Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта
EN

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

 Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Федеральный исследовательский центр 
«Красноярский научный центр
Сибирского отделения Российской академии наук»

Современные проблемы радиофизики и акустики

27.05.2019 г.

В рамках направления "Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений" программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013 - 2020 годы ФИЦ "Красноярский научный центр СО РАН" реализует следующие бюджетные проекты:

Проект

Диэлектрическая спектроскопия талых и мерзлых почв и надпочвенных покровов в МГц и ГГц диапазоне частот и изучение закономерностей радиотеплового излучения, отражения и рассеяния электромагнитных волн от поверхности Земли с учетом состава и температурно-влажностного режима подповерхностной слоистой структуры снег-растительность-почва с целью разработки информационных технологий дистанционного зондирования Земли для арктической тундры 

Ключевые слова

дистанционное зондирование Земли, радиометрия и радиолокация поверхности Земли, рефлектометрия, диэлектрическая спектроскопия, фазовые переходы, диэлектрическая проницаемость, талые и мерзлые почвы, влажность почв, температура почв

Цель исследования

Целью проекта является создание физических основ для разработки принципиально новых информационных технологий дистанционного зондирования вертикального распределения влажности и температуры в почвенном покрове территории арктической зоны Сибири, с использованием радарных и радиометрических данных, российских и зарубежных спутников, а также сигналов спутниковых навигационных систем. В рамках поставленной цели будут получены следующие результаты:
  • Отобраны образцы почвенного покрова в различных географических и ландшафтных условиях тестовых участков тундровой зоны Сибири, проведены диэлектрические измерения талых и мерзлых почвенных образцов.
  • Созданы спектроскопические модели диэлектрической проницаемости в МГц и ГГц диапазонах частот для минеральных и органических почв арктической зоны Сибири, при влажности почвы от воздушно сухой до полевой влагоемкости в температурных диапазонах от – 30 до 25°С. Модели будут сформулированы в виде физических законов и позволят прогнозировать комплексную диэлектрическую проницаемость в зависимости от частоты электромагнитного поля, содержания воды, температуры, минерального и органического составов почв, плотности сухого сложения почвы.
  • Разработан метод исследования фазовых переходов почвенной воды с использованием данных диэлектрических измерений.
  • Разработаны теоретические модели микроволнового радиотеплового излучения и радарного рассеяния слоисто-неоднородной структуры почвенного и надпочвенного покрова для почв арктической тундры, в ходе естественных циклов увлажнения и высыхания, замерзания и оттаивания.
  • На основе многоугловых и многочастотных радиометрических и радарных наблюдений создать методы и алгоритмы восстановления профилей влажности и температуры в деятельном слое почвы арктической тундры.
  • С целью тестирования разработанных диэлектрических моделей, методов и алгоритмов проведены лабораторные и натурные полевые исследования, с использованием широкополосной рефлектометрической установки, поляриметрического рефлектометра, созданного на базе приемников сигналов ГЛОНАСС и GPS, данных дистанционного зондирования Земли радаров ALOS PALSAR, ALOS-2 PALSAR2, Sentinel-1, радиометров AMSR2(GCOM-W1), SMAP, MIRAS(SMOS), МТВЗА-ГЯ (серия «Метеор», используя в том числе архивные данные).
  • Будут предложены оригинальные методики обработки данных спутникового дистанционного зондирования микроволновых радаров Sentinel-1, ALOS-2 PALSAR, микроволновых радиометров AMSR2, SMOS, SMAP, МТВЗА-ГЯ\Метеор-М, а также сигналов навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS, позволяющие восстанавливать как влажность и температуру поверхности почвы, так и неоднородное вертикальное распределение влажности и температуры в поверхностной части деятельного слоя почвы, включая почвы арктической тундры Сибири.

Актуальность

В настоящее время за рубежом созданы инновационные информационные технологии, которые обеспечивают космический мониторинг влажности поверхности почвенного покрова с использованием микроволновых радиометров спутников SMOS и SMAP. Ключевым элементом алгоритмов восстановления влажности суши из данных микроволнового дистанционного зондирования спутников SMAP и SMOS является диэлектрическая модель почв. Последние исследования в северных широтах показали, что для арктических территорий восстанавливаемые значения влажности почв на основе данных дистанционного зондирования спутников SMAP и SMOS относительно наземных измерений имеют высокую погрешность, которая не удовлетворяет стандартам Всемирной метеорологической организации к спутниковым продуктам. Высокие погрешности спутникового измерения влажности почв арктических территорий связаны со слабой изученностью как радиоизлучательных и отражательных свойств, так и диэлектрических свойств тундрового почвенного покрова в зависимости от температуры, фазового и количественного состава связанной и свободной воды в почвах с различным содержанием органического вещества и глинистой фракции.  При этом проблема дистанционного зондирования температуры поверхности и профилей температуры тундровой почвы в корневой зоне растений с использованием микроволновых радиометров и радаров находится в постановочной стадии, а космические продукты не созданы. Целесообразность продолжающихся работ по теме государственного задания в рамках настоящего проекта определяется необходимостью совершенствования диэлектрических моделей талых и мерзлых, минеральных и органических почв, моделей радиотеплового излучения и радарного рассеяния с целью уменьшения погрешности информационных технологий спутникового дистанционного мониторинга влажности и температуры в поверхностном слое почвы тундровой зоны. Фундаментальные исследования участников проекта в области диэлектрической спектроскопии почвенных покровов имеют высокую научную значимость и находят непосредственное практическое применение в самых современных космических продуктах спутников SMAP и SMOS уже в настоящее время.

Руководители проекта

 Миронов.jpg Миронов Валерий Леонидович

доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН
Институт физики им.Л.В. Киренского СО РАН

+7 391 2905028
rsdvm@ksc.krasn.ru
 Музалевский.jpg Музалевский Константин Викторович

кандидат физико-математических наук
заведующий лабораторией
Институт физики им.Л.В. Киренского СО РАН

+7 391 2905028
rsdkm@ksc.krasn.ru



Поделиться:


Наверх