ЛЕД ЗАБАЙКАЛЬСКИХ ОЗЕР
Радиофизические методы исследования с применением спутниковых систем широко используются для изучения Арктики и Антарктиды. Эффективность радарных измерений связывается с высоким пространственным разрешением, а при радиометрических получают информацию о состоянии поверхностных слоев при усреднении сигнала с большой площади.
А.А. Гурулев, А.О. Орлов
Вместе с тем, в условиях России существует множество относительно мелких водоемов, покрытых в зимнее время льдом, для которых существующие методики недостаточно эффективны: во-первых, из-за низкого пространственного разрешения при радиометрических измерениях, во-вторых, из-за малости вариаций коэффициента рассеяния ото льдов пресных водоемов.
При измерениях объектов совместными активным и пассивным методами при одинаковом пространственном разрешении можно получить более полную информацию о параметрах водных объектов. Используя авиационные или подвижные наземные носители аппаратуры, можно осуществить одновременные активные и пассивные измерения ледяных структур с одинаковым и высоким пространственным разрешением. При этом дополнительную информацию можно получить при наложении радиоизображений рассеянного сигнала, излучаемого локатором, и собственного теплового излучения исследуемого объекта.
Цель данной работы заключается в исследовании возможностей совместных активно-пассивных радиолокационных измерений ледяных покровов внутренних водоемов при высоком пространственном разрешении (порядка одного метра) вблизи частот, широко используемых в спутниковых системах радиозондирования для гидрологических измерений.
Конкретные задачи исследования связаны со скаттерометрическими и радиометрическими исследованиями ледяных покровов трех различных типов водоемов: соленых озер, ультрапресных озер и эвтрофированных озер, содержащих большое количество органического вещества. Предшествующие работы по радиозондированию льда с использованием СВЧ-радиометрии были посвящены определению загрязнения водоема растворимыми в воде соединениями (солями) и определению концентрации в нем планктонных организмов. Однако вопросы выделения различных видов захваченных в лед включений не рассматривались. Нами ставилась задача выделения мелких включений (солевых капсул, пленок, планктона) и крупных неоднородностей, сравнимых с длиной волны излучения (газовых пузырей, фрагментов высшей водной растительности) при совмещенных активно-пассивных измерениях мощности обратного рассеяния и радиояркостной температуры.
Работы по совмещению скаттерометрических и радиометрических данных выполнены на примере ледяных покровов Ивано-Арахлейских озер, расположенных в Забайкальском крае.
Радиометрические измерения были проведены с помощью СВЧ-радиометров на длины волн 2,3 см, 5,6 см и 12 см, которые устанавливались на автомобиль-лабораторию (фото). Расстояние от антенн до ледяного покрова составляло 2 метра. Запись сигналов с выхода приборов осуществлялась на компьютер. Измерения выполнялись в конце марта 2006-2007 годов. Одновременно осуществляется отбор проб на некоторых участках ледяных покровов.
В результате проведенного исследования установлено, что в местах, где отмечено большое количество вмерзшей в лед высшей водной растительности, наблюдается увеличенное значение обратно-рассеянного сигнала, в то время как радиояркостная температура была меньше. Кроме того, если ледяной покров имеет некоторые неоднородности, например, в виде газовых пузырей, то увеличивается как уровень отраженного сигнала, так и радиометрический сигнал. Мелкие планктонные организмы увеличивают радиояркостную температуру, не влияя на мощность обратного рассеяния.
Таким образом, показано, что по совместным радиометрическим и скаттерометрическим данным можно получать более полную информацию о состоянии ледяного покрова. Соответственно, по ледяному покрову косвенно можно судить и о состоянии исследуемого водного объекта.
Исследования комплексной диэлектрической проницаемости льда были выполнены в прямоугольном резонаторе на частоте 3,2 ГГц. Измерялись параметры резонансной кривой при нагревании образца льда от минус 20-30 до 0°С. По мере нагрева льда происходило смещение резонансной линии в сторону низких частот, а также ее уширение, что говорило об увеличении значений как мнимой, так и действительной частей комплексной диэлектрической проницаемости льда. При этом наблюдалось необычное явление — перед непосредственным разрушением исследуемого образца происходило увеличение амплитуды резонансной линии, что говорит об уменьшении диэлектрических потерь исследуемой среды или особом изменении параметров льда. Данное явление можно объяснить пространственной дисперсией во льду и, как следствие, существованием второго значения показателя преломления в среде, близкого по значению с основным показателем преломления объекта. Данный эффект был теоретически предсказан академиком В. Л. Гинзбургом.
Исследования электромагнитных свойств криогенных сред в районе температур, близких к температуре фазового перехода лед-вода весьма актуальны. В настоящее время практически отсутствуют литературные данные по диэлектрическим свойствам льда при этих температурах, а в природе довольно много криогенных объектов находятся именно при такой температуре, например, нижние слои ледников.
стр. 6
| 
