностей радиолокационного ДЗ засоленных земель с учетом неравномерного распределения влажности по глубине при использовании излучения круговой поляризации в Р-диапа-зоне длин волн.

1. Модель влажных почв в присутствии солей. Диэлектрические свойства почвы (представляющей смесь как минимум четырех диэлектрических веществ – твердых фракций, свободной воды, связанной воды и воздуха) определяются выражением [7]:

–  –  –

где w комплексная диэлектрическая проницаемость воды; параметр определяется по результатам эксперимента; 1 1,09 0,11P 0,18C, где P и C – доли песчаной и глинистой фракций; 0 плотность твердых частиц; p плотность почвы; p – диэлектрическая проницаемость сухой почвы; W(z) – зависимость объемной влажности почвы от глубины.

В расчетах принималось, что доля глинистой фракции C = 0,19; доля песчаной фракции P = 0,17; плотность твердых частиц почвы 0 = 2,66 г/см3; плотность почвы p = 1,25 г/см 3, = 0,65 [7].





Действительная часть диэлектрической проницаемости сухой почвы вычислялась по эмпирической формуле [7]:

(1,01 0, 440 )2 0,062. (2) p Мнимая часть диэлектрической проницаемости сухой почвы p принималась равной 0,1, что позволяет достичь удовлетворительного соответствия при использовании формулы (1) с данными о натуp ральных почв засушливых регионов. Так, легкосуглинистой почвы с p нулевой объемной влажностью на длине волны 70 см равна 0,03, с объемной влажностью 10 см 3 /см 3 0,21 [8].

2. Основные допущения. Диэлектрическая проницаемость свободной воды w рассчитывалась по эмпирической модели [9]. Расчеты проводились для засоленности солями NaCl и температуры почвы 14 С.

Неоднородное распределение влажности по глубине моделиров алось функцией W(z) = b 1 + b 2 exp (az) + b 3 exp (2az), котoрая при варьировании параметров b 1, b 2, b 3, a позволяла описать различные профили, имеющие экстремум на любой глубине. Предв арительные оценки влияния засоленности почв на их радиолокационные характеристики можно получить в простейшем случае однородного распределения влажности W(z) = const. Поверхность почвы описывалась как случайно шероховатая с гауссовой функцией корреляции высот неоднород-ностей.

Для расчетов принимался обычный для практики случай, когда глубина залегания слоя грунтовых вод существенно больше глубины проникновения электромагнитных волн в породу для данной длины волны излучения.

Начиная с некоторой глубины «насыщения» ZE величина объемной влажности почвы приближается к равновесному значению WE.

В засоленных регионах наблюдается широкий разброс значений высоты неоднородностей h вплоть до экстремально выровненных поверхностей с h = 0,07 см [5]. Радиус корреляции l c лежит в пределах от 3 см [9] до 20 см [10], с наиболее часто наблюдающимся l c = 810 см [11]. Для = 69 см (Р-диапазон) соотношения длин волн и параметров шероховатости почвы позволяли производить вычисления в приближении метода малых возмущений для широкого диапазона углов падения излучения. На малых углах падения для = 21 см вычисления производились по методу Кирхгофа.

3. Результаты моделирования. На рис. 1 приведены результаты расчетов зависимости от угла контраста K = 10 lg(w/0), где w и 0 – сечения обратного рассеяния влажной почвы и сухой почвы с такими же параметрами шероховатостей поверхности на той же длине волны. Кривые 1, 3, 5, 7 – круговая, а кривые 2, 4, 6, 8 – НН поляризации. Кривые 1 и 2 – объемная влажность W = 0,4, S = 260 г/л; 3 и 4 – W = 0,4, S = 0,738 г/л; 5 и 6 – W = 0,02, S = 260 г/л; 7 и 8 – W = 0,02, S = 0,738 г/л. Параметры h = 0,8 см, lс = 3,75 см. Видно, что влияние увеличения СМПР от 0,7 г/л (пресная вода) до 260 г/л (насыщенный раствор) для горизонтальной поляризации максимально при малых и уменьшается с увеличением угла. Увеличение К на углах падения 30 составляет от 3,5 дБ для малых влажностей до 2,5 дБ для влажности W = 40 %. При круговой поляризации эффект от возрастания СМПР приблизительно постоянен для углов падения 30 70, и больше, чем при горизонтальной поляризации.

На рис. 2 представлены результаты моделирования контраста К(S) в L-диапазоне при подповерхностных распределениях влажности, характерных для засушливого климата засоленных регионов, когда влажность возрастает с глубиной от малого значения на поверхности почвы.

–  –  –

На рис. 2 жирные кривые 1, 2 соответствуют однородному распределению объемной влажности W с глубиной W = 0,02 и W = 0,4 соответственно.

Кривые 3 – 6 соответствуют распределению влажности, возрастающему с глубиной до насыщения; параметры b1 = 0,4, b2 = – 0,48, b3 = 0,1: ZE = 4,5 см (кривая 3), ZE = 9 см (кривая 4), ZE = 45 см (кривая 5), ZE = 90 см (кривая 6);

= 30, круговая поляризация, h = 3 см, lс = 20 cм. Видно увеличение радиоотклика от поверхности засоленных почв при больших градиентах вла жности. Для медленно возрастающей влажности изменение СМПР в пределах реальных значений (до 260 г/л) недостаточно для выявления районов засоления. Это можно объяснить взаимной компенсацией эффектов от увеличения мнимой и уменьшения действительной части диэлектрической проницаемости почвы на данных длинах волн излучения.

На рис. 3 показаны аналогичные зависимости для круговой поляризации (Р-диапазон). Кривые 1, 2 соответствуют однородному распределению W по глубине: W = 0,02 (кривая 1) и W = 0,4 (кривая 2). Кривые 3 – 6 соответствуют росту влажности с глубиной до насыщения, параметры b1 = 0,4, b2 = – 0,48, b3 = 0,1: ZE = 4,5 см (кривая 3), ZE = 9 см (кривая 4), ZE = 45 см (кривая 5), ZE = 90 см (кривая 6); = 30, круговая поляризация, h = 7 см, lс = 60 cм.

Контрасты для различных распределений влажности изменяются в пр еделах 2,5 – 5 дБ. Влияние не- K, дБ 2 3 равномерности влажности по 12 глубине: для малых градиен- 4

–  –  –

менении СМПР от 0 до 260 4 г/л.

Заключение. РассмотреS, г/л но влияние засоленности почв 0 на их радиолокационные характеристики в двух децимет- Рис.3. Зависимость контраста К от степени ровых (L и Р) диапазонах. На минерализации для =69 см примере засоления поваренной солью NaCl показано, что для круговой поляризации при спутник овом ДЗ на длинных дециметровых волнах сохраняются основные ос обенности, найденные нами ранее в случае линейной горизонтальной поляризации. При этом абсолютная величина эффекта от СМПР на обратное рассеяние для волн круговой поляризации оказывается больше.

Нелинейность эффекта от засоления на сечение обратного рассеяния в L-диапазоне (20 см) в условиях реальных распределений влажности по глубине затрудняет использование этого диапазона для оценки засоления почв средствами активного ДЗ. Для более длинноволнового Р-диапазона расчеты показали стабильное увеличение интенсивности обратного рассеяния с ростом засоления. Неравномерность распределения влажности по глубине еще больше увеличивает этот эффект. Для распределений влажности, сходных с описанными в литературе для засоленных регионов, это увеличение составляет 2,5 – 5 дБ. Показана возможность уверенного обнаружения засоленных районов при СМПР больше 100 г/л.

ЛИТЕРАТУРА

Chaturvedi L., Carver K.R., Harlan J.C., Hancock G.D., Small F.V., Dalstead K.T.

1.

Multispectral remote sensing of saline seeps // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. – 1983. – GE-21. – № 3. – P. 239 – 251.

Реутов Е.А., Шутко А.М. Теоретические исследования СВЧ-излучения 2.

однородно увлажненных засоленных почв // Исслед. Земли из космоса. – 1990. – № 3. – С. 73 – 81.

Реутов Е.А., Шутко А.М. Экспериментальные исследования СВЧ излучения однородно увлажненных засоленных почв // Исслед. Земли из космоса. – 1990. – № 4. – С. 78 – 84.

Бобров П.П. Исследование испарения, влажности и структуры повер хностного слоя почв дистанционными микроволновыми методами // Исслед. Земли из космоса. – 1999. – № 5. – С. 77 – 83.

Archer D.J., Wadge G. Modeling the backscatter responce due to salt crust 5.

development // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. – 2001. – GE-3. – № 10. – P. 2307 – 2310.

Горишняя Ю.В. Моделирование влияния засоленности влажных почв на их 6.

радиолокационные характеристики в дециметровом диапазоне длин волн // Радиофизика и электроника. – 2000. – 6. – № 1. – С. 84 – 92.

Dobson M.C., Ulaby F.T., Hallikainen M.T., El-Rayes M.A. Microwave dielectric behavior of wet soil - Part II: Dielectric mixing model s// IEEE Trans.

Geosci. Remote Sens. – 1985. – GE-23. – № 1. – P. 35 – 46.

Sternberg B.K., Levytskaya T.M. Electrical parameters of soils in the freque ncy range from 1 kHz to 1 GHz, using lumped-circuit method // Radio Science.

– 2001. – 36. – № 4. – P. 709 – 719.

Wegmuller U., Matzler C., Huppi R., Schanda E. Active and passive microwave signature catalog on bare soil // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. – 1994. – GE-3. – № 3. – P. 698 – 702.

Wang J.R., Engman E.T., Shiue J.C., Rusek M., Steinmeier C. The SIR -B observations of microwave backscatter dependence on soil moisture surface roughness and vegetation covers // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. – 1986.

– GE-24. – № 4. – P. 510 – 516.

Oh Y., Sarabandi K., Ulaby F.T. An empirical model and an inversion tec hnique for radar scattering from bare soil surfaces // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. – 1992. – GE-3. – № 2. – P. 370 – 381.

<

Поступила 8.04.2003

ГОРИШНЯЯ Юлия Викторовна, инженер Института радиофизики и электр оники НАНУ. В 1993 году окончила Харьковский национальный университет. Область научных интересов – отражательные характеристики природных объектов в СВЧ диапазоне.

МОЖАЕВ Александр Александрович, канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Харьковского военного университета. В 1979 году окончил Харьковский национальный университет. Область научных интересов – методы обработки сигналов в оптической локации и системах дистанционного зондирования Земли.

БЕРЕЖНАЯ Наталья Дмитриевна, инженер Института радиофизики и электроники НАНУ. В 1973 году окончила Харьковский национальный университ ет. Область научных интересов – дистанционное зондирование природных объектов в СВЧ




Похожие работы:

«263 УДК 621.642 К ВОПРОСУ О МЕТОДИКЕ РАСЧЕТА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА РЕЗЕРВУАРОВ С ТРЕЩИНОПОДОБНЫМИ ДЕФЕКТАМИ REVISITED THE METHOD OF CALCULATION OF RESIDUAL LIFE OF TANK WITH CRACK-LIKE DEFECTS Самигуллин Г.Х., Герасименко А.А. ФГБОУ ВПО "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный", г. Санкт-Петербург, Российская Фед...»

«ПРИГЛАШАЕМ К ОБСУЖДЕНИЮ ИГУМЕН ВИТАЛИЙ (УТКИН) ПРАВ ЛИ ПАВЕЛ ТРАВКИН? Выпуск второй Найдено ли в Плёсе "святилище Велеса"? ПРИГЛАШАЕМ К ОБСУЖДЕНИЮ ИГУМЕНВИТАЛИЙ (УТКИН) ПРАВ ЛИ ПАВЕЛ ТРАВКИН? Выпуск второй Найдено ли в Плёсе "святилище Велеса"? Иваново-Вознесенск/Плёс 2015г. ПоблагословениюВ...»

«МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ХОЛОДНЯНСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА" Согласовано Согласовано Утверждено Руководитель ММО Заместитель директора Директор МБОУ _Хальзова Е.А. по УВР МБОУ...»

«Муниципальное автономное дошкольное образовательное учреждение "Детский сад комбинированного вида №11 "Колокольчик" Адрес: 143969, г. Реутов, ул. Носовихинское шоссе, д.24 Контактный телефон – 8 (916) 487-11-48, 8 (926) 226-67-69 http://madou11reutov.ru E-mail:...»

«ДЕВЯТЫЙ АРБИТРАЖНЫЙ АПЕЛЛЯЦИОННЫЙ СУД ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 22 мая 2009 г. N 09АП-7451/2009-ГК Дело N А40-78326/08-42-708 Резолютивная часть постановления объявлена 21 мая 2009 г. Постановление изготовлено...»

«21.05.2007 № 8/16365 -106ПОСТАНОВЛЕНИЕ МИНИСТЕРСТВА ТРУДА И СОЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 10 апреля 2007 г. № 53 8/16365 Об утверждении Межотраслевых правил по охране труда при работе с эпоксидными смолами и матер...»

«ЗЛАТЫЕ ВРАТА 172 год Э.Б., №1, Баха Великолепие ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТОК КИЕВСКОЙ ОБЩИНЫ БАХАИ НАВРУЗ 172 ИЗ ПИСАНИЙ БАХАУЛЛЫ "Скажи: Блажен дремлющий, коего пробудило Дуновение Мое. Блажен безжизненный, что возрожден животворным дыханием Моим. Блаженно око, что утешилось созерцанием красоты Моей. Блажен путник, что напра...»

«Рефераты статей, включенных в журнал "Известия НТЦ Единой энергетической системы" № 66, 2012 г. УДК 621.319 Мгновенные мощность и энергия при несинусоидальных процессах в электрических цепях. Асанбаев Ю. А. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, № 66, 2012, с. 6–21. Современная электроэнергетика характеризуется ростом нелинейных нагруз...»

«UWM Olsztyn Невербальные ритуалы в похоронно-поминальномNeophilologica, XVIII (2), 2016 Acta обряде старообрядцев. 17 ISSN 1509-1619 Joanna Orzechowska Instytut Sowiaszczyzny Wschodniej Uniwersytet Warmisko-Mazurski НЕВЕРБАЛЬНЫЕ РИТУАЛЫ В ПОХОРОН...»

«Индекс документа: Версия: Дата: М-038 1.0 27.02.2017 Применим для Статус: Количество категории: страниц: Пользователи Общего доступа 6 Настройка макета платежного документа для Волгоградской области Оглавление Требования законодательства Ограничения по использованию макета для Волгоградской области На...»









 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.