СВЧ радиометрия растительных покровов

• Автор: Чухланцев, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 196 с. : ил.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГ

НИТНЫХ ВОЛН В РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОКРОВАХ.

1. Основные подходы к описанию распространения электромагнитных волн в

растительной среде.

1.1. Краткое описание объекта исследований

1.2. Общий подход к описанию распространения электромагнитных волн в рас

тигельных покровах.

2. Модель растительности в виде сплошной среды

2.1. Распространение электромагнитных волн в случайно неоднородной сплош

ной среде.

2.2. Эффективная диэлектрическая проницаемость растительной среды

3. Модель растительности в виде совокупности рассеивателей (дискретная мо
дель).
3.1. Распространение электромагнитных волн в случайно неоднородной дискрет
ной среде.
3.2. Ослабление и рассеяние электромагнитных волн элементами растительности
4. Диэлектрические свойства элементов растительности
4.1. Теоретические модели
4.2. Экспериментальные данные
5. Распространение электромагнитных волн в растительном слое. Связь между
электродинамическими и биометрическими характеристиками растительности.
II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СВЧ ИЗЛУЧЕНИИ ЗЕМНОЙ
ПОВЕРХНОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА.
1. Общий подход к нахождению характеристик СВЧ излучения системы почва
растительность.
2. Обоснование возможности применения теории переноса излучения к расти
тельной среде.
3. СВЧ излучение растительного слоя
4. СВЧ излучение системы почва - растительный слой
5. Связь параметров радиационной модели с характеристиками почвы и расти
тельности.
5.1. Связь радиояркосгаой температуры почвы с ее геофизическими характери
стиками.
5.2. Связь интегрального ослабления в растительности с ее биометрическими
показателями.
5.3. Связь альбедо растительного полупространства с типом растительного по
крова и его состоянием.
5.4. Влияние неполного покрытая растительностью земной поверхности
Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСЛАБЛЕНИЯ И ИЗЛУЧЕ
НИЯ СВЧ ВОЛН РАСТИТЕЛЬНЫМИ ПОКРОВАМИ.
1. Методы экспериментальных исследований
2. Лабораторные исследования ослабления и излучения СВЧ волн раститель
ными покровами.
2.1. Измерения ослабления СВЧ излучения элементами растений
2.2. Измерения ослабления СВЧ излучения в растительном слое
3. Исследования ослабления и излучения СВЧ волн растительными покровами
с помощью передвижной наземной установки.
4. Исследование ослабления и излучения СВЧ волн растительными покровами
с борта самолетов лабораторий.
IV. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В ЗАДАЧАХ ДИСТАНЦИ
ОННОГО РАДИОФИЗИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМНЫХ ПОКРОВОВ.
1. Учет влияния растительности при дистанционном СВЧ радиометрическом
зондировании земных покровов.
1.1. Учет влияния растительности при одночастотных измерениях
1.2. Учет влияния растительности при спектральных измерениях
2. Применение СВЧ радиометрического метода для определения биометриче
ских характеристик растительных покровов.
3. Учет влияния растительности при дистанционном СВЧ радиолокационном
зондировании земных покровов.
4. Ослабление электромагнитных волн растительностью при радиосвязи
5. Другие возможные применения результатов работы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Данная работа посвящена развитию основ СВЧ радиометрического метода дистанционного зондирования растительных покровов. Эта задача является частью общего научного направления по разработке методов и средств дистанционного радиофизического зондирования окружающей среды. Фундаментальные принципы данного направления заложены в работах [1-12]. Огромный вклад в становление указанного направления внес Анатолий Евгеньевич Башаринов, одним из последних аспирантов которого посчастливилось быть автору. Дистанционное радиофизическое зондирование природной среды является бурно и стремительно развивающимся направлением. Достаточно сказать, что в последнем Международном симпозиуме по данной проблеме (International Geoscience and Remote Sensing Symposium, 21-25 July 2003, Toulouse, France) приняли участие более 1600 человек (по сравнению с 1400 участниками аналогичного симпозиума в 2002 году) и представлено более 2100 докладов [13].
Исследование СВЧ излучения системы почва - растительность, а также возможностей определения параметров почвы и растительности по данным дистанционного СВЧ радиометрического зондирования с борта самолетов и спутников активно ведется на протяжении последних тридцати лет многочисленными научными группами и организациями различных стран. Библиография работ по указанной проблеме насчитывает сотни наименований. Принципиальные возможности применения СВЧ радиометрического метода для определения влажности почвы под растительным покровом и биометрических показателей растительности выявлены в работах автора и его коллег около четверти века назад. Основные результаты исследований в области СВЧ радиометрии растительных покровов, проведенных автором за указанный период в Институте радиотехники и электроники РАН, опубликованы в работах [14-38] и докладах на конференциях [43-59]. По результатам работы получены авторские свидетельства на изобретения [39-42]. Несмотря на то, что ряд основных результатов диссертационной работы получен и опубликован достаточ-

є5 = туєм, + (1 - ту)2,5 я гПуЄу,,
(1.77)
где є у, = с’к + ]с"к - относительная комплексная диэлектрическая проницаемость воды. Диэлектрическая проницаемость соленой воды рассчитывается по релаксационным формулам Дебая [142]
частота в герцах, /о - 18 ГГц, а— ионная проводимость раствора в сименсах на метр. Проводимость определяется соленостью раствора 5. Соленость определяется как общая масса твердой соли в граммах, растворенная в одном килограмме раствора и выражается в промилле (%о). Связь параметров релаксационной модели с температурой и соленостью может быть найдена, например, в [143].
В работе [144] тестировались различные модели смесей диэлектриков для подгонки данных измерений диэлектрической проницаемости листьев и стеблей пшеницы и кукурузы. Рассматривалась рефракционная двух компонентная модель, двух компонентная модель хаотических игл и дисков, трех компонентная модель хаотических игл, учитывающая сниженное значение вследствие действия сил присасывания [145], и четырех компонентная рефракционная модель, в которой вода разделялась на свободную и связанную компоненты. Термин связанная вода относится к молекулам воды, тесно сцепленным с органической основой посредством физических сил, термин свободная вода относится к молекулам воды, которые могут относительно легко перемещаться внутри растительного материала. Считалось, что диэлектрические характеристики свободной воды определяются формулами Дебая, а диэлектрические свойства связанной воды близки к диэлектрическим свойствам льда. Как отмечено в [144], необходимо дальнейшее исследование свойств и роли свободной и связанной влаги в гетерогенных средах для однозначного выбора могде ст и Су,и, - статический и высокочастотный предел с'н,, с0 = 8,854x1012 Ф-м"1,/-