Суточная динамика радиояркостной температуры почв в процессах испарения и инфильтрации, замерзания и оттаивания тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

□ ■

Ященко Александр Сергеевич

СУТОЧНАЯ ДИНАМИКА РАДИОЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЧВ В ПРОЦЕССАХ ИСПАРЕНИЯ И ИНФИЛЬТРАЦИИ, ЗАМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математический я

Омск-2009

003471290

Работа выполнена в Омском государственном педагогическом университете на

кафедре общей физики физического факультета и Лаборатории радиофизики дистанционного зондирования Института физики им. Л .В. Киренского СО РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор,

Бобров Павел Петрович. Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор,

член-корреспондент РАН,

Миронов Валерий Леонидович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор,

Бордонский Георгий Степанович, кандидат физико-математических наук, доцент, Кулагин Валерий Николаевич.

Ведущая организация: Институт радиотехники и электроники РАН, Фрязинский филиал, г. Фрязино, Московская обл.

Защита диссертации состоится «10» июня 2009 г. в 15:00 часов на заседании Диссертационного совета ДМ 212.179.05 при Омском государственном университете имени Ф.М. Достоевского по адресу: 644077, г. Омск, ул. Нефтезаводам, 11, ауд. 210.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГУ им. Ф.М. Достоевского по адресу: 644077, г. Омск, пр. Мира, 55А, корп. 1.

Автореферат разослан «^>> мая 2009 года.

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью организаций, просим присылать в 2-х экз. на адрес университета.

Ученый секретарь и

диссертационного совета СВ. Кривальцевич

Актуальность исследования

В настоящее время серьезную экологическую проблему представляет глобальное потепление климата и процессы, связанные с ним: изменяется среднегодовая температура, количество осадков, скорость и преимущественное направление ветра. Поскольку изменение указанных параметров приводят к довольно быстрому изменению структуры и качества почвы, возникает необходимость контролировать состояние значительных площадей поверхности Земли.

При повышении температуры уменьшается среднегодовой период с отрицательными среднесуточными температурами, происходит уменьшение сроков нахождения почв в замерзшем состоянии. Вследствие того, что процессы замерзания и оттаивания в приполярных районах определяют до половины теплового баланса, актуальная информация об указанных процессах представляет интерес для моделирования климата и изучении потоков тепла и влаги между подстилающей поверхностью и атмосферой.

Для контроля состояния почвы наиболее приемлемым и экономически выгодным решением является использование технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Основными преимуществами применения в исследовании почв дистанционного микроволнового метода являются глобальность, всепогодность, возможность получения информации в любое время суток.

В последние годы проводятся и планируются к проведению серии крупномас- . штабных экспериментов по исследованию влажности почвы. Основной целью этих экспериментов является оценка возможности дистанционного картирования влажных почв в планетарном масштабе с помощью радиометров сантиметрового и дециметрового диапазонов, установленных на космических аппаратах (программы SMOS и Aquarius). Большую роль в повышении точности определения влажности играет информация о гидрофизических и диэлектрических свойствах разных почв, поэтому исследование методов, позволяющих оценивать эти свойства почв дистанционными радиометрическими методами, является актуальными.

Полученные в ходе выполнения экспериментальных исследований результаты могут быть использованы для развития алгоритмов дистанционного восстановления гидрофизических характеристик почвогрунтов, повышения точности определения влагосодержания почв, что в свою очередь может найти применение в сельском хозяйстве, метеорологии, климатологии.

Объектом исследования является суточная динамика излучаггельных характеристик разных почв в процессах испарения и инфильтрации, промерзания и оттаивания.

Цель исследования заключалась в разработке дистанционных радиофизических методов исследования гидрофизических характеристик почв.

Задачи диссертационной работы • Исследовать суточный ход радиояркостной температуры различных почв в процессах испарения и инфильтрации, промерзания и оттаивания.

• Провести долгосрочные исследования радиофизических характеристик почв, загрязненных нефтепродуктами, в процессе деструкции углеводородов.

• Разработать численные модели суточного хода радиояркостных температур почв в естественных процессах.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационном исследовании, заключается в следующем:

• Показано, что амплитуда суточных колебаний радиояркостной температуры почв в сантиметровом диапазоне, временной сдвиг максимумов или минимумов коэффициента излучения относительно максимумов или минимумов термодинамической температуры определяется влажностью почвы и содержанием органики.

• Впервые установлено влияние степени деструкции углеводородов почвы, загрязненной нефтепродуктами, на временные и частотные зависимости радиояркостной температуры.

• Впервые разработан дистанционный радиометрический метод раздельного определения количества свободной и связанной воды в почвах.

• Разработаны и запатентованы методы более точного определения влажности и оценки почвенных гидрологических консгаит: влажности устойчивого завядания и максимальной гигроскопичности, используя данные радиометрических измерений до и после промерзания.

• Впервые разработан способ оценки скорости промерзания поверхностного слоя почвы при наличии априорной информации о влажности почвы перед промерзанием.

Положения, выносимые на защиту

• Экспериментально измеренные характеристики суточных колебаний радиояркостных температур (амплитуда и временные сдвиги между коэффициентом излучения и радиояркостной температурой) суточных колебаний радиояркостной температуры почв в сантиметровом диапазоне.

• Экспериментально измеренные частотные зависимости радиояркостной температуры почв, загрязненных нефтепродуктами, зависящие от степени деструкции углеводородов, входящих в состав загрязнителей.

• Дистанционный радиометрический метод раздельного определения связанной и свободной воды в почвах.

• Способ повышения точности определения влажности почв дистанционным радиометрическим методом, основанный на измерении радиояркостной температуры до и после промерзания.

• Дистанционный радиометрический метод определения влажности устойчивого завядания и максимальной гигроскопичности почв.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов для развития алгоритмов дистанционного восстановления гидрофизических характеристик почвогрунтов и повышения точности определения

влагосодержания почв, что, в свою очередь, может найти применение в сельском хозяйстве, метеорологии, климатологии.

Включенные в диссертацию результаты получены автором при выполнении работ в рамках: НИР, включенных в план Минобразования (per. № 01.2.00 316426, № 01.2.00 01819), проекта "Разработка методов космической радиолокации и радиометрии территории Сибири" по Федеральной целевой программе «Интеграция» (per. № 01.2.00 316402) в течение 2002-2003 гг., НИР "Разработка новых высокоинформативных методов и программно-аппаратных средств микроволновой радиометрии для мониторинга биогеохимических циклов приполярных территорий Сибири шифр 2005 РИ. 12.0/001/008.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов и подходов, подтверждается согласием расчетных и измеренных значений, строгим учетом погрешностей, совпадением ряда экспериментальных данных, с данными полученными другими исследователями.

Апробация работы

Результаты исследований по теме диссертации докладывались на международных и всероссийских конференциях, а именно: Всероссийские конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва 2005, 2006, 2007, 2008), Международные научно-практические конференции «Актуальные проблемы радиофизики» (Томск 2006, 2008), XIV Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Республика Бурятия, 2007), Четырнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. (Уфа 2008), International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'05) (Seoul, Korea, 2005), IGARSS'06 (Denver, Colorado, 2006), Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS'09, Beijing, China, 2009), а также на научных семинарах совместной лаборатории микроволновой радиометрии Земли ОмГПУ и КНЦ СО РАН (2006,2007,2008).

Личный вклад автора. Автор, в составе коллективов совместной лаборатории ОмГПУ и Института физики им. JI. В. Киренского СО РАН, лаборатории РДЗ Института физики им. JI. В. Киренского СО РАН, принимал непосредственное участие в проведении экспериментальных исследований, результаты которых приведены в работе. Обработка результатов экспериментов, разработка численных моделей проводилась автором самостоятельно.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 30 печатных и рукописных работ, в их числе 1 препринт, 2 патента на изобретение, 13 статей, 10 тезисов докладов на конференциях. Из них 4 статьи опубликованы в изданиях относящихся к перечню ВАК.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 136 наименований. Объем диссертации составляет 140 страниц, включая 41 рисунок и 6 таблиц.

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, проводится анализ состояния исследований по изучаемой проблеме, формулируются цели и задачи исследования. Оценены научная новизна полученных результатов и их практическая значимость. Обозначены основные положения диссертации, выносимые на защиту. Дана общая характеристика работы. . -

В первой главе диссертации «Водно-физические и радиофизические характеристики почв» приводится обзор литературы по гидро- и радиофизическим характеристикам почв, и методам микроволнового радиометрического зондирования. В разделе 1.1 рассмотрены гидрофизические характеристики различных типов почв, влияние на них содержания гумуса, рассматриваются особенности миграции влаги при положительных и отрицательных температурах. В разделе 1.2 приведены литературные данные об основных моделях комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) почв и о влиянии на КДП гранулометрического состава, содержания гумуса, различных загрязнений. Раздел 1.3 посвящен анализу моделей излучения почв. Приведены литературные данные о состоянии современных знаний по моделированию динамики радио-яркостной температуры и возможности определения различных гидрофизических характеристик почв. Показано, что основные достижения технологии дистанционного радиометрического зондирования поверхности Земли касаются возможности определения влажности почвы в поверхностных слоях. Отдельные работы посвящены вопросу радиометрического исследования мерзлых почв. Влияние органического вещества содержащегося на поверхности (листовой и хвойный опад) и в толще (гумус) почвы на динамику радиояркостной температуры в процессе испарения почвенной влаги рассматривается лишь в единичных работах. Проблема дистанционного определения гидрофизических констант практически не изучена. На основания проведенного анализа были поставлены задачи диссертационного исследования.

Во второй главе «Методика проведения экспериментальных и модельных исследований» приводится описание экспериментальной установки, методика проведения радиометрических измерений, произведена оценка погрешности измерений.

В разделе 2.1. приведено описание экспериментальной установки и исследуемых участков. Комплекс №1 включал в себя радиометры на длины волн 3,6,5, 11 см, принимающих восходящее радиотепловое излучение под углом 10° от надира на горизонтальной поляризации. Измерения на комплексе №2, в состав которого входили радиометры на длины волн 4,33 и 21 см, проводились под углом 45° от надира на двух ортогональных поляризациях. Полигон №1 включал в свой состав четыре тестовых участка: суглинистую богатую гумусом почву (участок А.1, содержание гумуса 6,6%), суглинистую бедную гумусом почву (участок А.2, содержание гумуса 0,6 %), песчаную почву (А.З), почву богатую гумусом, загрязненную нефтепродуктами (участок А.4). Полигон №2 включал три тестовых участка. Участок Б.1 представлял собой почву естественного сложения участок (суглинок с содержанием гумуса 6,1%), Б.2 -почву естественного сложения с поверхности которой был удален гумусный слой

(суглинок с содержанием гумуса 0,6%); участок - Б.З почву естественного сложения, покрытую слоем лесного опада толщиной 1-1,5 см. В разделе 2.2 дано описание методики проведения радиометрических измерений, применяемой при исследовании характеристик различных почвогрунтов, проведена оценка погрешности измерений.

Периодичность измерения радиояркостной температуры Топределялась скоростью ее изменения и составляла от 7 минут до 1 часа. Калибровка радиометров осуществлялась по физическим эталонам с периодичностью от одного до нескольких раз в сутки. В качестве эталонов излучения использовались металлический лист и гладкая поверхность водного бассейна. Радиояркостная температура металлического эталона полностью определяется отраженным излучением неба, складывающимся из реликтового излучения Вселенной и излучения атмосферы. Согласно оценкам, приведенным в работе [5], яркостная температура неба в этом диапазоне длин волн составляет 3..5 К. Радиояркостная температура Т, гладкой водной поверхности рассчитывалась по формулам Френеля, а КДП воды - по модели Дебая.

Измерение термодинамической температуры почв электронными термометрами совместно и температурными датчиками метеостанции Campbell Scientific Inc (комплекс №2). Объемная влажность образцов почв определялось термостатно-весовым методом.

В разделе 2.3 приведено описание применявшихся моделей излучения, а так же описание работы программы моделирования. В процессе моделирования почва считалась изотермической плоскослоистой средой, с постоянным значением (КДП), в пределах каждого слоя. Значения КДП каждого из слоев определялись в результате дискретизации известного непрерывного профиля КДП почвы на слои с толщиной от 1 до 10 мм, с последующим усреднением значением диэлектрической проницаемости в каждом слое. Радиояркостную температуру изотермической плоскослоистой среды с резкими границами можно рассчитать через коэффициент отражения плоской волны от такой среды:

Т, =(1-Д)Т, (1)

где Г- термодинамическая температура среды, Л = |^0'j2 - комплексный коэффициент отражения по мощности, коэффициент отражения по амплитуде. Коэффициент отражения по амплитуде от многослойной структуры вычисляется путем многократного применения выражения для коэффициента от двухслойной среды [3], имеющего в случае гладкой верхней границы вид

/ ^ r0 + rl'exp(-2JklAZ)

0 l + v/exp(-2./V^)'

где /•„' - коэффициент отражения по амплитуде многослойной среды на границе почва-воздух (по амплитуде), г0 - френелевский коэффициент отражения на этой границе, г[ - коэффициент отражения многослойной среды, лежащей ниже первого слоя и

определяемый по аналогичной формуле; = Бт20, Д2 - волновое число и толщина первого слоя соответственно, ё - комплексная диэлектрическая проницаемость (КДП) слоя, 0 - угол зондирования. Профиль диэлектрической проницаемости определялся отдельно для каждого из модельных случаев.

Расчет радиояркостной температуры осуществлялся лишь на центральных частотах радиометров, поскольку относительная ширина полосы пропускания радиометров не превышала 2%. Излучение представлялось плоской электромагнитной волной. Поскольку учет диаграммы направленности антенн давал приращение расчетной Тя не более чем на 1-ЗК, что не превышало погрешности экспериментальных измерений.

В третьей главе «Суточная динамика радиояркостной температуры почв при положительных температурах» приведены результаты исследования временного хода радиояркостной температуры различных типов почв в процессах испарения и инфильтрации почвенной влаги. В летний период ход радиояркостной температуры определяется суточными изменениями термодинамической температуры поверхности и объемной влажности верхнего слоя.

В разделе 3.1 рассматривается особенность временного хода радиояркостной температуры почв с различным содержанием гумуса. Показано, что почвы, существенно различающиеся содержанием гумуса и находящиеся в одинаковых метеоусловиях, отличаются как мгновенными значениями яркостной температуры, так и значениями суточной амплитуды колебаний яркостной температуры (см. рисунок 1). Причина этого заключается в том, что почва с более высоким содержанием гумуса имеет меньший коэффициент отражения в оптическом диапазоне и сильнее нагревается в дневное время. Благодаря этому, а также из-за более высокой пористости почвы поверхностный слой гумусной почвы высыхает быстрее, что приводит к уменьшению КДП и увеличению коэффициента излучения. В ночные часы из-за более высокой из-лучательной способности гумусной почвы в ИК-диапазоне температура ее поверхности меньше, чем малогумусной почвы.

а) б)

Рисунок 1 - Суточные амплитуды радиояркостной температуры на горизонтальней (а) и вертикальной (б) поляризации I - участок 1 (содержавиг гумуса 6,03 %);2 - участок 2 (содержание гумуса 0,52 %). Аг/и, Аиг/и - среднесуточная амплитуда радиояркостной температуры в период интенсивного испарения влаги для гумусной почвы и малогумусной почвы соответственно

Вследствие этого, амплитуда суточных колебаний яркостной температуры почвы с более высоким содержанием гумуса, как правило, выше, чем у почвы, бедной гумусом. Особенно четко это выражено в излучении на вертикальной поляризации. Максимальные значения суточных амплитуд, как первого, так и второго участков, наблюдаются в периоды интенсивного испарения после выпадения осадков (5-6 сентября и 16-18 сентября). В процессе анализа данных установлено, что в период интенсивного испарения амплитуды суточных колебаний радиояркостной температуры гумусной почвы больше амплитуд малогумусной почвы в среднем в 1,2 раза на горизонтальной поляризации и в 1,3 на вертикальной.

Также было обнаружено, что экстремальные значения радиояркостной температуры и коэффициента излучения сдвинуты друг относительно друга по шкале времени. Как правило, максимумы коэффициента излучения приходятся на более поздние моменты времени; максимальные значения радиояркостной температуры (в разные дни) наблюдались с 15 до 18 часов, а максимальные значения коэффициента излучения наблюдались с 18 до 20 часов. Это говорит о том, что испарение почвенной влаги превышало ее поток из более влажных нижележащих слоев вплоть до момента времени соответствующего максимуму коэффициента излучения. В вечерние часы поток влаги из нижележащих слоев превышал испарение, вследствие чего коэффициент излучения почвы начал уменьшаться. Момент минимума коэффициента излучения наблюдался в 9-10 часов утра следующего дня, причем минимумы радиояркостной температуры и коэффициента излучения также были сдвинуты друг относительно друга. Наилучшая корелляция между величиной сдвига и объемной влажностью почвы наблюдалась у гумусной почвы.

Таким образом, было установлено, что в процессах инфильтрации влаги радио-яркостная температура почвы, богатой гумусом, уменьшается сильнее, чем у малогумусной. В процессе испарения влаги амплитуда суточных колебаний радиояркостной температуры гумусной почвы больше, чем у малогумусной. Так же установлено, что величина сдвига временного хода коэффициента излучения относительно временного хода радиояркостной температуры зависит от влажности почвы и содержания гумуса. Зависимости временного сдвига от влажности характерны для структурных почв с высокой пористостью.

В разделе 3.2 приведены результаты исследований суточной динамики радиояркостной температуры почвы, покрытой лесным опадом. Поскольку проведение измерений радиояркостной температуры непосредственно в лесном массиве невозможно вследствие отсутствия сильного контраста теплового излучения почвы и теплового излучения неба, закрытого лесным пологом, тестовый участок был создан за его пределами. В процессе подготовки тестового участка с площадки размером 5x5 м2, находящейся на лесной поляне, был удален слой дерна толщиной 20 см, а на его место уложены почвенные пласты такой же толщины, взятые из прилегающего лесного массива

Экспериментальные исследования показали, что у почвы, покрытой опадом, сдвиг между суточным минимумом термодинамической температуры и коэффициентом излучения увеличился до 11-12 часов, т.е. максимумы радиояркостной температуры приходятся на ранее утро, а минимумы - на вечерние часы. Это говорит о том, что радиояркостная температура Т, = х~Топределяется в большей степени коэффициентом излучения х, чем термодинамической температурой Т. Временной ход коэффициента излучения почвы, покрытой опадом, приведен на рисунке 2.

20; 0,80

15;

10; 0,70

5; 0,65

Дата

Рисунок 2 - Временной ход коэффициента излучения почвы, покрытой хвойным опадом, на горизонтальной поляризации на частотах 6,9 ГГц (1) и 1,4 ГГц (2); временной ход термодинамической температуры опада на глубине 0,5 см (3)

Проведенное численное моделирование показало, что удовлетворительное согласование модельных и экспериментальных данных наблюдается в том случае, если росту радиояркостной температуры соответствует рост диэлектрической проницаемости лесного опада Возрастание коэффициента излучения участка при росте диэлектрической проницаемости тонкого слоя опада, в утренние часы, объясняется просветляющим действием слоя опада Особую роль играет частично перегнивший слой, КДП которого выше, чем у слоя хвои. В моменты максимумов коэффициента излучения на частоте 1,4 ГГц, наблюдаемых в Зч 30м и 10ч 00м, диэлектрическая проницаемость частично перегнившего слоя имеет промежуточное значение между КДП воздуха и нижележащей почвы, а его толщина кратна нечетному числу четвертей длин волн в среде. Увеличение влажности хвойного опада может происходить как вследствие выпадения атмосферных метеоров в виде росы, так и вследствие неизотермического переноса почвенной влаги из нижележащих слоев.

В разделе 3.3 приведены результаты исследования временного хода радиояркостной температуры гумусной почвы, загрязненной нефтепродуктами, (минеральное масло марки М-8В). Загрязнение осуществлялось путем распыления масла над воздушно-сухой почвой. На рисунке 3 приведены результаты экспериментов, проводившихся при различной толщине загрязненного слоя. Как можно видеть, яркосгные температуры

(Тм) загрязненного и незагрязненного участков перед поливом практически не отличались. После увлажнения участков одинаковым слоем воды (20 мм) яркостная температура незагрязненного участка снизилась на всех длинах волн до величины 140-150 К. Яркостная температура загрязненного участка заметно снизилась лишь на длине волны 11 см и имела величину 180 К при толщине загрязненного слоя 3-4 см (рисунок За). т., К

X см

9

А, СМ

Рисунок 3 - Радиояркосгные температуры загрязненного маслом и незагрязненного участков на разных длинах волн (а - первый этап загрязнения; 6 — второй этап загрязнения). 1,2 — загрязненный и незагрязненный участки перед поливом; 3, 4 - загрязненный и незагрязненный участки сразу после полива

Такое различие в излучательных характеристиках загрязненного и чистого участков обусловлено сильным изменением структуры поверхностного слоя почвы при загрязнении. Поверхностные почвенные агрегаты, загрязненные маслом, перестают впитывать воду и не распадаются при поливе, поэтому структура шероховатости поверхности не изменяется. Из-за сильных водоотталкивающих свойств поверхностный слой загрязненной почвы увлажняется мало, а большая часть воды впитывается нижележащей незагрязненной почвой. Поэтому, полив загрязненной почвы привел к заметному снижению радиояркостной температуры только на длине волны 11 см, глубина зондирования на которой выше, и на яркостную температуру оказывает влияние нижележащий слой влажной незагрязненной почвы. Увеличение толщины загрязненного слоя приводит к меньшему падению яркосгной температуры при поливе (рисунок 36).

Описанные выше эксперименты проводились с почвой, загрязненный слой которой находился в рыхлом состоянии. Зачастую, при высокой степени загрязненности нефтепродуктами, на поверхности почвы образуется корка с низкой водопроницаемостью. Такая корка на поверхности исследуемого участка обнаружилась весной 2005 года после схода снежного покрова. После увлажнения эквивалентным слоем воды в 6 мм у почвы, загрязненной маслом, была отмечена низкая скорость инфильтрации (вода находилась на поверхности загрязненной почвы существенно большее время, чем на поверхности чистой почвы). После исчезновения поверхностной влаги измеренные значения радиояркостной температуры на всех длинах волн оказались на 3050 К ниже, чем у незагрязненной почвы.

В отличие от результатов летнего эксперимента предыдущего года загрязненная почва после полива является более "холодной", то есть ее яркостная температура мень-

ше, чем у чистой. Деструкция углеводородов приводит к тому, что через 2-3 года после зафязнения почва становится более рыхлой, толщина гидрофобного слоя уменьшается и характер суточных изменений радиояркосгной температуры подобен характеру ее изменения для рыхлопесчаных почв. Установленные в процессе исследования зависимости могут быть полезны при разработке алгоритмов выявлении областей загрязнения нефтепродуктами дистанционными радиометрическими методами.

В четвертой главе «Суточный ход радиояркостной температуры почв в процессах замерзания и оттаивания» приведены результаты исследования временного хода радиояркостной температуры в период весенних и осенних заморозков. В разделе 4.1 рассматриваются особенности временного хода радиояркостной температуры различных типов почв в процессах однократного и циклического замерзания - оттаивания. Сравнительный анализ данных, полученных на двух длинах волн, выявил различия в скорости изменения Тя в процессах замерзания и оттаивания. На рисунке 4

приведены данные о коэффициентах излучения, определяемых как х=Т,/Г, где Т— термодинамическая температура почвы. Значения коэффициента излучения измерены за время 5-ти циклов промерзания и 4-х циклов оттаивания на двух поляризациях. Значения коэффициентов излучения, приходящиеся на максимум осцилляции, отмеченные на рисунке 4 прозрачными треугольничками, приведены лишь для одного (5-го) цикла промерзания. Из-за различной глубины зондирования на начальном этапе промерзания коэффициент излучения на частоте 6,9 ГТц растет быстрее, чем на частоте 1,4 ГГц. В процессе оттаивания изменение коэффициента излучения на частоте 1,4 ГТц происходит быстрее, чем при промерзании, так как оттаивание промерзшего слоя происходит сверху и снизу и обе талые среды находятся в пределах глубины зондирования.

В разделе 4.2 описан процесс моделирования радиотеплового излучения в процессах промерзания-оттаивания и приведены его результаты. В процессе моделирования профиль диэлектрической проницаемости задавался выражением подобньм приведенному в [1]:

0,9 Ь(6,9 ГГц)

Рисунок 4 - Взаимосвязь коэффициентов излучения на частотах 1,4 ГГц (хО и 6,9 ГГц Оь). Темные квадратики - промерзание, горизонтальная поляризация, светлые кружки -отгаивани;, горизонтальная поляризация, светлые квадратики - промерзание, вертикальная поляризация, крестики - оттаивание, вертикальная поляризация, светлые треугольники - промерзание, вертикальная и горизонтальная поляризация (моменты осцилляций радиояркосгной температуры)

е(х) = (а,х2 +Ь,х + с1)+([а2хг +Ь2х + с1)-(а,х + Ь,х + с,^-

1

1 + ехр -

.(3)

где аI, Ь/, С/, а2, Ь2, с2 - коэффициенты при полиномах описывающих зависимость диэлектрической проницаемости мерзлой почвы (индекс 1) и незамерзшей почвы (индекс 2) от глубины, х - координата глубины, отсчитываемая от поверхности, хр - глубина промерзания, £) - параметр, определяющий толщины переходного, частично промерзшего слоя (переходный слой имеет толщину равную 100. Полиномы, описывающие зависимость КДП от глубины, строились с помощь рефракционной модели по экспериментально измеренному профилю влажности. Характерный вид профиля диэлектрической проницаемости в процессах замерзания и оттаивания приведен на рисунке 5. Низкие значения ¿(х) соответствуют промерзшему состоянию. Профиль 4 (в процессе оттаивания) имеет несколько большие значения ДП, что обусловлено

учетом неизотермического пе-

еТх)

16

| / 1, Г

' 1 / -1 11 /

100

50

100

X, мм

реноса влаги к холодному фронту. Проведенное моделирование показало принципиальную возможность оценки глубины и скорости промерзания по данным непрерывных радиометрических измерений, а так же влияние неизотермического переноса влаги к холодному фронту на радиояркостную температуру.

Как следует из данных приведенных на рисунке 6,

Рисунок 5 - Зависимость действительной части диэлектрической проницаемости почвы от глубины перед промерзанием (1) в процессе промерзания (2 - глубина промерзания 45 мм, 3-глубина промерзания 65 мм) и оттаивания (4) экспериментально измеренные значения толщины мерзлого слоя лежат между верхней и нижней границами переходного слоя, координаты которого получены при моделировании на частотах 1,4 и 6,9 ГГц. Границы переходного слоя определялись по координатам точек перегиба зависимости ДП от глубины.

В разделе 4.3 приведены результаты исследования временного хода радиоярко-стной температуры почвы, загрязненной нефтепродуктами, в процессах замерзания-оттаивания. Установлено, что максимумы радиояркостной температуры загрязненного участка сдвинуты на более поздние моменты времени относительно максимумов незагрязненного. Следовательно, скорость промерзания загрязненной почвы меньше, чем незагрязненной. Поскольку влажности почв были практически одинаковы, причиной меньшей теплопроводности загрязненной почвы является более высокая пористость.

В разделе 4.4. приведено описание дистанционного радиометрического метода определения связанной и свободной воды в почвах и оценки почвенных гидрологических констант. Как известно [4] вода в почве находится в двух состояниях: свободном и связанном. Свойства свободной и связан-

Рисунок 6 - Движение границ слоев в процессе промерзания ной воды сильно различаются, по данным эксперимента (1, 2) и восстановленная в процессе g частности связанная вода моделирования (3, 4) 1-Координаты нижней границы замерзшего слоя, 2 - координаты нижней границы опаявшего слоя, начинает замерзать при более 3-координаты нижней границы замерзшего слоя, 4 - коорди- низких температурах, а в диа-

наты нижней границы переходного слоя . - „^

^ пазоне от +20 до -5 "С ее ди-

электрическая проницаемость изменяется слабо. Если почва содержит некоторую объемную долю свободной воды WU=W-W„ где IV- полная объемная влажность, W, -максимальное содержание связанной воды в почве, то в соответствии с рефракционной моделью [4] комплексный показатель преломления п = V¿ = п+j'k незамерзшей почвы (е- КДП) можно определить следующим образом:

«i =»,+(».-\ywu, к, =к,+к„-Ж„ (4)

где п, и к, - действительная и мнимая части показателя преломления почвы при влажности почвы, равной W,; пш к„ - действительная и мнимая части показателя преломления свободной воды. В основу метода положена установленная нами зависимость между комплексным показателем преломления (КПП) почвы при влажности равной максимальному содержанию связанной воды (Wr) от величины этой влажности. Для иллюстрации частотной зависимости ниже приведены найденные уравнения регрессии для частоты 6,9 ГГц:

п, = 4,93 • W, +1,67, к, = 0,89 • W, + 0,1. (5)

В замерзшем состоянии комплексный показатель преломления почвы будет определяться следующим выражением

»2 =п, +{nc-\)-Wc, к2=к,+к C-Wc (6)

Пс, Кс - действительная и мнимая части показателя преломления льда, Wc= WJO, 917 объемная доля льда в почве.

Радиояркостная температура собственного излучения однородно увлажненной почвы, имеющей термодинамическую температуру Т, выражается соотношением (1). Значения коэффициента излучения при зондировании в надир (при гладкой поверхности) связаны с комплексным показателем преломления следующим образом:

9окт Юокт 11 окт 12окт Дата

х = 1-

й-Г п + \

(7)

Как видно из (4) при влажностях почвы больших {V„ показатель преломления почвы зависит как от IV, так и от \Уи. В этом случае для восстановления максимального содержания связанной воды необходимо определить содержание свободной воды №и или льда ТУС. Содержание свободной воды перед промерзанием или льда в замерзшей почве можно определить через разность значений коэффициентов излучения Ах талой и мерзлой почвы. Величина определяется выражением:

Дх = х2-х, =

«г-1 1 ц-1

л,+1 л, +1

(8)

где Х2, XI, ~ коэффициенты излучения замерзшей и талой почв соответственно, пг, л/ -показатели преломления мерзлой и талой почв соответственно.

Поскольку п, и к, входят в выражения как для так и для Хь поэтому А/ лишь слабо зависит от этих величин, а, следовательно, и от IV,, что позволяет осуществить параметризацию максимального содержания связанной воды ¡V,. Уравнение регрессии, полученное для определения объемной доли свободной воды для значения Щ= 0,15 на частоте 6,9 ГГц при угле зондирования 10° имеет вид.

1ГС = 1,97 ■ Ах7 + 0,81- &х + 5 ■ Ю~> (9)

Подобные уравнения могут быть получены для других значений угла зондирования и частоты. На рисунке 7 приведены графики, построенные для значений 0^=0,05, 15 и Иг=0,25. Таким образом, по экспериментально измеренной величине Ах можно найти значение И'., приняв качестве нулевого приближения для IV, значение, примерно равное среднему для всех типов почв (например, IV, =0,15). После этого по

измеренному значению коэффициента излучения промерзшей почвы и по первому приближению для 1УС с помощь графика (рисунок 8) можно найти первое приближение для максимального содержания связанной воды IV,, а затем уточнить количество льда \УС. Этот итерационный процесс можно продолжить до получения значений IV, и Шс ('или с заданной точностью. После этого можно определить значения полной влажности

Результаты эксперимента по проверке данного метода приведены в таблице 1. В строках 1, 2 приведены данные о почвах с разным содержанием гумуса (участки А.1, А.2), имеющих почти одинаковую полную влажность, но разные доли воды находящей-

Рисунок 7 - Зависимость содержания льда в почве от величин Щ, &х на частоте 6,9 ГГц. Угол зондиоования 10°

ся в связанном состоянии. Поэтому, измеренные значения коэффициентов излучения /2, XI существенно различаются, однако восстановленные из дистанционных измерений значения \У, и полной влажности \У мало отличаются от значений, измеренных лабораторным способом (см. таблицу 2). В строках 3-5 приведены результаты исследований одной и той же почвы, но в разных циклах промерзания-оттаивания. В процессе каждого цикла часть влаги из нижней части зондируемого слоя перемешалась вверх к холодному фронту и оказывала большее влияние на коэффициент излучения. Поэтому, в каждом следующем эксперименте коэффициенты х:, X/ уменьшаются, однако измеренные значения IV, и близки к значениям, полученным в лаборатории.

Таблица 1 -Результаты дистанционных измерений полной влажности почвы

№ экспери- № участка Частота, ГГц Угол зонд-я Коэфф. излуч. неза-мерзшей ПОЧВЫ /1 Коэфф. излуч. промерзшей ПОЧВЫДй £ А IV,, см3/см3 лабораторные измерения Ш, см3/см3 Дистанционные измерения

1 1 6,0 10 0,714 0,813 0,099 0,265 0,27

2 2 6,0 10 0,690 0,842 0,151 0,27 0,28

3 3 6,9 45 0,502 0,621 0,119 0,29 0,34

4 3 6,9 45 0,476 0,605 0,129 0,29 0,34

5 3 6,9 45 0,443 0,609 0,166 0,34 0,32

Почвенная константа IV, имеет статистическую связь с некоторыми другими почвенными константами. Величина влажности устойчивого завядания (ВУЗ) определялась из соотношения Ш = 0.931У, приведенного в работе [4]. В работе [2] показано, что величина }У/ статистически связана также с максимальной гигроскопичностью соотношением: IV, = л{МГ)5, где А и 8 - коэффициенты, зависящие от почвенно-климатической зоны.

Используя приведенные выше связи между максимальным количеством свободной воды и некоторыми гидрологическими константами, по данным дистанционных измерений были найдены значения влажности устойчивого завядания и максимальной гигроскопичности. Эти значения, в сопоставлении с данными прямых измерений, приведены в таблице 2. Значения влажностей представлены в объемных долях, пересчитанных из массовых долей с учетом плотности сухого сложения почвы, равной 1,2 г/см3.

..........Г"-УУс=0

< --кУс=0,10

: ... уис=о,2о

N N.

1«. «X . % Ч. • N.

0,75 0,80 0,85 0,90 X

Рисунок 8 - Связь максимального содержания связанной воды с коэффициентом излучения мерзлой почвы на частоте 6,9 ГГц при различном содержании льда 1УС. Угол зондирадания 1СР

Таблица 2 - Результаты оценки максимального содержания связанной воды и гидрологических констант по данным дистанционных измерений (1 - дистанционные данные, 2 - данные лабораторных измерений)

№ эксперимента № участка 1Г0 см3/см3 ВУЗ, см3/см3 МГ, см3/см3

1 2 1 2 1 2

1 1 0,16 0,17 0,15 0,14 0,093 0,088

2 2 0,11 0,10 0,10 0,08 0,072 0,065

3 3 0,15 0,13 0,14 - 0,089 0,065

4 3 0,14 0,13 - - - -

5 3 0,15 0,13 - - - -

Таким образом, экспериментальная проверка изложенной методики показала, что имеется возможность с приемлемой точностью определять раздельно количество связанной и свободной воды в почве. Это позволит повысить точность определения влажности микроволновым радиометрическим методом, а так же произвести достаточно точную оценку максимальной гигроскопичности и влажности устойчивого за-вядания дистанционным радиометрическим методом. В отличие от существующих способов определения данных констант предложенный метод отличается высокой производительностью и возможностью охвата измерениями больших площадей. При этом не происходит нарушения естественного сложения почвы, неизбежного при традиционных методах.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе, и сделаны выводы:

• Установлено, что в период интенсивного испарения амплитуды суточных колебаний радиояркостной температуры гумусной почвы больше амплитуд у малогумусной почвы в среднем в 1,2 раза на горизонтальной поляризации ив 1,3 на вертикальной.

• Установлено, что между экстремальными тачками суточного хода термодинамической температуры и коэффициента излучения имеется временной сдвиг, зависящий от влажности почвы и содержания органики в ней.

• Установлено, что временные и частотные зависимости радиояркостной температуры почвы загрязненной нефтепродуктами зависят от степени загрязнения и деструкции углеводородов.

• Впервые разработан метод раздельного определения связанной и свободной воды в почвах на основе данных микроволновой радиометрии, позволяющий повысить точность определения влажности дистанционным радиометрическим методом.

• Разработан дистанционный радиометрический метод определения влажности устойчивого завядания и максимальной гигроскопичности почв.

• Показана возможность восстановления толщины промерзшего слоя и скорости промерзания по данным непрерывных многочастотных радиометрических измерений при наличии априорной информации о влажности.

Основные результаты исследования отображены в следующих публикациях: Статьи в журналах перечня ВАК

1. П.П. Бобров, С.В. Кривальцевич, B.JI. Миронов, А.С. Ященко Влияние толщины промерзшего почвенного слоя на собственное радиотепловое излучение в диапазоне длин волн 3,611 см // Известия вузов. Физика"2006. - № 9. - С. 5-10.. 0,4 п.л., (авторских 25%).

I. П.П. Бобров, В.Л. Миронов, А.С. Ященко Дистанционный радиометрический метод определения некоторых почвенных гидрофгаичгских констант// Известия вузов. Физика - 2008, № 9/2. - С. 105-110. 0,4 п.л., (авторских 33%).

3. П.П.Бобров, С.В.Кривальцевич, А.С.Ященко Радиояркосгаые характеристики почв, загрязненных нефтепродуктами // Исследования Земли из космоса - 2008, № 5. - С. 3-8. 0,4 пл., (авторских 33%).

4. Bobrov P. P., Krivaltsevich S. V., Mironov V. L., and Jaschenko A. S. The Effect of Frozen Soil Layer Thickness On Thermal Emission at the wavelength 3.6-11 cm // Russian Physics Journal. - Vol. 49. -No. 9. - 2006. -P. 907-912.0,4 пл., (авторских 25%).

Патенты

5. Пат. 2331062 С1 Российская Федерация, МПК G01N 22/04 Способ определения влажности устойчивого завядания / Бобров П.П., Миронов В.Л., Ященко А.С., заявитель и патентообладатель Институт физики им. JI. В. Киренского Сибирского отделения РАН. - № 2006135882/09; заявл. 10.1006; опубл. 10.08.08, Бюп. №22.-7с. (авторских33%).

6. Пат. 2348924 С2 Российская Федерация, МПК G01N 22/04 Дистанционный радиофизический метод определения влажности почв / Бобров П.П., Миронов В.Л., Ященко А.С., заявитель и патентообладатель Омский государственный педагогический университет. - № 2006136482/09; заявл. 16.10.0$ опубл. 10.03.09, Бют. № 7.-0,7 пл. (авторских 33%).

Препринты

7. П.П. Бобров, B.JI. Миронов, OA. Ивченко, В.Н. Красноухова, А.С. Ященко Диэлектрическая спектроскопическая модель влажной почвы, использующая физические и гидрологические характеристики почв / Препринт Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН № 837 Ф2006. -16 с. 1 п. л., (авторских 20%).

Статьи в сборниках международных коферепций

8. Mironov V.L., Bobrov P.P., Ivchetiko O.A., Krivaltsevitsh S. V., Jaschenko A.S. Dynamic Radio-brightness for Drying Soils as a Function of Humus Conten // Proc. of IGARSS'2005. Seoul, Korea, 2005. 0,4 пл., (авторских 20%).

9. Mironov V.L., Bobrov P.P., Zhirov P. V., Krivaltsevitsh S. V., Jaschenko A.S., De Roo R.D. Radi-obrightness Dynamics of Freezing/Thawing Processes for Different Soils II Proc. of IGARSS'2006. Denver, Colorado. 31 July - 04 August 2006.4p. 0,4 ал., (авторских 15%).

10. Mironov V.L., P.P. BobrovP.P and Yashchenko A.S.. Radiometric Measurements of Maximum Bound Water Fraction in Soil II Proc. of PmRS'2009, Beijing, China 23 - 27 March 2009. 5p. 0,4 пл., (авторских 33%).

Статьи в сборниках отечественных конференций

II. П.П.Бобров, В. JL Миронов, А.С.Ященко, А.В. Богданов Суточная динамика коэффициента излучения и радиояркостной температуры на частотах 1,4 и 6,9 ГГц/ Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объекте®. Сборник научных статей. Выпуск 5. Том П. - М: ИКИ РАН, ООО «Азбука-2000», 2008. - С. 285-292. 0,4 п.л., (авторских25%).

Тезисыдокладов ва конференциях 12. П.П. Бобров, B.JI. Мцюнов, С.В. Кривальцевич, А.С. Ященко Изменение радиояркостной температуры при промерзании или оттаивании поверхностного слоя почв / Третья всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования

Земли го космоса»: Тезисы докладов. - Москва, ИКИ РАН, 14-17 ноября 2005 г. - С. 199.0,1 п.л., (авторских 25%).

13. П.П. Бобров, C.B. Кривалъцевич, A.C. Ященко Моделирование динамики радиояркостной температуры промерзающих и оттаивающих почв / Четвертая всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»: Тезисы докладов. - Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2006 г. - С.204.0,1 п.л., (авторских 33%).

14. .П.Бобров, В.Л.Миронов, И.В. Савин И.В., A.B. Репин, A.C. Ященко Суточная динамика радиояркостной температуры лесной почвы, покрытой хвойным опадом, на частотах 1,4 и 6,9 ГГц / Шестая всероссийская открытая конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»: Тезисы докладов. - Москва, ИКИ РАН, 10-14 ноября 2008 г. - С. 203. 0,1 п.л., (авторситх 20%).

Литература

1. Schwank M., StahliM., Wydler H., Leuenberger J., Mätzler С., Flühler H. Microwave L-Band Emission of Freezing Soil // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing.. - 2004. -V.42.-N.6.-P.1252-1260.

2. Бобров ПЛ., Ивченко O.A., Красноужва В.Миронов BJI. Спектроскопическая модель диэлектрической проницаемости почв, использующая стандартизированные гидрофизические показате.и // Исследование Земли из космоса. - 2008. №1.- С. 15-23.

3.БреховскихЛ.М. Волны в слоистых средах. - М.: Наука, 1973.343 С.

4. Миронов В.Л., Комаров С.А., Евтюшкин A.B., Рычкова Н.В. Комплексный эксперимент по измерению влажности почв на территории Алтайского полигона // Исследование Земли из космоса. - 1998. -№2. - С. 81-90.

5. Цейтлин Н.М. Антенная техника и радиоастрономия. -М:Сов. Радио, 1976.-415 С.

Ященко Александр Сергеевич Суточная динамика радиояркостной температуры почв в процессах испарения и инфильтрации, замерзания и оттаивания

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 30.04.2009. Формат бумаги 60x84 1/16. Печ. л. 1. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ Н 635 04 09.

Введение.

Глава 1. Водно-физические и радиофизические характеристики почв.

1.1 Основные гидрофизические характеристики почв.

1.1.1 Механический состав почвы.

1.1.2 Формы почвенной влаги.

1.1.3 Гидрологические константы.

1.1.4 Испарение с поверхности почв.

1.1.5 Миграция почвенной влаги при отрицательных температурах

1.2 Диэлектрические характеристики почв и влияние загрязнений.

1.2.1 Комплексная диэлектрическая проницаемость.

1.2.2 Модели КДП почвогрунтов.

1.2.3 Факторы, влияющие на КДП почвогрунтов.

1.3 Излучательные характеристики почв.

1.3.1 Равновесное тепловое излучение.

1.3.2 Модели радиотеплового излучения почвогрунтов.

1.3.3 Влияние поверхностных шероховатостей на величину коэффициента излучения.

1.3.4 Динамика радиояркостной температуры почв в процессах испарения, замерзания - оттаивания.

1.3.5 Исследование гидрофизических характеристик почв дистанционным радиометрическим методом в процессах испарения, замерзания-оттаивания.

1.4 Постановка задачи.

Глава 2. Методика проведения экспериментальных и модельных исследований.

2.1 Описание экспериментальной установки.

2.1.1 Радиометрический комплекс.

2.1.2 Тестовые участки.

2.2 Методика экспериментального исследования.

2.2.1 Калибровка радиометрического комплекса.

2.2.2 Расчет радиояркостной температуры участков.

2.2.3 Методика проведения натурных радиометрических измерений .,.

2.2.4 Расчет погрешности измерений.

2.3 Моделирование радиотеплового излучения почв.

Глава 3. Суточный ход радиояркостной температуры почв при положительных температурах.

Введение.

3.1 Временной ход радиояркостной температуры гумусной и малогумусной почв в процессе испарения и инфильтрации влаги.

3.2 Временной ход радиояркостной температуры почвы покрытой лесным опадом.

3.3 Временной ход радиояркостной температуры почвы загрязнённой нефтепродуктами на различных этапах деструкции углеводородов

Выводы.1.

Глава 4. Суточный ход радиояркостной температуры почв в процессах замерзания и оттаивания.

Введение.

4.1 Суточная динамика радиояркостной температуры почв в последовательных циклах промерзания-оттаивания.

4.2 Дистанционное определение глубины промерзания почвогрунтов

4.3 Суточная динамика радиояркостной температуры почв, загрязнённых нефтепродуктами, в процессах промерзания-оттаивания

4.4 Дистанционное определение связанной и свободной воды в почвах и оценка почвенных гидрологических констант.

Выводы.

Актуальность исследования

В настоящее время серьёзную экологическую, проблему представляет глобальное потепление климата и процессы, связанные с ним: изменяется среднегодовая температура, количество осадков, скорость и преимущественное направление ветра. Поскольку изменение указанных параметров приводит к довольно быстрому изменению структуры и качества почвы, возникает необходимость контроля за состоянием значительных площадей поверхности Земли.

Наиболее приемлемым и экономически выгодным способом контроля за состоянием почвы является использование технологий дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Основными преимуществами исследования почв дистанционным ' микроволновым методом являются глобальность, всепогодность, возможность получения информации в любое время суток.

В последние годы проводятся и планируются к проведению^ серии крупномасштабных экспериментов по исследованию влажности, почвы. Основной целью этих экспериментов является оценка. возможности дистанционного картирования влажных почв в планетарном масштабе с помощью радиометров сантиметрового и дециметрового диапазонов, установленных на космических аппаратах (программы SMOS и Aquarius). Большую роль в повышении точности определения влажности играет информация о гидрофизических и диэлектрических свойствах разных, в том числе и загрязнённых, почв, поэтому исследование методов, позволяющих оценивать эти свойства почв дистанционными радиометрическими методами, является актуальными.

При повышении температуры уменьшается среднегодовой период с отрицательными среднесуточными температурами, происходит уменьшение сроков нахождения почв в замёрзшем состоянии. Вследствие того, что процессы замерзания и оттаивания в арктических районах определяют до половины теплового баланса, актуальная информация об указанных процессах представляет интерес для моделирования климата и изучении потоков тепла и влаги между подстилающей поверхностью и атмосферой.

Проведенные нами исследования показали возможность дистанционной оценки почвенных гидрологических констант, наличия загрязнителей (нефтепродуктов) на разных этапах деструкции, а также позволили разработать метод дистанционного определения связанной и свободной воды.

Цель исследования заключалась в разработке дистанционных радиофизических методов исследования гидрофизических характеристик почв.

Объектом исследования является суточная динамика излучательных характеристик разных почв в процессах испарения и инфильтрации, промерзания и оттаивания.

Задачи диссертационной работы:

• Исследовать суточный ход радиояркостной температуры различных почв в процессах испарения и инфильтрации, промерзания и оттаивания.

• Провести долгосрочные исследования радиофизических характеристик почв, загрязнённых нефтепродуктами в процессе деструкции углеводородов.

• Разработать численные модели суточного хода радиояркостных температур почв в естественных процессах.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационном исследовании, заключается в следующем:

• Показано, что амплитуда суточных колебаний радиояркостной температуры почв в сантиметровом диапазоне, временной сдвиг максимумов или минимумов коэффициента излучения относительно максимумов или минимумов термодинамической температуры определяются влажностью почвы и содержанием органики.

• Впервые установлено влияние степени деструкции углеводородов почвы, загрязнённой нефтепродуктами, на временные и частотные зависимости радиояркостной температуры.

• Впервые разработан дистанционный радиометрический метод раздельного определения количества свободной и связанной воды в почвах.

• Разработаны и запатентованы методы более точного определения влажности и оценки почвенных гидрологических констант: влажности устойчивого завядания и максимальной гигроскопичности, используя данные радиометрических измерений до и после промерзания.

• Впервые разработан способ оценки скорости увеличения толщины промерзающего слоя при наличии априорной информации о влажности почвы перед промерзанием.

Положения, выносимые на защиту:

• Экспериментально измеренные характеристики суточных колебаний радиояркостных температур (амплитуда и временные сдвиги между коэффициентом излучения и радиояркостной температурой) в сантиметровом диапазоне.

• Экспериментально измеренные частотные зависимости радиояркостной температуры почв, загрязнённых нефтепродуктами, зависящие от степени деструкции углеводородов, входящих в состав загрязнителей.

• Дистанционный радиометрический метод раздельного определения связанной и свободной воды в почвах.

• Способ повышения точности определения влажности почв дистанционным радиометрическим методом, основанный на измерении радиояркостной температуры до и после промерзания.

• Дистанционный радиометрический метод определения влажности устойчивого завядания и максимальной гигроскопичности почв.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов для развития алгоритмов дистанционного восстановления гидрофизических характеристик почвогрунтов, и повышения точности определения влагосодержания почв, что в свою очередь может найти применение в сельском хозяйстве, метеорологии, климатологии.

Включённые в диссертацию результаты получены автором при выполнении работ в рамках: НИР, включенных в план Минобразования (per. № 01.2.00 316426, № 01.2.00 01819), проекта "Разработка методов космической радиолокации и радиометрии территории Сибири" по Федеральной целевой программе «Интеграция» (per. № 01.2.00 316402) в течении 2002-2003 гг., НИР "Разработка новых высокоинформативных методов и программно-аппаратных средств микроволновой радиометрии для мониторинга биогеохимических циклов приполярных территорий Сибири шифр 2005 РИЛ2.0/001/008

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов и подходов, подтверждается согласием расчётных и измеренных значений, строгим учётом погрешностей, совпадением ряда экспериментальных данных, с данными полученными другими исследователями.

В Главе 1 «Водно-физические и радиофизические характеристики почв» приводится обзор литературы по гидрофизическим характеристикам почв, влияния.

В разделе 1.1 рассмотрены гидрофизические характеристики различных типов почв, влияние на них содержания гумуса, рассматриваются особенности миграции влаги при положительных и отрицательных температурах.

В разделе 1.2 дано описание основных моделей комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) естественных почвогрунтов. Приведены литературные данные о влиянии на КДП почв гранулометрического состава, содержания гумуса, различных загрязнений; изменении КДП при отрицательных температурах .

Основные результаты и выводы работы можно кратко сформулировать следующим образом:

• Экспериментально установлено, что в период интенсивного испарения амплитуды суточных колебаний радиояркостной температуры гумусной почвы больше амплитуд малогумусной почвы в среднем в 1,2 раза на горизонтальной поляризации и в 1,3 на вертикальной.

• Установлено, что между экстремальными точками суточного хода термодинамической температуры и коэффициента излучения имеется временной сдвиг, зависящий от влажности почвы и содержания органики в ней.

• Установлено, что временные и частотные зависимости радиояркостной температуры почвы, загрязнённой нефтепродуктами, зависят от степени загрязнения и деструкции углеводородов.

• Впервые разработан метод раздельного определения связанной и-свободной воды в почвах на основе данных микроволновой радиометрии, позволяющий повысить точность определения влажности почвы дистанционным радиометрическим методом.

• Разработан дистанционный радиометрический метод определения влажности устойчивого завядания и максимальной гигроскопичности почв.

• Показана возможность восстановления толщины промёрзшего слоя и скорости промерзания по данным непрерывных многочастотных радиометрических измерений.

Заключение

1. Публикации автора

2. А1. Mironov V.L., Bobrov P.P., Ivchenko О.A., Krivaltsevitsh S.V., Jaschenko A.S. Dynamic Radiobrightness for Drying Soils as a Function of Humus Conten // Proc. of IGARSS'2005,Seoul, Korea. 2005.

3. А4. Mironov V.L., Bobrov P.P., Zhirov P. V., Krivaltsevitsh S. V., Jaschenko A.S., De Roo R.D. Radiobrightness Dynamics of Freezing/Thawing Processes for Different Soils //Proc. of IGARSS'2006. Denver, Colorado. 2006.

4. Effect of Frozen Soil Layer Thickness On Thermal Emission at the wavelength3.6-11 cm // Russian Physics Journal. Vol. 49. - No. 9. - 2006. - P. 907-912.

5. А20. 77.77. Бобров, В.Л. Миронов, A.C. Ященко Дистанционный радиометрический метод определения» некоторых почвенных гидрофизических констант // Известия вузов. Физика. 2008. - № 9/2. — С. 105-110.

6. А21. П.П.Бобров, С.В.Кривалъцевич, А.С.Ященко Радиояркостные характеристики почв, загрязнённых нефтепродуктами // Исследования Земли' из космоса. 2008. - № 5. - С. 3-8. :

7. А25. Пат. 2348924 С2 Российская Федерация, МПК G01N 22/04t

8. Дистанционный радиофизический метод определения влажности почв / Бобров П.П., Миронов B1JI., Ященко A.C., заявитель и патентообладатель Омский государственный педагогический университет. № 2006136482/09; заявл. 16.10.06; опубл. 10.03.09, Бюл. №7.-9 с.

9. А26. V.L. Mironov, P.P. Böbrov and A.S. Yashchenko. Radiometric Measurements of Maximum Bound Water Fraction in Soil // Proc. of PIERS'2009, Beijing, China. 2009.

10. Ahuja L. R., Wendroth О., Nielson D. R. Relationship between the initial drainage of- surface soil and average profile saturated hydraulic conductivity // Soil Sciences Society of America Journal. 1993. - V.57. - P! 19 - 25.

11. Archer F., Shutko A., Coleman Т., Perez A. Sensitivity of a bare soil microwave radiation at L and C-band to variation in soil moisture1 and soil temperature: the Huntsville'98 experiment // Proc. of IGARSS'03, Tououse, France.-2003.

12. Bobrov P.P., Galeyev O. W. Observed Effects of Soil Humus & Salt Contents on the Microwave Emissivity of Soils // Proc. of IGARSS 2000; Honolulu; Hawaii;, USA.-200K

13. Bruckler L., Witano H.\ Stengel P. Near surface soil moisture estimation from microwave measurements // Remote Sens. Environment. — 1988. V.26. - P. 101-121.

14. Burke E.J., Gurnev R.J., Simmonds L.P., О'Nell P.E. Using modeling approach to predict soil hydraulic properties from passive remote sensing // IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing. 1998. - V.36. - N.2. - P. 454-462.

15. Chanzy A., Raju S., Wigneron J.P. Estimation of soil microwave effective temperature at L and С bands // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1997. - V.35. - N.3. - P. 570-580.

16. Choudhury B.J., Schmugge T.J., Chang A., Newton R. W. Effect of surface roughness on the1 microwave emission from soils // J. of Geophysical Research. -1979; V.84. - N.C9. - P. 5699-5706.

17. Choudhury B.J., Schmugge T.J., Mo T. A parameterization of effective soil temperature for microwave emission // J. of Geophysical Research. 1982. - V.87. -N.C2.-P. 1301-1304.

18. Crosson JV.L.,' Laymon C.A., Ingicva R., Bowman C. Comparison of two Microwave radiobrightness models and validation with field measurements // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2002. - V.40. - N. 1 - P. 143-152.

19. Dobs on M.C., Ulaby F.T., Hallikainen M.T., El-Ray es M. A. Microwave dielectric behavior of wet soil part 2: dielectric mixing models // IEEE Trans, on Geosci and Remote Sens. - 1985.-V. GE-23. -N.l. - P. 25-34.

20. Grant J. P., Wigneron J.-P., Van de Griend A.A., et al. A field experiment on microwave forest radiometry: L-band signal behaviour for varying conditions of surface wetness //Remote Sens. Environ. -2007. V. 109. N.l. - P. 10-19.

21. Kârkkàinen K., Shivola A.H., Nikoskinen K. Analysis of a three-dimensional dielectric mixture with finite difference method // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2001. - V.39. -N.5. -P. 1013-1018.

22. Kong J.A., Lin S.T., Ching S.L. Microwave thermal emission from periodic surfaces // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1984. - V. GE-22. -N.4. - P. 377-382.

23. Lion Y.A., England A. W. A land-surface process / radiobrightness model with coupled heat and moisture transport for prairie grassland // IEEE Transactions on • Geoscience and Remote Sensing. 1999. - V.37. -N.4. -P: 1848-1859.

24. Liu S.F., Liou Y.A., Wang W.J., Wigneron J.P., Lee J.B. Retrieval of crop biomass and soil moisture from measured 1.4 and 10.65 GHz brightness temperatures // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. — 2002. -V.40.-N.6-P. 1260-1268.

25. Mattikalli N.M., Engman E.T., Jackson T.J. Microwave remote sensing of soil moisture for estimation of soil properties // Proc. of IGARSS'97, Singapore. 1997.

26. Mironov V.L., Bobrov P.P. Soil dielectric spectroscopic parameters dependence on humus content // Proc. of IGARSS'03, Tououse, France. 2003.

27. Mironov V.L., Bobrov P.P., Mandrygina V.N. Bound water spectroscopy for the . soils with varying mineralogy // Proc. of IGARSS'04, Anchorage, USA. 2004.

28. Mironov V.L., Dobson M.C., Kaupp V.H., Komarov S.A., Kleshchenko V.N. Generalized refractive mixing dielectric model for moist soils // Proceed, of IGARSS'02 Toronto, Canada. 2002.

29. Mironov V. L., Komarov S. A., Bogdanov A. A.,. Komarov A. S, Scherbinin V. V. Measurement and' Simulation of Diurnal Radiobrightness Variations for a Bare Unfrozen Soil//Proc. of IGARSS'97, Singapore. 1997.

30. Mo. T., Schmugge T.J. A parameterization of the effect of surface roughness on microwave emission // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1987. - V.GE-25. -N.7 - P. 481-486.

31. Newton R. W., Black O.R., Makanvand S., Blanchard A. J., Jean B.R. Soil moisture information and thermal microwave emission // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1982. - V.GE-20. - N.3 - P. 275-280.

32. Njoku E.G., Kong J.A. Theory for passive microwave remote sensing of near-surface soil moisture // J. of Geophysical Research. 1977. — V.82. -N.20.-P. 3108-3118.

33. Njoku E.G., Li L. Retrieval of land surface parameters using passive microwave measurements at 6-18 GHz // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1999. - V.37. -N.l - P. 79-93.

34. Ohlidal I. Reflectance of multilayer systems with randomly rough boundaries • // Optics communications. 1989. - V.71. -N.6. - P. 323-326.

35. Paloscia S., Macelloni G., Santi P., Ranzi R., Barontini S. Microwaveradiometric measurement of hydrological parameters in mountain areas // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2002. — V.40. — N.12 — P. 1876-1882.

36. Pampaloni P., Paloscia S., Chiarantini L. et al. Sampling depth of soil moisture content by radiometric measurement at 21 cm wavelength: Some experimental results //Int. Journal of Remote Sens. 1990. - V.l 1. - P. 1085-1092.

37. Pampaloni P., Macelloni G.,. Paloscia S, Tedesco M. Multi-Frequency Microwave Emission from Wet Snow: Comparison of Experimental Results and Model'Simulations // Proc. of IGARSS'01 Sydney, Australia. 2001.

38. Pulliainen J. and Hallikainen M. Estimation of Areal Snow Water Equivalent from Space-Borne Microwave Observations // Proceed, of IGARSS 2000, Honolulu, Hawaii, USA. 2001.

39. Raju S., Chanzy A., Cavet J.C. et al. Soil moisture and temperature profile effects on microwave emission at low frequencies // Remote Sens., Environ. — 1995. — V.54. P.85-97.

40. Schmugge T.J., Choudhury B.J. A comparison of radiative transfer model for predicting the microwave emission of soil // Radio Sci. 1981. - V. 16. - P.927-93 8.

41. Schmugge T.L. Effect of texture on microwave emission from soils // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1980. - V.GE-18. - N.4. — P.-353 - 361.

42. Schneeberger K., Stamm C., Matzler C., Fliihler H. Estimating Soil Hydraulic Properties from Time series of L-band Measured Water Contents // Proc. of IGARSS'03, Tououse, France. 2003.

43. Schwank M., Stahli M., Wydler H., Leuenberger J., Matzler C., Fliihler H. Microwave L-Band Emission of Freezing Soil // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2004. - V.42. -N.6. - P. 1252-1260.

44. Schwank M., Guglielmetti M., Matzler C., Fliihler H. Testing a New Model for the L-Band Radiation of Moist Leaf Litter // IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing. 2008.-V.46.-N.7-P.1982-1992.

45. Shutko A.M., Reutov E.A. Mixtures formulas applied in estimation of dielectric and radiative characteristic of soils and grounds at microwave frequencies // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1982. - V.GE-20. - N.l. -P.29-31

46. Skon N. Accurace antenna reflector for radiometer calibration budget // Proc. of IGARSS'96 Lincoln, Nebraska USA. 1996.

47. Tsang L., Newton R. W. Microwave emission from soils with rough surfaces // J. of Geophysical Research. 1982. - V.87. - N.l 1. - P. 9017-9024.

48. Ulaby F. T., Moor R.K., Fung A.K. Microwave remote sensing system. Active and passive. V. 1,2,3. Washington. Artex Hanse. 1986.

49. Van de Griend A.A., O'Neil P.E. Discrimination of hydraulic properties by combined thermal infrared and microwave remote sensing // Proc. of IGARSS'86. Zurich. -1986.

50. Wang J. R. and Choudhury B. J., Remote sensing of soil moisture content over bare field at 1.4 GHz frequency // J. Geophys. Res. 1981. - V.86. - N.C.6: -P.5277—5282.

51. Wang JR., Schmugge T.J. An empirical model for the complex dielectric permittivity of soils as a function of water content // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1980. - V.GE-18. - N.4. - P. 288 - 295.

52. Wegmiiller U., Matzler C. Rough bare soil reflectivity model // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1999. - V.37. -N.3 -P. 1391-1395.

53. Wermuller U., Matzler C., Schanda E. Microwave Signatures of Bare Soil // Adv Space Res. 1989. - V.9. - N.l. - P.1391-1395.

54. Wigneron J-P, Kerr Y, Laguerre A simple Parameterization of the L-Band Microwave Emission from rough Agricutural soil // IEEE Transactions on Geoscince and Remote Sensing. 2001.-V.39-N.8i-P. 1697-1707.

55. Wilheit T. T., Radiative transfer in a plane stratified dielectric // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. —1978. — V.GE-16.—N.2 — P. 138-143.

56. Wobshall D. A Theory of the complex dielectric permittivity of soil containing water: the semidisperse model // IEEE Trans Geoscience Electronics. -1977. V.GE-15. - N.l. - P. 49-58.

57. Yuei-An Liou, A. W. England A Land-Surface Process Radiobrightness Model with Coupled'Heat and Moisture Transport for Freezing Soil // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1998. - V.39: - N.2. - P.669-677.

58. Zuerndorfer В., England A. W. Radiobrightness Decision Criteria for Freeze/Thaw Boundaries // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1992. - V.30. -N.2. - P:89-103.

59. Андрианов П. И. Температура замерзания грунтов. СОПС АН СССР.- 1936.

60. Арманд Н.А. Дистанционные методы изучения земной поверхности и атмосферы Земли в СВЧ диапазоне радиоволн // Исследования- Земли из космоса.- 1980.-№ 1.-С. 95-105.

61. Арманд Н.А., Башаринов А.Е., Бородин и др. Радиофизические методы дистанционного изучения' окружающейг среды / Проблемы современной радиотехники и электроники. М; Наука, 1980; - 480 С.

62. Арманд Н.А., Крапивин В.Ф., Мкртчан Ф.А. Методы обработки данных радиофизического исследования окружающей среды. М.: Наука, 1978; - 270 С.

63. Башаринов А.Е., Гуревич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука. - 1974. - 187 С.

64. Башаринов А.Е., Шутко A.M. Измерение влажности покровов методами сверхвысокочастотной радиометрии // Метеорология и гидрология. 1971. — №9.-С. 17-23.

65. Башаринов А.Е., Шутко A.M. Определение влажности земных'покровов методами СВЧ-радиометрии (обзор) // Радиотехника и электроника. 1978. -Т.23\ — № 9. — С. 1778'.

66. Бобров П.П. Микроволновое зондирование почв юга Западной Сибири: Дис. . докт. физ. мат. наук. Омск, 1999. - 329 С.

67. Бобров ПЛ., Беляева Т.А., Kpaeijoe Ю.А., Тихонов В.В. Исследование испарения с поверхности почв методом микроволновой радиометрии / М.: Препринт ИКИ РАН. Пр-2006. 1999. - 43 С.

68. Бобров ПЛ., Беляева Т. А., Шестопалов Ю.К., Щеткин И.М. Особенности сверхвысокочастотного излучения периодически неровных почв // Радиотехника и электроника. 2000. - т.45. - №10. — С. 1178 - 1186.

69. Бобров ПЛ., Галеев О.В. Динамика радиояркостной температуры почв с различным содержанием гумуса // Исследование Земли из космоса. 2001. -№4. - С. 74 - 80.

70. Бобров ПЛ., Галеев О.В., Убогое В.И. Моделирование испарения почвенной влаги с учетом влияния гумуса на гидрофизические свойства почв и на динамику собственного радиотеплового излучения // Омский научный вестник. 2003. - №2. - С. 84 - 87.

71. Бобров /7.77., Гидлевский A.B., Кулъмаметъев P.A., Павленко В.И., Сологубова Т.А., Эткнн B.C. Определение профилей влажности почвы по результатам многочастотных поляризационных радиотепловых измерений \ М.: Препринт ИКИ АН СССР. -Пр-1256. 1987. - 17 С.

72. Бобров ПЛ., Ивченко O.A., Кривалъцевич C.B. Исследование почвенной структуры методом двухчастотной микроволновой радиометрии // Исследование Земли из космоса. 2005. - №2. - С. 82-88.

73. Бобров 77.77., Кулъмаметъев P.A., Павленко В.И., Сологубова Т.А., Эткин B.C. О возможности распознавания профилей влажности по данным двухчастотных поляризационных измерений // Метеорология и гидрология. -1987.-№7.-С. 102- 106.

74. Бобров П.П., Ивченко O.A., Красноухова В.Н., Миронов B.JI //Исследование Земли из космоса. 2008. №1. - С. 15-23.

75. Бордонский Г.С. Электромагнитное излучение криогенных природных сред. дисс. докт. ф.-м. наук. Чита. 1994. 321С.

76. Боярский Д.А., Тихонов B.B. Влияние связанной воды на диэлектрическую проницаемость влажных и мёрзлых почв / М.: Препринт ИКИ РАН! Пр-2084. - 2003. - 48 С.

77. Боярский Д.А., Тихонов В.В. Учет диэлектрических свойств связанной воды при моделировании эффективной диэлектрически проницаемости влажных почв в СВЧ-диапазоне // Радиотехника и электроника. — 1998. -Т.43. №4. С. 446-454.

78. Бреховских B.JI. Применение статистической модели слоистой, среды для расчета теплового излучения ледяных покровов // Исследование Земли из космоса. 1984. - №4. - С. 33-38.

79. Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 343 С.

80. Будаговский А.И. Испарение почвенной влаги. М.: Наука. 1964. 243С.

81. Ванюдина А. Ф: Корчагина 3. А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. - 416 С.

82. Воронин АД. Основы физики почв. М.: МГУ, 1986. - 243С.

83. Габуда С. П. Связанная вода. Факты и гипотезы. — Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1982. — 160 с.

84. Гайкович К.П., Снопик Л.М., Троицкий A.B. Вертолётные радиометрические измерения тонкого озёрного льда и нефтяной плёнки на озёрах и грунте // Изв. вузов. Радиофизика. 1995. - Т.38. - №11. - С. 11051117.

85. Гамаюнов Н. И, Гамаюнов С. Н. Влагоперенос при промерзании почвогрунтов // Почвоведение. 2000. - № 3. — С. 297-308.

86. Гершензон В.Е., Ирисов В.Г., Трохимовский Ю.Г., Эткин B.C. Азимутальные эффекты при критических явлениях в тепловом радиоизлучении шероховатой1 поверхности \ М.: Препринт ИКИ АН СССР. -Пр-1104.- 1986.-23 С.

87. Гершензон В.Е., Райзер В.Ю., Эткин B.C. Влияние мелкомасштабных неровностей на распространение волн через границу раздела двух сред. // ДАН СССР. — 1982. Т.263. - № 4. - С. 859-861.

88. Гершензон Е.М., Райзер Б.Ю., Эткин B.C. Метод переходного слоя в задаче о тепловом излучении, шероховатой поверхности // Изв. вузов. Радиофизика. 1982. -№.11. - С. 1279 - 1284.

89. Глобус A.M. Почвенно гидрофизическое-обеспечение агроэкологических математических моделей. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 427 С.

90. Добровольский В. В. География почв с основами почвоведения. — М.: Просвещение, 1976. — 288 С.

91. Иванов Н. С. Тепло- и массоперенос в мёрзлых горных породах. — М: Наука, 1960. 160 С.

92. Ильин В.А., Сосновский Ю.М. Лабораторные исследования влияния засоления на диэлектрические свойства песка в СВЧ диапазоне волн // Радиотехника и электроника. 1995. - Т. 40 №1. С.48-54.

93. Калюжный ИЛ. Лавров С. А. О влиянии промерзания почвы на её плотность // Метеорология и гидрология. — 2001. — №3. — С.91-102.

94. Квливидзе В. И, Краснушкин А. В., Злочевская Р. И. Поверхностные плёнки воды в дисперсных структурах. М: МГУ. - 1988

95. Клепиков И.Н., Парков- Е.А. Теоретическое изучение собственного-излучения резконеоднородных неизотермических сред // Исследование Земли из космоса. 1992. - № 6. - С. 3-15.

96. Клещенко В.Н. Исследование диэлектрических свойств влажных и> засоленных почвогрунтов при положительных и отрицательных температурах.: дис. .канд. физ-мат. наук.Барнаул. 2002. 198 О.

97. Клещенко В.Н., Комаров С.А., Миронов В.Л. Диэлектрические характеристики вещества хвойного опада // Радиотехника и электроника. 2000. -Т. 47.-№11.

98. Комаров С.А., Миронов В.Л. Микроволновое зондирование почв. -Новосибирск: Научно-издательский центр СО РАН, 2000. — 289 С.

99. Кондратьев К.Я., Мелентьев В.В., Рабинович Ю.И., Шульгина Е.М. Определение некоторых физических характеристик поверхностного слоя почвы по радиотепловому излучению // Доклады Академии наук СССР! -1973.-Т. 208.-№2.-С. 342-345.

100. Кондратьев К.Я., Рабинович Ю:М., Шульгина Е.М., Мелентъев В.В. Дистанционное определение запасов продуктивной влаги в почве // Метеорология и гидрология. 1977. — N.6. - С.78 - 89.

101. Кравцов Ю.А., Мировская Е.А., Попов А.Е., Троицкий И.А., Эткин B.C. Критические явления при тепловом излучении периодически неровной водной поверхности // Изв. АН.СССР, Физ. атм. и океана. 1978. - Т.14. -№. 7.-С. 733 -739.

102. Левин М.Л., Рытое С.М. Теория равновесных тепловых флуктуаций в электродинамике. М'.: Наука, 1967. - 308 С.

103. Леонтович М. А. Введение в термодинамику. М: Наука 1952. - 480 С.

104. Лещанский Ю.И., Дробышев А.И., Электрические параметры песчано-глинистых грунтов в диапазоне УКВ и СВЧ в зависимости от влажности и температуры // Пробл. распростр. и дифракц. эл.магн. волн. М.: МФТИ. -1995.-С. 4-28.

105. Мандрыгина В.Н. Диэлектрическая* проницаемость почв с различным содержанием гумуса и влияние на, неё гидрофобных и гидрофильных загрязнителей: Дис. . канд. физ. мат. наук. Омск. 2004. - 165 С.

106. Методы расчета водных балансов / Иод ред. А.А.Соколова и Т. Чапмена. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. — 120 С.

107. Миронов В.Л., Комаров С.А., Евтюшкин A.B., Рычкова Н.В. Комплексный эксперимент по измерению влажности почв на территории Алтайского полигона // Исследование Земли из космоса. 1998. - №2. - С. 81-90.

108. Миронов В.Л., Комаров С.А., Рычкова Н.В., Клещенко В.Н. Изучение диэлектрических свойств влажных почвогрунтов в СВЧ-диапазоне. // Исследование Земли из космоса. 1994. - №4. - С. 18-24.

109. Мичурин Б.Н. Энергетика почвенной влаги. — Л:: Гидрометеоиздат, 1975.-140 с.

110. Мишон В.М. Гидрофизика. Воронеж: ВГУ. 1979. - 308 С.

111. Почвоведение / Под. ред. И.С. Кауричева. М: Агропромиздат, 1989.-719 с.

112. Реутов Е.А. СВЧ-излучение неоднородно увлаженных засоленных почв // Исследования Земли из космоса. 1990. — № 6. - С. 87-96.

113. Реутов Е.А., Шутко A.M. Определение неоднородно увлажненных грунтов с поверхностным переходным слоем по данным спектральных СВЧ-радиометрических измерений // Исследование Земли из космоса. 1986. -№.1.-С. 71 -78.

114. Роде A.A. Основы учения о почвенной влаге. Т.1. - Л.: Гидрометеоиздат. 1965. — 663 с.

115. Романов А.Н. Влияние минералогического состава на диэлектрические* свойства дисперсных смесей в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2003. - Т.48. - №5. - С. 537-544.

116. Савельев Б. Л. Физико-химическая механика мёрзлых пород. — М: Агропромиздат 1989. 180 с.

117. Сологубова Т.А. Эткин B.C. К вопросу об учете свойств связанной влаги при дистанционном определении влажности почвы // Исследование Земли из космоса. 1985'. - №.4. - С. 112 - 115.

118. Фельдман Г.М. Передвижение влаги в талых и промерзших1 грунтах. — Новосибирск: Наука, 1988. 258 С.

119. Цейтлин Н.М'. Антенная техника и радиоастрономия. М::Сов. Радио, 1976.-415 С.

120. Цытович Н. А. Механика мёрзлых почвогрунтов. М: Высшая школа, 1973.-478 С.

121. Чухланцев A.A. Рассеяние и поглощение СВЧ излучения* элементами растений // Радиотехника и электроника. - 1986. - Т.31. - №6. - С. 1095 - 1104.

122. Чухланцев A.A., Шутко A.M. Об учете влияния растительности при дистанционном СВЧ-радиометрическом зондировании земных покровов // Исследование Земли из космоса. 1988. - №2. — С. 67-72.

123. Чухланцев Алексей. А. Крапивин В. Ф. Халдин А. А., Чухланцев Александр А. Поляризационные характеристики микроволнового излучения сухого снега // Исследование Земли из космоса. 2007. - №5. - С. 11-19.

124. Шарков Е.А. Анализ и развитие релаксационных моделей диэлектрических свойств воды для задач дистанционного зондирования // Исследование Земли из космоса. 1995. — №6. - С. 18-27.

125. Шутко A.M. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. -М.: Наука.- 1986.- 190 с.

126. Шульгина Е.М. Радиоизлучательная способность почвы с линейно-неоднородными характеристиками почвы / Труды ГТО им. А.И.Воейкова. — Л.: Гидрометеоиздат. 1973. - Вып. 295. - С.98-107.

127. Шульгина Е.М. Радиоизлучение вертикально неоднородной среды / Труды ГГО им. А.И.Воейкова Л.: Гидрометеоиздат. — 1976. - Вып. 331. — С.64-72.