СВЧ радиометрия растительных покровов

Чухланцев, Александр Алексеевич

СВЧ радиометрия растительных покровов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Чухланцев, Александр Алексеевич АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «СВЧ радиометрия растительных покровов»

Автореферат диссертации на тему "СВЧ радиометрия растительных покровов"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

ЧУХЛАНЦЕВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСЕЕВИЧ СВЧ РАДИОМЕТРИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОКРОВОВ

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА-2004

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте радиотехники и электроники Российской академии наук

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Козлов А.И.

Доктор физико-математических наук Козодеров В.В.

Доктор физико-математических наук, профессор Кутуза Б.Г.

Ведущая организация: Институт космических исследований РАН

Защита состоится 17 декабря 2004 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д.002.231.02 при Институте радиотехники и электроники РАН в конференц-зале института по адресу: 125009, Москва ГСП-9, ул. Моховая 11, корп. 7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института радиотехники и электроники РАН

Автореферат диссертации разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,^ доктор физико-математических наук

А.А. Потапов

HS-9Y1

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Диссертационная 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.

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. Несмотря на то, что ряд основных результатов диссертационной работы получен и опубликован достаточно давно, их актуальность и интерес к проведению исследований в данной области не только не ослаб, но и существенно вырос в последнее десятилетие. Данный факт объясняется, во-первых, важностью самого объекта исследований в общей системе дистанционного экологического мониторинга поверхности суши и, во-вторых, возросшими техническими возможностями СВЧ радиометрических средств дистанционного зондирования с космических носителей. Действительно, влажность почвы и растительный покров играют ключевую роль в гидрологическом цикле, в процессах переноса влаги и энергии на границе поверхности суши и атмосферы вследствие испарения, инфильтрации и транспирации. Применение СВЧ радиометрических средств с космических носителей требует разработки систем с высоким пространственным разрешением для получения радио изображений земной поверхности. В современных и проектируемых космических системах это достигается с помощью многолучевых антенн, электронного сканирования с использованием больших антенн, синтезирования апертуры приемных антенных систем. Крупные международные проекты, включающие глобальный мониторинг влажности почвы и гидрологического состояния поверхности суши, как осуществленные («Природа», EOS Aqua), так и планируемые (SMOS), показывают, что вопрос о применении СВЧ радиометрических методов дистанционного зондирования системы почва - растительность все больше переходит из области теоретических изысканий в плоскость практического применения. В связи с этим необходимо разрабатывать методики определения параметров почвы и растительного покрова по данным дистанционного СВЧ радиометрического зондирования и проверять эти методики на практике. Поэтому опыт подобной работы, накопленный автором и его коллегами за последние три десятилетия, может быть весьма полезным.

Основной целью работы является следующее:

• разработка основ теории распространения электромагнитных волн СВЧ диапазона в растительных покровах и, в связи с этим, развитие теории распространения волн в случайно-неоднородных средах;

• создание теории СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, которая являлась бы основой для интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования системы почва-растительность;

• разработка на базе этой теории методик определения по данным СВЧ радиометрических измерений параметров почвы (в основном, влажности почвы) при наличии растительного покрова и биометрических поктатрпрй гямпй растительности.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С Пел

о* toa

flVIKKA

Основные результаты работы, степень их новизны.

Автором предложен ряд оригинальных методик для измерения характеристик ослабления СВЧ излучения в растительных средах с борта самолета, наземных передвижных установок и в лабораторных условиях. Указанные методики нашли применение в работах многих исследователей.

Автором впервые предложены и теоретически и экспериментально обоснованы модели СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, которые являются в настоящее время основой для разработки методов определения параметров почвы и растительности по данным дистанционных СВЧ радиометрических измерений.

Автором разработаны методики применения СВЧ радиометрического метода для дистанционного зондирования состояния почвенно-растительных покровов. Им разработаны методики учета экранирующего влияния растительности и определения биомассы растительного покрова по данным СВЧ радиометрических измерений, которые прошли всестороннюю опытную проверку в различных регионах страны и за рубежом. Положения, выносимые на защиту.

1. Для расчета характеристик распространения, рассеяния и ослабления СВЧ волн в растительной среде предпочтительно использовать дискретную модель растительности в виде совокупности рассеивателей - листьев, веток, стеблей, стволов. Применение в рамках данной модели приближения независимых рассеивателей и теории переноса излучения теоретически и экспериментально обосновано автором в дециметровом диапазоне длин волн. В сантиметровом диапазоне в указанное приближение необходимо вводить поправки на взаимное экранирование рассеивате-лей, приводящее к нелинейной зависимости коэффициента экстинкции от числа рассеивателей в единичном объеме. Непрерывная модель растительности может применяться для расчетов ослабления излучения лиственной компонентой растительности в дециметровом диапазоне длин волн.

2. Интегральное ослабление СВЧ излучения в слое растительности определяется, прежде всего, влагозапасом растительного покрова на единицу площади и зависит

от относительной объемной плотности растительности и объемного влагосодержа-ния фитоэлементов. При постоянной плотности растительности и влагосодержании фитоэлементов интегральное ослабление является линейной функцией влагозапаса. Коэффициент отражения СВЧ излучения от растительного слоя определяется характерными размерами и формой фитоэлементов (типом растительного покрова) и их влагосодержанием. Указанные зависимости прошли всестороннюю теоретическую и экспериментальную проверку многочисленными исследователями и являются базовыми при интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования системы почва-растительность.

3. Развитые в работе модели СВЧ излучения растительных покровов позволяют корректно рассчитать характеристики собственного радиотеплового излучения системы почва-растительность. Параметрами моделей являются радиояркостная температура почвы, коэффициент передачи (интегральное ослабление излучения) растительности, коэффициент отражения растительного полупространства и температура растительности. Указанные величины связаны с геофизическими и биометрическими параметрами почвы и растительности, что и делает возможным определение этих параметров по данным СВЧ радиометрических измерений. Разработанная автором модель СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, известная как т - со модель, в настоящее время является базовой и широко применяется при интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования.

4. Экранирующее влияние растительности при СВЧ радиометрическом зондировании земной поверхности количественно хаоактеоизуется коэффициентом передачи рас-

д трз„

тительного покрова - измеряемые радиояркост-

ные контрасты земной поверхности с растительностью и без нее, соответственно. В дециметровой области СВЧ диапазона все типы растительных покровов являются полупрозрачными в сантиметровой областе наблюдается значительное

экранирование излучения растительностью Разработанный автором ме-

тод учета влияния растительности при одночастотных измерениях в дециметровом диапазоне длин волн и наличии априорных оценочных данных о биомассе растительности позволяет получать значения радиояркостной температуры почвы под растительностью с погрешностью не хуже 10...20 К. Данный метод обеспечивает измерение влажности почвы под растительностью с биомассой до 200...300 ц/га с относительной погрешностью не хуже 10...30 % от значений, получаемых для открытой почвы. Метод учета влияния растительности по данным измерений на нескольких длинах волн не требует наличия количественной априорной информации о растительном покрове. При этом погрешности определения характеристик почвы под растительностью не превышают указанные погрешности при одночастотных измерениях.

тительности по данным дистанционного СВЧ радиометрического зондирования делают СВЧ радиометрический метод эффективным инструментом для дистанционного контроля гидрологического состояния почвы и состояния растительного покрова в региональном и глобальном масштабах. Указанные методики используются в настоящее время многими исследователями при обработке данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования. Вклад автора в проведенное исследование.

Вклад автора в результаты работы состоит в следующем. Автором лично развиты электродинамические модели растительного покрова в виде непрерывной среды и совокупности рассеивателей, впервые установлено соотношение между этими моделями и определены границы их применимости. Автором лично разработана оригинальная методика и первым проведены измерения в СВЧ диапазоне сечений ослабления и рассеяния элементов растительности - листьев, стеблей и веток. Им лично развиты электродинамические модели для расчета указанных сечений, хорошо согласующиеся с данными эксперимента. Автором лично предложен ряд оригинальных методик для измерения характеристик ослабления СВЧ излучения в растительных средах с борта самолета, наземных передвижных установок и в лабораторных условиях. Указанные методики нашли применение в работах многих исследователей. На основе развитых теоретических представлений о распространении СВЧ излучения в растительном покрове и данных экспериментальных исследований в натурных и лабораторных условиях автором лично установлена связь характеристик ослабления и рассеяния СВЧ излучения в растительной среде с ее биометрическими показателями. Им лично впервые предложены модельные соотношения для расчетов интегрального ослабления СВЧ излучения в растительности, которые используются многими исследователями в практике СВЧ радиометрических измерений. Лично автором впервые предложены и теоретически и экспериментально обоснованы модели СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, которые являются в настоящее время основой для разработки методов определения параметров почвы и растительности по данным дистанционных СВЧ радиометрических измерений. Лично автором разработаны методики применения СВЧ радиометрического метода для дистанционного зондирования состояния почвенно-растительных покровов. Им разработаны методики учета экранирующего влияния растительности и определения биомассы растительного покрова по данным СВЧ радиометрических измерений, которые прошли всестороннюю опытную проверку в различных регионах страны и за рубежом. Практическая значимость результатов исследований.

Результаты работы, в частности, развитые автором теоретические модели используются в настоящее время многими исследователями и являются базовыми при интерпретации данных дистанционного радиофизического зондирования земной поверхности при наличии растительного покрова. Результаты работы могут также применяться при глобальном картировании ослабления волн растительными покровами и, на этой базе, ра-диояркостных характеристик поверхности суши, при разработке систем экологического мониторинга космического базирования, при разработке методов дистанционного контроля радиационного баланса и состояния земных покровов, при решении задач радиосвязи и при моделировании электродинамических характеристик природных сред.

статуте исследования электромагнитных волн Италии (Флоренция), в Институте сверхвысокочастотной техники Немецкой аэрокосмической администрации (Веслинг), в Чу-курова Университете Турции (Адана), в Турецком исследовательском центре на Мраморном море (Стамбул). Результаты работы докладывались на ряде работах совещаний по проведению Международных аэрокосмических экспериментов, проводимых в рамках программы совета «Интеркосмос» («Гюнеш-84», «Курск-85», «Геоэкс-86», «Гео-мон-90»). Результаты работы являлись составной частью методических материалов по определению характеристик земной поверхности с помощью дистанционных СВЧ радиометрических измерений, переданных в рамках контрактов через Всесоюзное Объединение «Внештехника» научно-производственным организациям Болгарии, Венгрии и Вьетнама. Результаты работы неоднократно экспонировались на ВДНХ в составе стендов ИРЭ РАН. Автор награжден двумя бронзовыми и одной серебряной медалями Выставки.

Основные результаты диссертации опубликованы и полно изложены в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАКа. Результаты диссертации опубликованы в 49 работах, из них 24 статьи в отечественных и зарубежных журналах, 4 авторских свидетельства, 20 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 196 страниц, она содержит 57 рисунков, 8 таблиц, в ней цитируется 267 источников.

Содержание работы.

Во введении сформулированы цели исследования, основные результаты работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации рассматриваются теоретические аспекты распространения электромагнитных волн в растительных покровах.

В первом разделе главы дано краткое описание объекта исследований, приводятся характерные биометрические показатели различных типов сельскохозяйственных и лесных растительных покровов.

Рассматривается общий подход к описанию распространения электромагнитных волн в растительной среде. Для нахождения характеристик распространения обычно используются модели растительного покрова в виде слоя сплошной среды со случайным значением диэлектрической проницаемости или совокупности случайно расположенных поглощающих рассеивателей. Соотношение между этими двумя концептуально различными подходами и пределы их применимости для описания распространения электромагнитных волн в растительных покровах рассматриваются с позиций общей теории распространения волн в случайно неоднородной среде. Электрическое поле в какой-либо случайно неоднородной среде определяется интегральным уравне-

¿(?) = £0(') + *о ЛУл , (1)

где - падающее поле, - волновое число в свободной пространстве

- случайная диэлектрическая проницаемость и - функция

Грина свободного пространства. Для получения моментов случайного поля уравнение (1) записывается в виде бесконечного ряда по кратности рассеяния, а затем, этот ряд усредняется по ансамблю случайных реализаций. Пренебрежение некоторыми членами ряда (слабосвязанными диаграммами рассеяния) позволяет получить уравнение типа

Дайсона для среднего поля и Бете - Солпитера для ковариации поля. Принципиальной точкой теории является соответствующий выбор начального поля внутри неоднородности при записи ряда многократного рассеяния Формальный выбор в качестве такого поля падающего поля дает в случае сплошной среды

(2)

Важно подчеркнуть, что интегрирование в (1) для действительно дискретной среды (как растительность, например) должно проводиться по элементам объема где е(г ) ,

то есть по объемам рассеивателей. Следовательно, выделяя объемы рассеивателей, выражение (1) может быть записано в виде'

Ё(г) = + ! *0 , (3)

где индекс о означает, что данная величина относится к о-му рассеивателю; Ы- общее число рассеивателей. Для поля Ё,(/¡) внутри 1-го рассеивателя из (1) получаем

(4)

Из уравнений (3) и (4) ряд многократного рассеяния может быть получен подстановкой (4) в (3)и последующей итерацией

(5)

В (5) - поле внутри изолированного рассеивателя, которое дается оператором

рассеяния,

(б)

где -диэлектрическая проницаемость вещества рассеивателя. Видно, что в дискретной модели благодаря выделению объема рассеивателей ряд многократного рассеяния начинается с поля внутри изолированной неоднородности. В теории сильных флуктуа-

ций диэлектрической проницаемости сплошной среды выделение поля внутри неоднородности осуществляется путем выделения сингулярности функции Грина в (1) в виде дельта функции и интегрирования в (1) в смысле главного значения. Это позволяет решить задачу нахождения эффективной диэлектрической проницаемости случайно неоднородной среды с сильным отклонением Е от единицы, но для малых по сравнению с длиной волны электрических размеров неоднородостей (квазистатическое приближение). В дискретном приближении поле внутри рассеивателя может быть найдено из решения дифракционной задачи.

Представляет интерес найти, когда приближения сплошной среды и дискретной среды дают близкие результаты. Из (2), (5), и (6) Видно, что это происходит, когда оператор рассеяния изолированной частицы может быть разложен в виде сходящегося ряда Борна. Из (6) следует, что это выполняется при след]ующих условиях. Первое условие: —1|«1, что соответствует рассеянию Рэлея - Ганса в дискретной модели и теории

малых возмущений для сплошной среды. Второе условие: —1|«1 где d - харак-

терный размер рассеивателя (например, толщина листьев), что соответствует рэлеев-скому рассеянию для частиц и теории сильных флуктуаций для сплошной среды.

Если рассеиватели являются жесткими, т.е. рад Борна, формально полученный из (6), не сходится, применение модели сплошной среды к реально дискретной среде лишено смысла Из достаточного условия

vh-i|«i и

можно оценить предел применимости модели сплошной среды к растительности. Для листьев d~ 0,2 мм (толщина листьев большинства сельскохозяйственных культур и деревьев), St ~ 20, и, принимая kfjd(ss — 1) = 0,3, получаем Л ~ 8 СМ. Это означает, что оба приближения могут применяться для моделирования распространения волн в лиственной компоненте растительности вплоть до С-дишазона. Для более высоких частот применение дискретной модели предпочтительнее.

Во втором разделе рассматривается модедь растительности в виде сплошной среды. Общий подход к нахождению эффективной диэлектрической проницаемости такой среды развит в работах Рыжова Ю.А., Тамо!кина В.В. и Татарского В.И.. Функция Грина векторного волнового уравнения представляется в виде суммы дельта функции, отражающей сингулярность функции Грина в нуле, и регулярной части, интегрирование с которой проводится в смысле главного значения,

G(r,^)=P.5.G(?,r1)+üiJ(r-^) , (8)

где P.S. означает главное значение, a R - некоторый тензор, определяющийся формой неоднородностей. Затем вводятся новые переменные

Р = Ё+к$Ш ^

где £ = £g —е(г)1, где I - единичная матрица. Определяемый в задаче тензор диэлектрической проницаемости ёд является квазистатической частью £ef и выбирается таким образом, чтобы как можно более полно учесть сингулярность функции Грина. Выделение сингулярности функции Грина позволяет рассматривать поле Е как поле внутри неоднородности среды, а поле F как внешнее по отношению к неоднородности поле. Тензор £ в таком представлении является случайной поляризуемостью среды, что делает возможным определить тензор £д из условия < £ >= 0, где скобки означают статистическое усреднение. Интегральное уравнение в новых переменных использует-

(10)

ся для нахождения среднего поля в среде и еизвестными методами. В квазистатическом приближении для низкихчастот

где Г(Я) =< - корреляционная функция Успех нахождения е^ зави-

сит от подходящего выбора тензора что позволяет полностью учесть сингулярность функции Грина. Фактически, необходимо «угадать» значение поля внутри неоднородности или воспользоваться для его нахождения решением дифракционной задачи. Целесообразно находить Я И £, рассматривая дифракционную задачу для одной неоднородности среды. Если поля Ра £ в такой задаче связаны соотношением

где компоненты тензора Л определяются формой неоднородности и ее диэлектрической проницаемостью, то

(12)

Следует отметить, что тензор Ец является квазистатической частью эффективной диэлектрической проницаемости (а не статической). Это отражает тот факт, что поле внутри неоднородности является близким к однородному полю (электрический размер неоднородности мал по сравнению с длиной волны). В принципе, тензор R и тензор £q могут включать в себя и частотно зависимые члены, которые обычно находятся в виде волновых поправок к £q

Автором рассмотрена среда с неоднородностями в виде сфероидов - дисков (листья) и игл (ветки, хвоя). Для такой среды получен явный вид для £. Пусть поле внутри сфероида Ё' связано с внешним полем /^'соотношением

É' = áF', (13)

где - некоторый тензор, у которого в системе координат, связанной со сфероидом, отличны от нуля только диагональные члены. Тогда, при равномерном распределении сфероидов (элементов растительности) по азимутальному углу усреднение дает

ft =ftl н& = J - 4)Г«] (1 + cos2 ái) + or3 sin2 (14)

Остальные компоненты £ равны нулю. Вид распределения ориентаций элементов растительности по углу места Э сильно изменяется в зависимости от типа растительного покрова. Целесообразно рассмотреть два случая: элементы ориентированы хаотически (листья и хвоя); элементы имеют одну и ту же ориентацию (стебли, листья некоторых типов растительности). При хаотической ориентации усреднение по углу дает

¿¡¡=$п=(е-е1)[«[ sin2 9+а3 cos2 >9] . (16)

Как отмечалось выше, величина \ представляет собой случайную поляризуемость среды. Для нахождения íq необходимо провести усреднение ij по ансамблю случайных реализаций и потребовать равенство средней поляризуемости среды нулю. Усреднение по е проведем, считая, что

Р{е = е,)=р ,Р{£=\)=\~р , (17)

где Р означает вероятность, е$ - диэлектрическая проницаемость сфероида, р - относительный объем среды, занимаемый сфероидами (относительная объемная плотность растительности). При этом будем считать, что в пространстве, не занятом неоднородностью, е = 1, а = 1. Последнее предположение, вообще говоря, справедливо для достаточно малых значений р, характерных для растительных покровов. Приравнивая среднее значение £ нулю, получаем

+а3] \р{е, -1)[2ог, +а3]

*о =-^-=1+--1-■ 08)

1_р+-р[2а1+£Гз] \-р+-р[2а{ +а3]

Представляется важным отметить следующее.

1. Полученное выражение нелинейно по объемной плотности р неоднородностей, что отражает учет теорией взаимного их влияния. Указанный факт является несомненным достоинством развитой теории.

2. При использовании для а соотношений электростатической задачи для сфероида полученное выражение переходит в известные модели Максвелла - Гарнетта, Бруггемана (Поддера - ван Зантена) и Дз Лура, полученные в электростатическом приближении. В

Ъе

частности, для малых сфериеских неоднородностей =аг=ау =--—, и выра-

2 е0+Е,

жение (1.27) переходит при е0 ~ 1 в классическую формулу Максвелла - Гарнетта

. (19)

Таким образом, известные соотношения теории смесей диэлектриков являются частными случаями развитой теории.

3. Полученное соотношение удовлетворяет условию равенства диэлектрической проницаемости среды диэлектрической проницаемости неоднородностей при относительном объемном заполнении равном единице (е0 =е1 при р =1). Однако необходимо помнить, что при больших плотностях в промежутках между неоднородностями, вообще говоря, а Ф 1, что необходимо учитывать при усреднении

4. В квазистатическом приближении компоненты тензора а включают частотно зависимые члены. Они находятся путем разложения решения дифракционной задачи для поля внутри неоднородности по степеням малого параметра кда, где а - характерный размер неоднородности. Включение в выражение (18) частотно зависимых членов является существенным продгажением теории, так как при этом учитывается рассеяние на неоднородностях при их взаимном влиянии. Ранее, частотно зависимые члены находились в виде волновых поправок к проницаемости которая являлась статической частью эффективной диэлектрической проницаемости. Так для малого по сравнению с длиной волны диска с радивом а и толщиной <1 автором получено

«1 -1). «3 (2°)

и для среды, заполненной хаотически ориентированными дисками:

В0-1+*-1-¥-:-• (21)

1 - />+^ Р [2+^ (МХМ2 -1)+1 / ^ ]

Полученное, выражение дает возможность проаналишровать зависимость показателей преломления и поглощения случайно неоднородной среды с малыми по сравнению с длиной волны неоднородностями от плотности их «упаковки». В разделе приведены результаты расчетов комплексной диэлектрической проницаемости и показателей преломления и поглощения растительной среды.

В третьем разделе рассматривается модель растительности в виде совокупности рассеивателей. Распространение среднего поля в декретной среде, в соответствии с теорией Барабаненкова-Финкельберга, описывается дисперсионным уравнением для волнового числа:

(22)

где М{к) - Фурье трансформанта массового оператора уравнения Дайсона для среднего поля. В приближении корреляционных групп

где - ¿-точечная функция корреляции, а Г, - оператор рассеяния системы из л рассеивателей, расположенных в точках В случае независимых (некоррелирован-

где п - число рассеивателей в единице объема и Т\ - оператор рассеяния одной изолированной частицы. Данный случай соответствует пр1ближению Фолди - Тверского для независимых точечных рассеивателей. Замена в дисперсионном уравнении М(к) на М(к0) означает пренебрежение пространственной дисперсией среднего поля и приводит к уравнению переноса излучения для ковариацш поля. Это приближение сиравед-

В этом случае (приближение нахождения рассеивателей в дальней зоне по отношению друг к другу) параметры распространения электромагнитных волн в дискретной среде определяются рассеянием и ослаблением электромагнитной волны одним рассеивате-лем. Рассеянное им поле в дальней зоне

где /(<?,/) - комплексная амплитуда рассеяния. Сечения ослабления сге и рассеяния сг5 рассеивателя определяются выражениями

«О

= |/(5,0| <¡0) ,

(28) (29)

где ё{ - единичный вектор, определяющий поляризацию падающей волны, Аса - элемент телесного угла и 1т означает мнимую часть. Сечение поглощения <та определяется ошческими потерями поля £;„ внутри рассеивателя

"-Ж-

где е\ - мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости рассеивателя.

В теории Тверского распространение когерентного поля в слое рассеивателей описывается дисперсионным уравнением для волнового числа в виде кт к ЬгпрЦ)

Выракения (26) и (31) устанавливают связь между теорией Тверского и приближением (25) метода корреляционных групп. В этом приближении

Щк0) = 4лп/(Ц) (32)

и оба подхода дают один и тот же результат для волнового числа в рассеивающей среде.

Практически во всех исследованиях распространения волн в растительности, ис-поль^ющих дискретную модель, применяется теория переноса излучения. Параметрами теории переноса излучения являются коэффициент экстинкции у, альбедо (вероятность выживания кванта) единичного объема а, индикатриса рассеяния единичного объена £(6,1), Эти величины определяются выражениями:

Г = п<те, (33)

. 4*1/(0, ¿)|2 Ш)= ' ' • (34)

Применимость теории переноса излучения теоретически обоснована в случае, когда отдельные рассеиватели расположены в дальней зоне по отношению друг к другу. В этом случае коэффициент экстинкции (в пренебрежении корреляцией расположения рассеивателей) является линейной функцией числа рассеивателей в единичном объеме п. Как показано Барабаненковым Ю.Н., величина эффекта расположения рассеивателей в ближней зоне по отношению друг к другу пропорциональна отношению некоторого параметра До масштаба ближней области к длине экстинкции 1/у. Параметр До выбирается таким, что для частиц, находящихся на расстояниях превышающих И0> выполняется прближение дальней зоны. Пренебрежение эффектом ближней области накладывает на величину Ло ограничение сверху и снизу, что приводит к ограничениям на рассеивающую среду. Следует отметить, что вопрос о применимости теории переноса к распространению СВЧ излучения в растительных покровах в известных автору работах не став!тся. Постановка данного вопроса и оценки влияния эффектов расположения рас-сеиветелей в ближней зоне применительно к растительным покровам впервые осущест-влени автором. Показано, что это влияние мало, когда 1/у » До» X, ае/Х , что справедлив для растительных покровов с объемной плотностью р < 3-1СГ3. Для густой растггельности зависимость коэффициента экстинкции от объемной плотности стано-витс! нелинейной, что наблюдается экспериментально в сантиметровом диапазоне длин волн, где ослабление излучения элементами растительности велико. Эффекты

взаимного экранирования рассеивателей в этом случае могут бьггь учтены путем разложения коэффициента экстинкции в ряд по степеням отношения длины волны к длине экстинкции:

у = П(7е{1 -спсге/к0 +...)» у0(1 -су0/ко), (35)

где коэффициент разложения с для произвольного вида и размера рассеивателей выбирается из регрессионного анализа экспериментальных данных. Автором совместно с Головачевым С.П. показано, что до значений р ~ 10"2 в сантиметровом диапазоне поправка к коэффициенту экстинкции не превышает 20%. Для колосовых, люцерны и клевера ими получено значение с = 1,34 дБ/м. Таким образом, более строгим является нахождение коэффициента экстинкции рассеивающей среды не из выраяения (31) теории Тверского, а из общего дисперсионного уравнения для волнового числа (26):

к = ^к$+Щк0), (36)

у = 21тк = 2Щк^\+М{к0)/к%) = 21т(ка^\+4хп/(11)/$). (37) При таком подходе коэффициент экстинкции является нелинейной функцией плотности рассеивателей даже при пренебрежении их корреляцией. Разложение квадратного

корня по степеням малого отношения М(к0)!Ц дает

1 4 яп /(1,1) 1 Ляп /(1,0.2

к1

—л1

*02

1 щ/ал го

+...), (38)

21т[/(;,О]*0

и мы приходим к выражению (35). Данный подход к нахождению коэффициента экстинкции дискретной рассеивающей среды впервые предложен автором. Он позволяет уточнить значение коэффициента экстинкции для «плотных» сред. В частности, для среды из малых сфероидов

маня ,39)

1т[/(М)] '

и расчетные значения коэффициента экстинкции (38) совпадают с расчетными значениями удвоенного коэффициента поглощения в непрерывной модели при плотностях меньших 0,05, что свидетельствует об эквивалентности непрерывной и декретной модели в рассматриваемом случае. Действительно, подкоренное выражение в (37) может формально рассматриваться как эффективная диэлектрическая проницаемость рассеивающей среды. Подстановка в это выражение значения усредненной по ансамблю амплитуды рассеяния (например, в случае малых хаотических дисков

(</оУ))=

3 4 я

) приводит к выражению для эффективной диэлектрической

проницаемости, полученному в рамках непрерывной модели. Таким образом, в случае «мягких» рассеивателей, удовлетворяющих условию (7), дискретная и непрерывная модель дают один и тот же результат для коэффициента экстинкции. Переход к непрерывной модели для дискретной среды при этом оправдан, так как обосшпан теоретически и позволяет учесть взаимное влияние рассеивателей на основе развитой теории. Для рассеивателей произвольной формы и размеров корректным является использование выражение (37), полученное в дискретном приближении. Формальный переход от дискретной модели к непрерывной в этом случае представляется искусственным и не оправданным. Однако в последнем случае расчет коэффициента экстинкции требует нахождения амплитуды (оператора) рассеяния одной неоднородности, что является самостоятельной задачей, в частности, требует изучения ослабления СВЧ плучения элементами растительности.

Размеры листьев и стеблей, веток и стволов в рассматриваемом частотном диапазоне сравнимы с длиной волны (резонансная область), поэтому сечения рассеяния и ослабления должны находиться из дифракционных моделей, учитывающих форму и размер элемента как можно более точно. Так как элементы растений по форме близки к плоским дискам и полосам (листья) и круговым цилиндрам (стебли, ветки, стволы), обычно рассматривается задача дифракции на телах указанной формы. Строгое решение дифракционной задачи для диэлектрического диска или полосы в общем случае не известно. В этом случае сечения as и ае могут быть найдены только при некоторых ограничениях, накладываемых на размеры растительного элемента по отношению к длине электромагнитной волны. Следующие модели использовались в работе.

a. Малые частицы (низкочастотное приближение).

Для малых дисков и для главных направлений получено: <<(таг,г =h£"sd<7

1 2 2f ,2 ' (4°) CTil<<<Ti2,3=^(M) (V) \£s a

где d - толщина, a - радиус и a - площадь диска.

b. Плоские частицы с размерами много больше длины волны (высокочастотное приближение).

Сечения рассеяния и ослабления таких частиц могут быть выражены в пренебрежении краевыми эффектами через коэффициенты отражения R и пропускания Т бесконечного слоя той же самой толщины:

<гв-0-Л-2>;<г,-2Л«г . (41)

Если k^d^«I (это условие выполняется для листьев вплоть до Х-диалазона), при нормальном к слою падении волны

_kgde"s<j_

lf,„2, .Л ■ (42>

-{hd)%-\\ а

Оа =

с. Плоские тонкие частицы (резонансный случай).

Интегральное уравнение (б) для поля внутри частицы может быть разложено в ряд возмущений. Параметром малости разложения является величина Ы(е1 -1), что накладывает ограничение на толщину частицы, ее диэлектрическую проницаемость и длину электромагнитной волны. Так как в сантиметровом диапазоне для листьев \М[е;применение данной модели ограничивается дециметровым диапазоном

длин волн. Расчеты сечения ослабления тонкого плоского диска и полосы, проведенные автором в приближении суммирования ряда возмущений для поля внутри частицы, демонстрируют наличие резонансного характера ослабления при размерах частицы (диаметре диска, ширине полосы), сопоставимых с длиной волны. При суммировании ряда возмущений для электрически тонкого диска или полосы необходимо задание начального значения поля, которое учитывало бы изменения поля по толщине частицы. Хорошее согласие с экспериментальными данными обеспечивает выбор в качестве начального значения - поля внутри бесконечного слоя той же толщины. Суммирование ряда возмущений при расчете сечений ослабления и рассеяния требует достаточно сложных вычислений с помощью компьютера. Простые оценочные выражения для се-

чений рассеяния и поглощения получены при замене поля внутри частицы на поле внутри тонкого слоя. Тогда при нормальном к плоскости частицы падении электромагнитной волны сечение поглощения определяется выражением (42) для большой частицы, а сечение рассеяния для диска

±(М)2М|2<т

Ф1

(43)

Г(х)=-/1(х) х

где (х) - функция Бесселя первого порядка. Для тонкой полосы длиной / и шириной а (вектор Е параллелен I) получено:

—Ф3хФ4

Ф3(а)

_ к$а [»г/2,

(44)

5шс(д:) =-

Данные аналитические выражения весьма удобны для модельного анализа, а также помогают проследить связь между всеми рассматриваемыми приближениями. При кца »1 они переходят в выражения для высокочастотного приближения, при к$а «1 - низкочастотного. (1. Диэлектрические цилиндры.

Выражения для сечений ослабления и рассеяния представляются в виде рядов, содержащих функции Бесселя и Ханкеля. В частности, для сечений ослабления и рассеяния цилиндра длиной / и радиусом а получены соотношения

ае=^Ке[Тт, (45)

к0а

(46)

где Т((р) - амплитуда рассеяния длинного цилиндра. Когда вектор Ё падающего поля лежит в плоскости, проходящей через ось цилиндра и угол между осью цилиндра и волновым вектором <9,

Т(<р) = аа + 2'£а„ соьпр,

(47)

я=1

я<2>М

„2С0^( 1--1I, (48) V2 и1 \Н?<у) г»/.(«О */.М гип(и)\0

D = nlcos>(—-—) -[-

1 1. M2) (v) J»^? (v) ^J»

v2 «2 vtf<2)(v) vH(V(v) uJ„(u)

-■ —cos2&.

(49)

v=k0asmi>, u = k0a^ss-cos"S. (50)

Расчеты этих сечений и данные эксперимента показывают, что для цилиндров эффекты резонансного ослабления и рассеяния могут быть весьма значительными.

В разделе представлен обзор известных экспериментальных исследований сечений ослабления и рассеяния элементов растительности. Анализ результатов этих исследований позволяет сделать следующие выводы. Ослабление и рассеяние электромагнитных волн листьями на частотах ниже S-диапазона в целом удовлетворительно описывается моделью тонкой плоской частицы (обобщенным приближением Рэлея - Ганса). Эта модель успешно применяется в известных MIMICS и Santa Barbara моделях обратного рассеяния от растительных покровов. На сантиметровых волнах эффекты резонансного ослабления и рассеяния, возникающие при размерах (диаметре, ширине) листьев, сравнимых с длиной волны, становятся значительными. В указанном частотном диапазоне необходимо дальнейшие развитие модельных представлений для описания рассеяния и ослабления волн листьями. Для fl,D>(5...10),i (а - ширина листа в виде полосы, D - диаметр круглого листа) модель большой плоской частицы применима, в том числе и в сантиметровом диапазоне. Модель длинного цилиндра удовлетворительна для расчетов <?s и ае стеблей и веток при их длине I > (3...5)Л. При 1«Х (хвоя), может использоваться модель малых частиц. Когда I ~ X, резонансные эффекты ослабления могут быть значительны.

В четвертом разделе первой главы рассмотрены диэлектрические свойства элементов растительности, знание которых необходимо для расчетов характеристик распространения волн в растительности. Дан обзор известных теоретических моделей (Пика, Улаби и Эл-Райса, Мэцлера) для комплексной диэлектрической проницаемости

вещества элементов растительности, описаны методы и систематизированы данные измерений элементов сельскохозяйственной (листья, стебли) и лесной (листья, ветки, стволы) растительности. Проведено сопоставление экспериментальных данных с расчетами по различным моделям. Показано, что модели Улаби и Эл-Райса и Мэц-лера при определенном выборе параметров моделей хорошо описывают спектральную зависимость Ss в СВЧ диапазоне и согласуются с данными измерений количественно. Данные модели наиболее часто используются исследователями при моделировании распространения и рассеяния СВЧ волн в растительной среде.

В пятом разделе первой главы устанавливается связь между характеристиками распространения СВЧ излучения в растительной среде и биометрическими показателями растительности. Соотношение мезаду коэффициентом экстинкции у для данной поляризации (или оптической толщиной T = yhsec0, h - высота растительности, 9 - угол наблюдения) и биометрическими показателями определяется выражениями (33) - (38). Сечения ослабления рассчитываются для элементов простых геометрических форм (эллипсоид, цилиндр и диск), которые характеризуются своими размерами и диэлектрической проницаемостью.

Для простейшего случая малых хаотически ориентированных эллипсоидов (смотри (40)) автором впервые получено:

где и—1 для малых игл и и " 2 для малых дисков, Ш- вес воды в растительности на единицу площади (влагозапас растительности), - относительное объемное влагосо-держание растительного элемента, ¿V- плотность воды. В других случаях используется полученное автором соотношение, которое наиболее часто используется исследователями и является следствием (51):

г = Л/ГУг;=ЬИг> (52)

где А - коэффициент (форм-фактор), определяющийся типом (структурой) растительного покрова, - частота, - полуэмпирический коэффициент (удельное ослабление), связывающий на данной длине волны интегральное ослабление растительного слоя с влагозапасом растительности. Теоретическое обоснование данного соотношения дано автором и рассмотрено во второй главе. Зависимость коэффициента удельного ослабления от длины волны (частоты) исследована для различных типов растительных покровов. При аппроксимации Ь ~ для различных культур значения коэффициента % лежат в пределах 1...1.47. Наилучшее согласование с экспериментальными данными в дециметровом диапазоне дает частотная зависимость Ь С % = 1. Это связано с тем, что в указанном диапазоне слабо зависит от длины волны. Взяв автор получил

простое выражение для оценки ослабления сельскохозяйственными культурами и лиственным пологом в частотном диапазоне 1... 10 ГГц:

(53)

где а - ослабление в дБ, V — 2,5...5 в зависимости от типа растительности, X - длина волны в сантиметрах (Цок] = ^рр двлагосодержание растительности в кг/м2.

Приведенные выше выражения очень просты и позволяют получить лишь примерные оценки ослабления излучения растительными покровами. Тем не менее, эти выражения весьма полезны, поскольку они дают представление о спектральной зависимости ослабления и позволяют выявить биометрические показатели, влияющие на уровень ослабления.

Автором проведены более точные расчеты спектральной зависимости коэффициента удельного ослабления Ъ для различных сельскохозяйственных культур, а также альбедо единичного объема и получены спектральные зависимости в диапазоне длин волн 2...30 см. Принималось во внимание распределение биомассы в посеве по стеблям и листьям, распределение элементов растительного покрова по размерам и ориентациям, т.е. усреднение коэффициента экстинкции с учетом распределения растительных элементов по размерам и ориентациям. В разделе приведены примеры указанных зависимостей. Полученные расчетные зависимости хорошо согласуются с данными целенаправленно поставленных измерений ослабления излучения различными культурами.

Следует особо отметить, что соотношения (51)-(53) предложенные автором, в дальнейшем подвергались серьезной экспериментальной проверке рядом исследователей и детальному теоретическому анализу. Результаты этих независимых исследований подтвердили применимость модели (51) для расчетов ослабления СВЧ излучения в растительном покрове на частотах ниже 7,5 ГГц и модели (52) на более высоких частотах при соответствующем подборе параметров А и Ь. В настоящее время, указанные соотношения являются базовым при интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондировании земной поверхности при наличии растительного покрова.

Теоретические модели очень важны и играют жизненную роль в процессе исследования, так как они незаменимы при проведении анализа чувствительности радиацион-

а = 4.34-0',

ных параметров (коэффициента обратного рассеяния или радиояркостной температуры) к изменению параметров исследуемой среды и при выявлении направлений дальнейших исследований. Однако, по нашему мнению, поскольку процесс моделирования связан с определенными допущениями и упрощениями исследуемого объекта, полученные модельные соотношения позволяют найти лишь приближенную связь, например, ослабления с выявляемыми параметрами растительной среды, определяющими его уровень. Параметры же (коэффициенты) модели следует уточнять путем регрессионного анализа экспериментальных данных. Например, для какой-либо части рассматриваемого частотного диапазона разумно искать коэффициент экстинкции в виде, вытекающем из модельного анализа проведенного автором:

где А - форм-фактор, определяющийся типом покрова, V/ - влагосодержание единичного объема растительности, коэффициент, зависящий от влагосодержания растительных элементов, и /- частота. Возможны также и другие формы регрессионных моделей.

Различия в значениях ослабления при различной поляризации электромагнитной волны возникают и наблюдаются экспериментально, когда в растительном покрове имеется какая-либо компонента с выраженной ориентацией (стебли, стволы). В этом случае ослабление находится как сумма ослаблений хаотической (листья) компонентой и ориентированной компонентой (стебли). Расчетные спектральные зависимости ослабления на вертикальной и горизонтальной поляризации различными сельскохозяйственными культурами и экспериментальные данные, приведенные в диссертации, показывают, что различие в ослаблении на вертикальной и горизонтальной поляризациях может быть большим. Это используется при определении параметров растительности и почвы при дистанционном зондировании на различных поляризациях.

Во второй главе диссертации развивается теория СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, предлагаются модели для описания СВЧ излучения системы почва - растительный покров и рассматривается связь параметров этих моделей с характеристиками почвы и растительности.

В первомразделе главы излагается общий подход к определению характеристик СВЧ излучения системы почва - растительность. При этом используются методы нахождения яркостной температуры рассеивающего слоя и модели поверхность - рассеивающий слой, развитый Башариновым А.Е. на основе теории переноса излучения. В изотермическом случае излучательные свойства рассеивающего слоя характеризуются величиной коэффициента излучения к, который в соответствии с законом Кирхгофа определяется соотношением:

где г - коэффициент отражения и q - коэффициент пропускания (прозрачности) слоя. Данные коэффициенты находятся из решения уравнения переноса излучения. Это решение зависит от ицдикатрисы рассеяния единичного объема. Аналитич1ские решения уравнения переноса известны для частных видов индикатрисы рассеяния - одномерной и изотропной. Показатели прозрачности и отражательной способности одномерной среды получены Амбарцумяном ВА.. Коэффициент излучения слоя с изотропным рассеянием выражается с использованием табулированных функций Чандрасекара - Ам-барцумяна. Коэффициент излучения системы полупрозрачный рассеивающий слой -поверхность получен Башариновым А.Е. для одномерной рассеивающей среды в виде:

(54)

к=1-г-д.

(55)

где Л - коэффициент отражения поверхности по мощности, ^ ^^ - эффективный коэффициент пропускания системы с учетом вклада многократных отраженных потоков. Первьй член в выражении (56) представляет собой излучение слоя, второй член - излучение поверхности, ослабленное слоем, третий член - излучение слоя, отраженное от поверхности и ослабленное слоем. В случае двумерной модели, коэффициент излучения системы найден Башариновым А.Е. путем введения линейных операторов, описывающих трансформацию углового распределения потоков излучения, отраженных и рассеянных в прямом и обратном направлениях. Расчеты коэффициентов излучения проведены Башариновым А.Е. для одномерной модели и системы поверхность с лам-бертовской индикатрисой рассеяния - слой с изотропным рассеянием. Показано, что коэффициент излучения среды с изотропным рассеянием, ограниченной поверхностью с ламбертовским рассеянием, превышает коэффициент излучения одномерной модели на 10..20% при равных коэффициентах отражения поверхности. Следует отметить, что возможность применения теории переноса и приведенных выше результатов теории для нахождения излучательных характеристик растительных покровов вызывала у Анатолия Евгеньевича Башаринова определенные и обоснованные сомнения. Имевшиеся в то время ограниченные экспериментальные данные по СВЧ излучению растительных покровов и ослаблению СВЧ излучения в растительности относились к сантиметровому диапазону длин волн и указывали на весьма большое ослабление, характерное для указанного диапазона. Проверка выполнения необходимого для применения теории переноса условия малости длины волны излучения по сравнению с длиной экс-тинкции требовала проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований. Растительный слой рассматривался Башариновым А.Е. как оптически толстая среда с коэффициентом отражения, оцениваемым из приближения однократного рассеяния. Коэффициент излучения земной поверхности при наличии растительного покрова моделировался им при этом в виде (56), но без третьего слагаемого

к = <1 - Д)(1 -£) + (!-г){(\ - е-т°) + (1 - Д)(1 - г)£ г° (57)

где введена доля площади, закрытой растительностью - интегральное ослабление когерентного излучения в растительности. Модельные оценки ослабления СВЧ излучения в слое растительности, проведенные автором, и экспериментальные данные показывали, что в дециметровом диапазоне растительные покровы являются полупрозрачной средой. В связи с этим возникла задача разработки моделей СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова и обоснования возможности применения теории переноса излучения к растительной среде. Данная задача была поставлена Башариновым А.Е. автору. Для ее решения автор использовал идеи и некоторые результаты Башаринова А.Е., кратко изложенные выше.

Во втором разделе главы дано обоснование применения теории переноса излучения в растительной среде. Теоретически и экспериментально показывается, что данное приближение может применяться в дециметровом диапазоне для покровов с плотностью р < 0,003 и в сантиметровом диапазоне для покровов с указанной плотностью, но с не очень крупными листьями (травяные покровы, крона деревьев, зерновые, люцерна, соя, кукуруза). Толщина скин-слоя (длина экстинкции) для указанных типов растительности по данным измерений составляет десятки сантиметров в сантиметровом диапазоне и метры в дециметровом, что подтверждает справедливость сделанных оценок. При больших плотностях растительности необходимо учитывать взаимное экранирование элементов (коэффициент экстинкции может оцениваться выражениями (35), (37)). Для покровов со значительными размерами листьев (свекла, капуста и т.п.) затухание волн сантиметрового диапазона происходит на размерах, соизмеримых с

размерами неоднородности (толщина листа). При достаточной сомкнутости покрова происходит практически полное ослабление излучения при однократном рассеянии на слое листьев. Применение теории переноса в данном случае не оправдано. Коэффициент излучения в данном случае оценивается моделью Башаринова:

к = \-рс (58)

где рс - суммарное альбедо покрова, оцениваемое путем некогерентного суммирования полей, рассеянных элементами растительности в верхнюю полусферу.

В третьем разделе рассматриваются модели для нахождения СВЧ излучения растительного слоя. Коэффициент излучения растительного слоя может находиться путем численного решения уравнения переноса излучения либо путем использования известного аналитического решения этого уравнения для частных случаев однократного рассеяния и одномерной или изотропной индикатрисы рассеяния единичного объема. Различия в коэффициенте излучения слоя с одномерной и изотропной индикатрисой рассеяния довольно существенны и могут превышать 10%. В то же время использование численного решения для произвольной формы индикатрисы весьма неудобно в практических случаях. В связи с этим представляет интерес нахождение некоторых аналитических выражений, базирующихся на известных аналитических решениях уравнения переноса, которые аппроксимировали бы численное решение уравнения переноса с приемлемой точностью и в то же время были бы достаточно просты для целей модельного анализа. Рассмотрение ограничивается случаем скалярного уравнепия переноса для какой-либо поляризации излучения, поскольку, как показывают оценки, учет эффектов деполяризации излучения в растительности не вносит существенных поправок в значение коэффициента излучения, который определяется поглощением среды. Коэффициент излучения слоя в приближении однократного рассеяния

Выражение (59) весьма просто и удобно для модельного анализа. Однако сопоставление расчетных значений коэффициента излучения в приближении однократного рассеяния со значениями коэффициента излучения, полученными с учетом многократного рассеяния, показывает, что, при вклад эффектов многократного рассея-

ния весьма значителен. Величина этого вклада имеет порядок (О, что указывает на необходимость учета эффектов многократного рассеяния при определении коэффициента излучения растительных покровов с сильно рассеивающими элементами. Простота выражения (59) делает очень привлекательным его использование для интерпретации экспериментальных данных. В связи с этим автором предложено использовать вид этого выражения как базовую аппроксимацию коэффициента излучения слоя. Входящих в выражение (59) величины необходимо выбирать из сопоставления (59) с результатами решения уравнения переноса в общем случае и экспериментальными данными. В частности, замена в выражении (59) - коэффициент отражения оптически толстого слоя, делает модель (59) точной при больших интегральных ослаблениях, а при малых ослаблениях погрешность аппроксимации не превышает 10% при СО< 0,5. Еще более точной становится аппроксимация при замене в (59) члена в)(1-е т") на Г()(1—е . Анализ точности различных аппроксимаций проведен автором совместно

с Винокуровой СИ. и Смирновым М.Т..

В четвертом разделе главы рассмотрены модели СВЧ излучения системы почва растительный слой. Трехкомпонентная модель Башаринова (56) впервые применена автором для нахождения радоюяркостной температуры почвы с растительность. Радио-

яркостная температура такой системы в указанной модели определяется для выбранной поляризации излучения выражением:

ть = ГУ(1 -/•-?) + + 71(1 -г- ?)(1 -к,)?, (60)

где первый член в правой части характеризует излучение растительного слоя, второй -излучение почвы, ослабленное растительностью, третий - излучение растительности, отраженное от почвы и ослабленное растительным слоем, Ту - температура растительности, Т, - температура почвы, г - коэффициент отражения и q - коэффициент пропускания растительного слоя, - коэффициент излучения почвы. В приближении однократного рассеяния

ТЪ =(1-е>)(1-е-г°)Гу+^е-г° +(1-0)(1-<Гг°)Гу(1-х->-г», (61)

данная модель известна как , Гд) модель и является в настоящее время общепринятой для описания СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова. Анализу применимости данной модели поснящены многочисленные работы. Отмечается, что модель хорошо аппроксимирует решение уравнения переноса излучения при соответствующем подборе й> и Тд. В экспериментальных исследованиях параметры модели О и Ь ( Го =ЫУ (52)) для данного типа покрова и длины волны излучения предпочитают определять путем регрессионного анализа экспериментальных данных, а затем использовать при интерпретации данных СВЧ радиометрических измерений. Для учета многократного рассеяния автором на основе анализа численного решения уравнения переноса методом Монте-Карло предложено аппроксимировать г и д простыми формулами, полученными из строгого решения уравнения переноса излучения для случая одномерной индикатрисы рассеяния единичного объема. В изотермическом случае, когда ТУ~ТЯ = Т, коэффициент излучения системы почва растительность

К=%=MMI-^XI-W)}+(1-'О-WX1-?2) •

(62)

Для значений Гц q « 1 выражение (62) приводится к виду, часто используемому на практике:

*г=ад2+(1-г0)(1-д2). (63)

При использовании модели (63) радиояркостная температура системы почва растительность представляется в виде, часто используемом исследователями для анализа,

Tb=T{Kse-2''+(l-r0)(\-e-2r,)}> (64)

где т* - интегральное ослабление излучения в растительном слое. Шутко A.M. введено понятие коэффициента передачи растительного слоя:

■Ml

(65)

- радиояркостная температура почвы), который в случае определения влажности почвы по данным СВЧ радиометрического зондирования показывает, во сколько раз снижается чувствительность радиояркостной температуры к изменению влажности почвы при наличии растительности по сравнению с открытой почвой. При данном подходе:

Г4=Г^+(1-г0)(1-ИГ. (66)

Модель (60), (61), (66) имеет достаточно высокую точность, что подтверждено многочисленными теоретическими и экспериментальными исследованиями. Данная модель в многочисленных работах является базовой для интерпретации данных СВЧ радиометрического зондирования системы почва - растительность. Модель весьма проста и удобна для анализа. Параметрами модели являются радиояркостная температура поч-

вы, коэффициент передачи (интегральное ослабление излучения) растительности, коэффициент отражения растительного полупространства и температура растительности. Эти величины связаны с геофизическими и биометрическими параметрами почвы и растительности, что и делает возможным определение этих параметров по данным СВЧ радиометрических измерений.

В пятом разделе главы рассматривается связь параметров радиационной модели с характеристиками почвы и растительности. Анализ модельных расчетов и результатов многочисленных экспериментальных исследований, проведенный Шутко А.М., показывает, что интенсивность СВЧ излучения почвы определяется главным образом количеством свободной влаги в единице объема почвы и практически не зависит от его типа и плотности. Сухой грунт характеризуется коэффициентом излучения близким к 0,9, что соответствует радиояркостной температуре 250...270 К при изменении температуры почвы от 0 до 30°С. Коэффициент излучения значительно увлажненной почвы, характеризующейся объемным содержанием свободной влаги 0,35 г/см3, составляет около 0,6, что соответствует яркостной температуре 165... 180 К. Изменение влажности почвы в указанных пределах сопровождается уменьшением яркостной температуры почвы приблизительно на ПО К. При этом прочие факторы, как-то вариации плотности, температуры и степени шероховатости почвы в наблюдаемых на ОПЫТЕ пределах, приводят к изменению яркостной температуры почвы на 15...20 К, что обеспечивает определение до 6... 10 градаций влажности открытой почвы по данным СВЧ радиометрических измерений.

Связь интегрального ослабления СВЧ излучения в растительном покрове с ее биометрическими показателями устанавливается соотношениями (33), (37), (38), (51), (52). Точное значение коэффициента экстинкции для конкретного покрова может быть найдено путем определения числа растительных элементов данного типа в единице объема расительного покрова, измерения размеров каждого из элементов различной формы и определения ориентации каждого элемента относительно направления распространения и поляризации падающей волны. Затем необходимо произвести модельный расчет сечений ослабления растительных элементов и суммирование этих сечений. Выяснение спектральной зависимости Ъ для покровов с элементами произвольных размеров, а также зависимости этого коэффициента от влагосодержания растительных элементов потребовало проведение обширных исследований и обобщение их результатов. Прежде всего, проведен ряд работ по моделированию и измерению сечений ослабления элементами растений различной формы, размеров и влагосодержания. Поскольку сечение ослабления элемента определяется их диэлектрической проницаемостью, проведен анализ работ по моделированию и измерению диэлектрической проницаемости растительного материала. Кроме того, необходимо было систематизировать известные сведения о распределении растительной массы по элементам в растительном покрове течение периода вегетации и, при их отсутствии, провести целенаправленные биометрические измерения. На основе результатов упомянутых исследований проведены расчеты спектральной зависимости коэффициента Ъ для характерных типов растительных покровов. Суммируя выводы и результаты исследований по установлению связи ослабления СВЧ излучения с биометрическими показателями растительности, можно сделать следующие выводы.

Спектральные особенности ослабления СВЧ волн элементами растительности, а также экспериментальные данные исследований спектров ослабления СВЧ излучения в растительности указывают на возможность разбиения растительных покровов на характерные типы по спектральным особенностям ослабления и рассеяния СВЧ волн. К первому типу - мелколиственным покровам с квазихаотической ориентацией фито-элементов - могут быть отнесены колосовые до выхода в трубку, всходы люцерны,

клевера, травяные покровы и лиственная компонента лесного полога. Особенностью указанных покровов является малый размер листьев и близкое к равномерному распределение ориентаций фитоэлементов. Это позволяет в дециметровом диапазоне интегральное ослабление в таких покровах оценивать выражением для хаотически ориентированных малых частиц:

т = = +(1-^)] ^ зесД (67)

где - весовая доля листьев в виде дисков (для колосовых для люцерны

0,5).Вследствие квазихаотичности пространственной ориентации фитоэлеиентов интегральное ослабление в дециметровом диапазоне не зависит от поляризации волны. Угловая зависимость интегрального ослабления является секансной. Ко второму типу -мелколиственным покровам с выделенной ориентацией - отнесем высокую люцерну, колосовые со стадии выхода в трубку. Малый диаметр стеблей и размер листьев этих культур позволяет в дециметровом диапазоне при оценке интегрального ослабления применять формулы для малых частиц и тонких длинных цилиндров. Однако наличие в таких покровах компоненты с выделенной ориентацией (ориентация стеблей близка к вертикальной) и существенная весовая доля ориентированной компоненты (весовая доля листьев в озимой ржи и пшенице на стадиях цветение - молочно-восковая спелость не превышает 15%) приводит к зависимости интегрального ослабления от поляризации волны и отличной от секансной зависимости от угла визирования. Интегральное ослабление в растительном покрове второго типа в предположении, что стебли ориентированы строго вертикально, а листья - хаотически, оценивается в дециметровом диапазоне выражением:

(68)

где индексы уи А относятся к вертикальной и горизонтальной поляризации, соответственно; весовая доля листьев Щ ~ 0,5 для люцерны и Щ ~ 0,1.. .0,2 для колосовых; и = 1 и и = 2 для колосовых и люцерны, соответственно. Выражение (68) получено в предположении, что колос является продолжением стебля и ослабляет СВЧ излучение как стебель. Третий тип - широколиственные покровы, к которому отнесем такие культуры как кукуруза, подсолнечник, свекла, хлопчатник, соя, ветки деревьев, стволы деревьев и т.п., является наиболее сложным при определении спектральной зависимости интегрального ослабления. Большой диаметр стебля и размер листьев приюдит к резонансным явлениям в ослаблении и в дециметровом диапазоне длин волн. Интегральное ослабление излучения в каждой культуре, выделенной в данный тип, должно рассчитываться с учетом данных о размерах и форме фитоэлементов данной культуры. Оценка значений интегрального ослабления для данного типа покровов осложняется также тем, что указанные культуры высаживаются обычно рядами при ширине междурядий, значительно превышающих длину волны в СВЧ диапазоне (так для хлопчатника ширина междурядий 90 см, для кукурузы - 60...90 см). Это обстоятельство приводит при наклонном визировании к зависимости интегрального ослабления от направления зондирования (вдоль рядков или поперек рядков). Примерные расчетные спектральные зависимости удельного ослабления - коэффициента Ъ (в неперах на кг/м2 влагозапаса) - для лиственной и стеблевой компонент покровов приведены в диссертации. Близкие по характеру изменения с длиной волны и по величине коэффициента Ъ расчетные зависи-

мости впоследствии получены и другими исследователями. Заметим, что величина Ь реальных покровов может несколько отличаться от расчетной вследствие погрешности модели, статистического характера исследуемого объекта. Однако, как показывает эксперимент и расчетные оценки, это отличие в дециметровом диапазоне не превышает 20%. В конкретных случаях целесообразно уточнение коэффициента Ъ из данных эксперимента. В настоящее время автором и другими исследователями собран достаточно большой материал по значениям данного коэффициента для различных сельскохозяйственных культур на различных стадиях вегетации.

Теоретически и экспериментально подтверждается линейная связь интегрального ослабления СВЧ излучения в растительных покровах с их влагозапасом на частотах ниже 7,5... 10 ГГц. Модель (52) является в настоящее время общепризнанной и базовой при моделировании СВЧ излучения растительных покровов, интерпретации дистанционных СВЧ радиометрических измерений и восстановлении параметров почвы и растительности из этих измерений.

Величина альбедо единичного объема определяется выражением , где

скобки означают статистическое усреднение по форме, размерам и ориентациям растительных элементов, находящихся в единичном объеме. Величина <й и связанная с ней величина коэффициента отражения определяются типом растительного покрова. Расчетные зависимости со для компонент покровов приведены в диссертации. Величина со определяется не только размерами фитоэлементов (типом покрова), но и их влагосо-держанием (состоянием покрова). Обобщенные расчетные спектральные зависимости коэффициента для выделенных типов растительных покровов приведены в диссертации. Расчетные оценки коэффициента отражения качественно и количественно согласуются с данными измерений в пределах статистического разброса экспериментальных данных.

В третьей главе диссертации представлены экспериментальные исследования ослабления и излучения СВЧ волн растительными покровами.

В первомразделе дан обзор методов экспериментальных исследований.

Во втором разделе описываются лабораторные исследования ослабления, проведенные в лабораторных условиях. Описана оригинальная методика измерения сечений ослабления и рассеяния элементов растений и приведены данные измерений этих сечений для листьев и стеблей (веток). Данные измерений сопоставлены с результатами расчетов, что позволило определить границы применимости модельных приближений.

Описана оригинальная методика измерения ослабления в растительном слое. Свежесрезанную растительность устанавливали посредством закрепления стеблей в тонкой пенопластовой пластине на отражатель. В качестве отражателя использовали металлический лист и лист поглощающего материала с коэффициентами отражения, близкими к единице и нулю, соответственно. Использование в качестве «подстилающей поверхности» металлического листа и «черного тела» позволяло в данной методике получать характеристики прозрачности и отражения самого растительного слоя. Целью экспериментальных исследований в лабораторных условиях, позволяющих тщательно контролировать биометрические показатели и целенаправленно их изменять, являлось следующее: исследование зависимости интегрального ослабления излучения в растительном слое от величины удельной биомассы или влагозапаса растительности для различных типов растительного покрова на различных длинах волн, проверка устойчивости указанной зависимости к изменению других биометрических показателей; исследование поляризационных характеристик ослабления излучения в растительном слое для

различных типов растительности; исследование отражательных свойств растительности различного типа.

Объектом исследований при использовании данной методики являлась растительность, отнесенная выше к первому и второму характерному типу, а именно: ветки хвойных деревьев (сосны и ели), горох и люцерна, злаковые на различных стадиях вегетации. Изучение ослабления в «широколиственных» культурах по данной методике не проводилось ввиду значительных размеров растений. Отражающие свойства широколиственных культур исследовались путем наложения их листьев на отражатель, в качестве которого служило черное тело.

Проведенные автором и автором совместно с Головачевым С П. измерения позволили установить следующее. В дециметровом диапазоне величина интегрального ослабления излучения в растительности является линейной функцией ее влагозапаса (биомассы 2). Вариации значений интегрального ослабления при заданной биомассе для данной культуры, вызванные различным ее положением на отражателе (т.е. различным распределением ориентаций элементов) не превышает 10...20%. В дециметровом диапазоне интегральное ослабление, рассчитанное по выражениям (52), (53), хорошо согласуется с данными эксперимента. В сантиметровом диапазоне длин волн установлено, что интегральное ослабление растительного покрова при заданном значении биомассы зависит от плотности растительности. Это указывает на нелинейный характер зависимости . При постоянной плотности зависимость линейная. Однако поскольку нарастание биомассы в посеве происходит как за счет изменения высоты, так и за счет изменения (увеличения) плотности, в реальной ситуации связь с оказывается нелинейной. Измерения показали, что зависимость погонного ослабления у от относительной объемной плотности близка к линейной лишь при малых значениях р<(3...5)-10 ^,что согласуется со сделанными в диссертации теоретическими оценками. При больших значениях р наблюдается отклонение зависимости от линейной в сторону уменьшения ослабления. Оценку значений ослабления следует проводить в указанном случае по выражению (35).

При интерпретации СВЧ радиометрических данных важным является знание спектральных особенностей ослабления. В экспериментах проведенных автором и другими исследователями измерения проводились на нескольких длинах волн СВЧ диапазона, что не позволяло получить полную картину о спектральной зависимости ослабления. Головачевым СП. при участии автора проведены измерения ослабления по указанной выше методике с использованием перестраиваемых радиометров в широком диапазоне длин волн (2,25...30 см). Шаг измерения частоты при измерениях составлял 0,5...1 ГГц. Характерные спектры ослабления для некоторых типов растительных покровов приведены в диссертации, где они сопоставлены с данными расчетов. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показывает их хорошее количественное и качественное согласие. Получение спектральных характеристик ослабления различными компонентами растительности может быть осуществлено в лабораторных условиях с помощью волноводной методики измерений, предложенной авторами и его коллегами. Получаемые при этом спектры ослабления оказываются близкими к спектрам ослабления, полученным СВЧ радиометрическим способом.

Экспериментальные исследования автора показали наличие зависимости интегрального ослабления от поляризации СВЧ излучения. При этом в дециметровом диапазоне расчетные значения ослабления по выражениям (68) хорошо согласуются с данными эксперимента. Результаты автора согласуются с данными других исследователей.

Расчетные данные коэффициента отражения хорошо согласуются с данными эксперимента. Значения коэффициента отражения для первого и второго типа растительных покровов не превышают 0,03.. .0,05.

В третьем разделе главы описаны исследования ослабления и излучения СВЧ волн с помощью передвижной наземной установки. Наземная передвижная установка типа НПУ-Ш разработана и создана ВНИПКИ «Консервпромкомплекс» совместно с ИРЭ АН СССР. Установка создана на базе самоходного тракторного шасси Т-16М для оперативного определения влажности почвы под плодоовощными культурами СВЧ радиометрическим методом. Автор принимал непосредственное участие в разработке технического задания на создание установки, ее испытаниях и проведенных с помощью установки измерениях. Описание установки и методики проведения измерений дано в диссертации. По данным измерений получены: характерные значения (и их сезонное изменение) коэффициента передачи посевов томата, гороха и колосовых; дан-

ные о связи экранирующих и биометрических характеристик растительного покрова. По результатам двухгодичных исследований СВЧ излучения почвы при наличии растительного покрова в натурных условиях с помощью передвижной наземной установке можно заключить следующее.

. Развита и отработана методика измерения СВЧ радиационных характеристик почв и растительных покровов, а также методика определения характеристик ослабления СВЧ излучения растительностью. Аналогичные методики впоследствии использовались и другими исследователями.

. Получены значения коэффициента передачи для ряда сельскохозяйственных культур в течение срока вегетации. Установлено хорошее соответствие расчетных значений коэффициента передачи экспериментальным данным. Данный факт подтверждает правильность развитых автором модельных представлений об ослаблении СВЧ волн растительными покровами.

. Сопоставление расчетных коэффициентов излучения почвы, полученных по выражению (63), с данными прямых измерений этого коэффициента показывает их хорошее соответствие. Таким образом, исследования, проведенные в натурных условиях при тщательном контроле влажности почвы и биометрических показателей растительности, подтвердили правильность развитых автором модельных представлений о СВЧ излучении системы почва - растительность. Показано, что выражения (61), (63), (66) адекватно описывают СВЧ излучение посевов и могут использоваться для интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования земной поверхности при наличии растительного покрова. Отметим, что к данному выводу пришли впоследствии авторы других аналогичных исследований, проведенных натурных условиях с помощью наземных установок.

В четвертом разделе дано описание исследований СВЧ излучения растительными покровами с борта самолетов лабораторий. Исследование СВЧ излучения естественных растительных покровов в различных климатических зонах страны и зарубежья проведено с борта самолетов-лабораторий ИЛ-18 и АН-2. Автор принимал непосредственное участие в оборудовании самолетов-лабораторий, в частности, им были рассчитаны, сконструированы и изготовлены спиральные антенные системы для самолета-лаборатории АН-2. Автор принимал участие в планировании экспериментальных исследований, а также в течение более 15 лет в проведении летных экспериментов. Районы проведения работ, объекты исследований, состав аппаратуры и ее характеристики и методика летных измерений приведены в диссертации. Целью самолетных экспериментов являлось следующее: исследование спектральных зависимостей характеристик СВЧ излучения характерных типов растительных покровов и их особенностей; обоснование применимости развитых модельных представлений о СВЧ излучении земной по-

верхности при наличии растительного покрова для различных типов растительности в натурных условиях; накопление экспериментальных данных об ослаблении СВЧ излучения характерными типами растительных покровов в течение их срока вегетации и установление связи характеристик ослабления с биометрическими показателями растительности.

По данным самолетных СВЧ радиометрических измерений получены количественные оценки экранирующего влияния (ослабления) для различных типов растительных покровов. Методика определения коэффициента передачи растительности предложена автором и основана на сопоставлении коэффициентов излучения участков с растительностью с коэффициентами излучения открытых участков при близких значениях влажности почвы на участках. Для повышения точности оценок коэффициента передачи использовались данные измерений, соответствующие значительному увлажнению почвы на участках, наблюдаемому после осадков или полива. Спектральная зависимость коэффициента передачи характерных типов растительных покровов приведена в диссертации.

Проведение самолетных исследований для различных типов растительных покровов в различных климатических зонах в течение всего срока вегетации показало, что сопоставление расчетных коэффициентов излучения почвы, полученных по выражению (63) с данными прямых измерений этого коэффициента дает их хорошее соответствие. Таким образом, многолетние самолетные исследования, проведенные в натурных условиях при контроле влажности почвы и биометрических показателей растительности, подтвердили правильность развитых автором модельных представлений о СВЧ излучении системы почва - растительность. Эти исследования показали, что выражения (61), (63), (66) корректно описывают СВЧ излучение посевов и лесной растительности и могут использоваться для интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования земной поверхности при наличии растительного покрова. Аналогичные выводы получены в результате самолетных исследований другими авторами.

Экспериментальные оценки спектральных зависимостей ослабления, полученные для характерных типов растительных покровов, сопоставлены с расчетами интегрального ослабления и коэффициента передачи. В расчетах использовались величины растительной массы и влагосодержания растительности из данных наземных наблюдений. Расчетные значения удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

Исследования отражающих свойств растительных покровов показали, что величина коэффициента отражения г определяется типом культуры и длиной волны принимаемого излучения. Максимальные значения г наблюдаются в сантиметровой области спектра для «широколиственных» культур и не превышают 0,1...0,2. Для мелколиственных культур значения не превышают 0,05 во всем исследованном диапазоне длин волн. Расчетные значения коэффициента отражения удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. В сантиметровом диапазоне ослабление велико и г г0. Экспериментальные значения коэффициента г0 для ряда сельскохозяйственных культур сопоставлены с расчетными значениями. Расчетные значения хорошо согласуются с данными эксперимента.

В четвертой главе диссертации рассматривается использование результатов работы в задачах дистанционного радиофизического зондирования земных покровов. Рассмотрены методы учета экранирующего влияния растительности при СВЧ пассивном и активном зондировании почвы, показаны возможности применения СВЧ радиометрического метода для определения биометрических показателей растительности, указаны другие возможные области применения результатов работы.

В первом разделе рассмотрен учет влияния растительности при дистанционном СВЧ радиометрическом зондировании земных покровов. Учет экранирующего влияния растительных покровов является важным при решении ряда научных и прикладных задач, связанных с определением характеристик земной поверхности СВЧ радиометрическим методом, в частности, является особенно актуальным при СВЧ радюметрическом зондировании влажности почвы. Методики учета экранирующего влияния растительности впервые предложены автором и независимо Шутко А.М.. Эти методики базируются на развитых автором модельных представлениях о СВЧ излучении земной поверхности при наличии растительного покрова. Анализ данных методик проведен автором совместно с Шутко A.M.. При СВЧ радиометрических измерениях, проводимых на одной длине волны, оценка для яркостной температуры почвы Tfos под растительностью следует из выражения (66):

где - яркостная температура почвы с растительностью, - ко-

эффициент передачи растительного слоя, г0 - коэффициент отражения растительного полупространства, Г - физическая температура растительности, X - интегральное ослабление излучения в растительном слое. Оценка 7требует априорного задания параметров Проведенный анализ показывает, определение характеристик земной поверхности с малыми погрешностями требует обеспечения при одночастотных измерениях низкого уровня ослабления излучения в растительности а также задания коэффициента передачи растительности с погрешностью не хуже чем 0,05...0,1. Результаты проведенных в работе теоретических и экспериментальных исследований, показывают, что в дециметровом диапазоне длин волн (А> 15...20 см) практически все типы растительных покровов являются полупрозрачными (/¡¿0,5). Данное обстоятельство обеспечивает возможность определения характеристик почвы под растительностью. При этом учет влияния растительности путем задания ее коэффициента передачи приводит к относительной погрешности определения влажности почвы, составляющей 10...30%. Экспериментальная проверка эффективности данной методики осуществлена в натурных условиях для реальных посевов с помощью наземной передвижной установки, многолетних самолетных измерений с помощью СВЧ радиометрического комплекса, установленного на борту самолета АН-2. Измерения с помощью наземной установки показали, что использование разработанной методики, основанной на одночастотных измерениях и априорном задании коэффициента передачи по данным наземных измерений биомассы или по экспертной оценке состояния посева, позволяет определять влажность почвы в реальных условиях с погрешностью не более 0,04...0,06 г/см3 при биомассе растительности до 4 кг/м2. При измерениях с борта самолета рассчитанные значения яркостных температур и влажности почвы под растительностью сопоставлялись с данными наземных измерений влажности почвы. Расчетные оценки ошибок в определении яркостной температуры почвы находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. В результате многолетних самолетных измерений накоплены обширные данные о коэффициенте передачи различных типов растительных покровов в течение их вегетации. Некоторые данные о коэффициенте передачи типичных растительных покровов приведены в диссертации.

Разработанная методика учета экранирующего влияния растительности при дистанционном определении влажности почвы по данным СВЧ радиометрического зондирования является в настоящее время базовой при интерпретации данных самолетных и спутниковых измерений. Данная методика использовалась службами по определению

влажности почв СВЧ радиометрическим методом, созданными в СССР при организациях Минводхоза, Госагропрома и Госкомгидромета. Методика являлась составной частью материалов по определению влажности почв СВЧ радиометрическим методом, переданных Институтом радиотехники и электроники в 1983 -1989 гг. зарубежным научно-производственным организациям в рамках контрактов через ВО «Внештехника».

Необходимость задания априорной информации о коэффициенте передачи растительности при одночастотных измерениях может быть устранена путем проведения спектральных измерений. Проведенный в работе анализ и расчеты возникающих при этом погрешностей определения яркостной температуры почвы под растительностью показывают, что погрешность при использовании спектрального метода при определенных условиях не превышает указанную погрешность при одночастотных измерениях. Данный факт показывает перспективность использования спектральных измерений при определении влажности почвы СВЧ радиометрическим методом. Указанный метод используется в настоящее время при интерпретации данных спутниковых измерений.

Во втором разделе рассмотрено применение СВЧ радиометрического метода для определения биометрических характеристик растительных покровов. Проводя измерения яркостной температуры растительного покрова при двух различных условиях зон-дировання, из (2.36) можно получить соотношение

(70)

где , а индексы 1 и 2 относятся к первому и второму

условию зондирования соответственно. Если условия зондирования выбраны так, что

Д?ь«0, (71)

то из (70) может быть получена оценка отношений коэффициентов передачи С другой стороны, согласно (52), величина

(72)

(73)

и оценка величины удельной биомассы может быть получена по данным СВЧ радиометрического зондирования растительного покрова при двух различных условиях измерений:

Q=-

-in

Т'-П

(74)

Щ-Ьг) Т'-Тьг

Температура растительности может оцениваться по температуре воздуха или данным измереный в инфракрасном диапазоне. Значения коэффициента г0 для различных типов растительности известны. Проведенный в работе анализ погрешности определения биомассы показывает на возможность определения удельной биомассы по данным СВЧ радиометрического зондирования с погрешностью 20 %. Особенно благоприятен случай наблюдения растительности на фоне водной поверхности (рис, камыши). В этом случае ошибка измерения биомассы минимальна. Экспериментальная проверка СВЧ радиометрического метода определения биомассы растительности проведена автором совместно с Шутко A.M. и сотрудниками ВНИИ риса. Так как спектральные характеристики излучения открытой водной поверхности хорошо изучены, это позволяет получать оценки биомассы по данным измерений на одной длине волны. При этом

где - известная яркостная температура водной поверхности. Эксперименты по исследованию возможностей оценки биомассы риса проведены в Краснодарском крае с помощью СВЧ радиометра на длине волны 18 см, установленного на борту самолета АН-2. Для уточнения зависимости ослабления от величины удельной биомассы использовались специально выбранные опорные участи (чеки) с разным значением биомассы. На этих участках по традиционной методике проводились наземные измерения количества зеленой массы на единицу площади путем срезания посева на площадке 0,5x0,5 м2. Для повышения точности измерений отбор проб проводили в 12...21 точке на опорном чеке. Точность дистанционного определения биомассы оценивали по сопоставлению с данными наземных измерений на контрольных чеках с различными сортами риса и высотой стеблестоя 60...90 см. Результаты эксперимента показали, что точность дистанционного определения биомассы составила 10...20 %, что сопоставимо с точностью, обеспечиваемой традиционными наземными методами. Методика определения биомассы риса СВЧ радиометрическим методом и ее применение для мониторинга состояния водохозяйственных систем развиты в дальнейшем Язеряном Г.Г.. Разработанные автором модельные представления о СВЧ излучении растительных покровов используются в настоящее время для оценки биометрических показателей растительности по данным спектральных измерений радиояркостной температуры

В третьем разделе главы рассмотрен учет влияния растительности при дистанционном СВЧ радиолокационном зондировании земных покровов. При наличии растительного покрова для чувствительности коэффициента обратного рассеяния

к вариациям R (коэффициент отражения почвы, определяемый ее влажностью) получено выражение

ЭСГ°(Д)СДБ)/9Л=—5, (76)

5 =-0--0-• (77)

1 +

Величина 51 имеет смысл коэффициента экранирования растительности (можно сравнить с коэффициентом передачи при пассивном зондировании). Этот коэффициент является функцией длины волны, параметров шероховатости, альбедо и интегрального ослабления. Параметр 51 рассчитан для коэффициента обратного рассеяния почвы

соответствующего очень неровной, шероховатой и гладкой почве. Данные расчетов показывают, что в большинстве случаев (за исключением очень неровной поверхности) 51 меньше, чем 0,5 при интегральном ослаблении г > 0,4. С учетом результатов предыдущих глав работы можно оценить максимальные значения влагозапаса растительности, когда возможно зондирование почвы под растительностью с помощью РСА. Оценки дают для С- и Ь-диапазона значение максимального влагозапаса 1 ...2 кг/м2. Таким образом, РСА может, в принципе, использоваться для оценки параметров почвы под растительностью при наличии таких культур, как пшеница и люцерна в течение всего периода вегетации и кукуруза на ранних стадиях. Данный вывод подтверждается экспериментальными результатами.

В четвертом разделе рассмотрено ослабление электромагнитных волн растительностью при радиосвязи. Экспериментальные данные о коэффициенте экстинкции (погонном ослаблении) для различных типов леса (тропического, хвойного, лиственного) собраны автором и Головачевым С.П.. Следует отметить, что экспериментальные дан-

ные об ослаблении волн лесным пологом немногочисленны. Это не позволяет сделать какие-либо определенные выводы о величинах ослабления и его спектральной зависимости. Тем не менее, представленные данные позволяют получить некоторое представление об этом. Анализ данных показывает следующее.

В частотном диапазоне 1 (10... 1000 МГц не наблюдается сильного отличия значений погонного ослабления для различных типов леса. Для более высоких частот значения коэффициентов экстинкции на данной частоте, полученные разными авторами, отличаются друг от друга в несколько (2.. .5) раз.

Собранные данные показывают на наличие устойчивой зависимости (роста) ослабления от частоты во всем исследуемом диапазоне. В диапазоне частот 100... 1000 МГц эту зависимость совместно с Головачевым СП. предложено аппроксимировать выражением (54)

где у - погонное ослабление в дБ/м, с = 8-10-4 - регрессионный коэффициент и / - частота в МГц. Наклон спектральной зависимости ослабления согласуется с результатами спектральных измерений ослабления фрагментами деревьев и их кронами, проведенными автором и его коллегами.

В пятом разделе рассмотрены другие возможные применения результатов работы. В качестве таких рассматриваются глобальное картирование яркостной температуры суши, глобальное картирование ослабления СВЧ волн растительностью, контроль составляющих энергетического баланса геосистем и их состояния, разработка нейросете-вых алгоритмов оценивания параметров почвы и растительности, исследование распространения радиоволн в лесу.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Разработаны основы теории распространения СВЧ волн в растительных покровах. Развиты электродинамические модели растительного покрова в виде непрерывной среды и совокупности рассеиватслей, впервые установлено соотношение между этими моделями и определены границы их применимости. В непрерывной модели с использованием методов теории распространения электромагнитных волн в среде сильными флуктуациями диэлектрической проницаемости получены соотношения для эффективной диэлектрической проницаемости случайно-неоднородной дискретной среды. Полученные выражения нелинены по объемной плотности неоднородностей, что отражает учет теорией взаимного их влияния. В электростатическом приближении полученные выражения переходят в известные модели Максвелла - Гарнетта, Бруггемана (Полдера - ван Зантена) и Де Лура. Таким образом, известные соотношения теории смесей диэлектриков являются частными случаями развитой теории. Полученные соотношения удовлетворяют условию равенства диэлектрической проницаемости среды диэлектрической проницаемости неоднородностей при относительном объемном заполнении равном единице. В квазистатическом приближении получены выражения для эффективной диэлектрической проницаемости, включающие частотно зависимые члены. Они находятся путем разложения решения дифракционной задачи для поля внутри неоднородности по степеням малого параметра ка, где а - характерный размер неоднородности. Включение в выражение для эффективной диэлектрической проницаемости частотно зависимых членов является существенным продвижением теории, так как при этом учитывается рассеяние на неоднородностях при их взаимном влиянии. Ранее,

(78)

частотно зависимые члены находились в виде волновых поправок к статической части эффективной диэлектрической проницаемости.

В дискретной модели установлено соответствие между различными приближениями теории распространения волн в дискретных средах, получены выражения для коэффициента экстинкции (погонного ослабления) дискретной среды. Автором разработана оригинальная методика и первым проведены измерения в СВЧ диапазоне сечений ослабления и рассеяния элементов растительности - листьев, стеблей и веток. Развиты электродинамические модели для расчета указанных сечений, хорошо согласующиеся с данными эксперимента. Систематизированы известные теоретические модели и экспериментальные данные о диэлектрической проницаемости элементов растительности. Показано, что для расчета характеристик распространения, рассеяния и ослабления СВЧ волн в растительной среде предпочтительно использовать дискретную модель растительности в виде совокупности рассеивателей - листьев, веток, стеблей, стволов. Применение в рамках данной модели приближения независимых рассеивателей и теории переноса излучения теоретически и экспериментально обосновано автором в дециметровом диапазоне длин волн. В сантиметровом диапазоне в указанное приближение необходимо вводить поправки на взаимное экранирование рассеивателей, приводящее к нелинейной зависимости коэффициента экстинкции от числа рассеивателей в единичном объеме. Непрерывная модель растительности может применяться для расчетов ослабления излучения лисгвенной компонентой растительности в дециметровом диапазоне длин волн.

Впервые предложены и теоретически и экспериментально обоснованы модели СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, которые являются в настоящее время основой для разработки методов определения параметров почвы и растительности по данный дистанционных СВЧ радиометрических измерений. Параметрами моделей являются радиояркостная температура почвы, коэффициент передачи (интегральное ослабление излучения) растительности, коэффициент отражения растительного полупространства и температура растительности. Указанные величины связаны с геофизическими и биометрическими параметрами почвы и растительности, что и делает возможным определение этих параметров по данным СВЧ радиометрических измерений.

На основе развитых теоретических представлений о распространении СВЧ излучения в растительном покрове и данных экспериментальных исследований в натурных и лабораторных условиях установлена связь характеристик ослабления и рассеяния СВЧ излучения в растительной среде с ее биометрическими показателями. Показано, что интегральное ослабление СВЧ излучения в слое растительности определяется, прежде всего, влагозапасом растительного покрова на единицу площади и зависит от относительной объемной плотности растительности и объемного влагосодержания фитоэле-ментов. При постоянной плотности растительности и влагосодержании фитоэлементов интегральное ослабление является линейной функцией влагозапаса. Коэффициент отражения СВЧ излучения ог растительного слоя определяется характерными размерами и формой фитоэлементов (типом растительного покрова) и их влагосодержанием. Указанные зависимости прошли всестороннюю теоретическую и экспериментальную проверку многочисленными иследователями и являются базовыми при интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования системы почва-растительность.

Предложен рад оригинальных методик для измерения характеристик ослабления СВЧ излучения в растительных средах с борта самолета, наземных передвижных установок и в лабораторных условиях. Указанные методики нашли 1

покрова - измеряемые радиояркостные контрасты

земной поверхности с растительностью и без нее, соответственно. В дециметровой области СВЧ диапазона все типы растительных пскровов являются полупрозрачными (/?>0,5), в сантиметровой области наблюдается значительное экранирование излучения растительностью Разработанный автором метод учета влияния растительности при одночастотных измерениях в дециметровом диапазоне длин волн и наличии априорных оценочных данных о биомассе растительности позволяет получать значения радиояркостной температуры почвы под растительностью с погрешностью не хуже 10...20 К. Данный метод обеспечивает измерение влажности почвы под растительностью с биомассой до 200...300 ц/га с относительной погрешностью не хуже 10...30 % от значений, получаемых для открытой яочвы. Метод учета влияния растительности по данным измерений на нескольких длинах волн не требует наличия количественной априорной информации о растительнои покрове. При этом погрешности определения характеристик почвы под растительностью не превышают указанные погрешности при одночастотных измерениях. Методики учета экранирующего влияния растительности прошли всестороннюю опытную проверку в различных регионах страны и за рубежом. Установлено, что СВЧ радиометрический метод позволяет определять биомассу растительного покрова на фоне сильно увлажненной почвы и водной поверхности. Для растительности, подстилаемой водной поверхностью (камыш, тростник, высшая водная растительность, посевы риса), относигельная погрешность определения биомассы составляет 10...20 %, что сопоставимо с точностью, обеспечиваемой традиционными наземными методами. Метод позволяет определять 4...5 градаций биомассы сельскохозяйственных посевов при значительном увлажнении почвы, наблюдаемом после полива или выпадения осадков. Разработанные автором методики определения влажности почвы под растительным покровом и биометрических показателей растительности по данным дистанционного СВЧ радиометрического зондирования делают СВЧ радиометрический метод эффективным инструментом для дистанционного контроля гидрологического состояния почвы и состояния растительного покрова в региональном и глобальном масштабах. Указанные методики широко используются в настоящее время при обработке данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования.

Показано, что полученные в работе результаты являются полезными и могут использоваться при интерпретации данных активного СВЧ радиофизического зондирования системы почва-растительность, а также в задачах радиосвязи.

Представляется, что перспективным направлением дальнейших исследований является переход от локальных СВЧ радиометрическихизмерений на тестовых участках или сельскохозяйственных массивах к региональным и глобальным СВЧ радиометрическим измерениям. Важность локальных измерений несомненна, так как они позволяют получить и проверить основные соотношения между радиационными и геофизическими характеристиками. Распространение указанных соотношений на региональный и глобальный масштаб является самостоятельной задачей. При этом растительный покров должен рассматриваться как экологическая система со своими законами развития и функционирования. При этом возникает задача о нахождении возможной связи СВЧ радиационных характеристик и параметров состояния системы, в частности, парамет-

ров переноса энергии и влаги на границе атмосфера - растительный покров. Первые работы в указанном направлении являются обнадеживающими.

Публикации по теме диссертации.

1. Бородин Л.Ф., Кирдяшев К.П., Стаканкин Ю.П., Чухланцев АА. О применении СВЧ радиометрии к исследованию лесных пожаров // Радиотехника и электроника, 1976, т. 21, №8, с. 1945-1950.

2. Гранков А.Г., Либерман Б.М., Реутов ЕА., Чухланцев АА., Шутко А.М. Особенности методов СВЧ и ИК радиометрии при их комплексном использовании // Научно-технический бюллетень по агрономической физике № 37 «Аэродистанционные исследования сельскохозяйственных полей», Л., Изд. АФНИИ ВАСХНИЛ, 1979, с. 48-53.

3. Гранков А.Г., Либерман Б.М., Реутов ЕА., Стернин В.М., Чухланцев А.А., Шиндеров Б.Л., Шутко А.М. Исследование земных и растительных покровов в СВЧ и ИК диапазонах с борта самолета лаборатории АН-2 // Научно-технический бюллетень по агрономической физике № 37 «Аэродистанционные исследования сельскохозяйственных полей», Л., Изд. АФНИИ ВАСХНИЛ, 1979, с. 60-65.

4. Башаринов А.Е., Зотова Е.Н., Наумов М.И., Чухланцев АА. Радиационные характеристики растительных покровов в СВЧ диапазоне // Радиотехника, 1979, т.34, №

5. с. 16-24.

5. Кирдяшев К.П., Чухланцев АА, Шутко А.М. СВЧ излучение земной поверхности при наличии растительного покрова // Радиотехника и электроника, 1979, т. 24, № 2, с. 256-264.

6. Чухланцев АА СВЧ излучение растительных покровов. Дисс....канд.техн. наук, М., МФТИ, 1981,172 с. Научные руководители Башаринов А.Е. и Арманд НА

7. Shutko A.M. and Chukhlantsev A.A. Microwave radiation peculiarities of vegetative coves // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Jan. 1982, Vol. 20, pp. 27-29.

8. Чухланцев АА., Шутко А.М. Экранирующее влияние растительности в задачах дистанционного радиофизического зондирования // Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1982, № 2, с. 80-82.

9. Чухланцев АА, Шутко А.М., Язерян Ж.Г. О влиянии краевых эффектов на СВЧ излучение природных неоднородных сред // XIV Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тез. докл. М., Наука, 1984, с. 195-197.

10. Чухланцев АА Лабораторные исследования ослабления СВЧ излучения растительностью // Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами: Тез. докл. Всесоюзного научно-технического симпозиума, М., Радио и связь, 1985, с. 70-71.

11. Чухланцев АА., Шутко А.М. Способ определения биомассы растительности // АС № 1255905 с приоритетом от 20.06.1985 г.

12. Чухланцев АА., Шутко А.М. О возможности применения СВЧ радиометрического метода для определения биометрических характеристик растительных покровов // Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами: Тез. докл. Всесоюзного научно-технического симпозиума, М., Радио и связь, 1985, с. 71.

13. Головачев СП., Клевицкий З.С., Мальцев МЛ., Милыпин А.А., Роговой Г.И., Хусид МА, Чухланцев АА, Шутко А.М., Язерян Ж.Г. Передвижная наземная СВЧ радиометрическая установка для оперативного определения влажности почв под овощными культурами // Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами: Тез. докл. Всесоюзного научно-технического симпозиума, М., Радио и связь, 1985, с. 124-125.

14. Chikhlantsev AA On microwave radiometry of vegetation canopies // 1985 International Symposium on Antennas and EM Theory: Proceedings, August 26-28, 1985, Beijing, China Academic Publishers, pp. 532-536.

15. Воробейник Е.А, Кибальников СВ., Чухланцев АА., Шутко А.М., Язерян

Ж.Г. Способ определения биомассы затопляемого риса в чеках // АС № 1408986 с приоритетом от 12.02.1986 г.

16. Чухланцев АА О влиянии статистики фотометрических показателей на устойчивость СВЧ радиационных моделей растительных покровов // Всесоюзная конференция по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды: Тез. докл. Рига, РИИГА, 1986, с. 134.

17. Головачев СП., Чухланцев АА Экспериментальное исследование пространственно-временных характеристик СВЧ излучения орошаемых сельскохозяйственных полей // Всесоюзная конференция по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды: Тез. докл. Рига, РИИГА, 1986, с. 134..

18. Чухланцев АА Рассеяние и поглощение СВЧ излучения элементами растений // Радиотехника и электроника, 1986, т. 31, № 6, с. 1095-1104.

19. Чухланцев АА Способ определения биомассы растительности // АС № 1486895 с приоритетом от 17.04.1987 г.

20. Головачев С.П., Чухланцев А А, Шутко А.М. Экспериментальное исследование СВЧ излучения посевов с передвижной установки // XV Всесоюзная конференция по распросгранению радиоволн: Тез докл. М., Наука, 1987, с. 408-409.

21. Чухланцев А.А., Шутко А.М. Применение СВЧ радиометрического метода для определения биометрических характеристик растительного покрова // Исследование Земли из космоса, 1987, № 5, с. 42-48.

22. Чухланцев АА, Головачев СП. Способ определения биомассы растительности // АС № 1597702 с приоритетом от 20.06.1988 г.

23. Чухланцев АА., Шутко А.М. Об учете влияния растительности при дистанционном СВЧ радиометрическом зондировании земных покровов // Исследование Земли из космоса, 1988, № 2, с. 67-72.

24. Чухланцев А.А. Об эффективной диэлектрической проницаемости растительности в СВЧ диапазоне // Радиотехника и электроника, 1988, т. 33, № 11, с. 2310-2319.

25. Воробейник Е.А., Петибская B.C., Чухланцев АА., Язерян Г.Г. СВЧ излуча-тельныехарактеристики рисовых посевов // Радиотехника и электроника, 1988, т. 33, № 11, с. 2420-2421.

26. Винокурова СИ., Смирнов М.Т., Чухланцев АА СВЧ радиационная модель системы рассеивающий слой - шероховатая поверхность // Статистические методы и системы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды: Тез. докл. межведомственного научно-технического совещания, Минск, БГУ, 1989, с. 113.

27. Чухланцев А.А. Излучение и рассеяние СВЧ волн растительными покровами // Экспресс-информация № 7-89 «Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами», Материалы П-го Всесоюзного симпозиума, Л., Научный совет по космическим исследованиям для народного хозяйства МКС АН СССР, 1989, с. 5-6.

28. Чухланцев АА, Головачев СП. Исследование особенностей ослабления СВЧ излучения в растительном покрове активными и пассивными методами // Экспресс-информщия № 7-89 «Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами», Материалы П-го Всесоюзного симпозиума, Л., Научный совет по космическим исследованиям для народного хозяйства МКС АН СССР, 1989, с. 41-42.

29. Chukhlantsev A.A., Golovachev S.P., and Shutko A.M. Experimental study ofvegeta-ble canopymicrowave emission IIAdv. Space Res., 1989. Vol. 9, No. 1, pp. (1)317-(1)321.

30. Чухланцев АА О моделировании растительности совокупностью рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1989, т. 34, № 2, с. 240-244.

31. Чухланцев АА О возможности модельного подхода в задаче классификации растительных покровов по данным радиолокационного зондирования // Исследование Земли из космоса, 1989, № 4, с. 84-90.

32. Головачев С.П., Реутов Е.А., Чухланцев АА., Шутко А.М. Экспериментальные исследования СВЧ излучения посевов овощных культур // Изв. Вузов. Радиофизика, 1989, т. 32, №5, с. 551-556.

33. Чухланцев А.А., Головачев СП. Ослабление СВЧ излучения в растительном покрове // Радиотехника и электроника, 1989, т. 34, № 11, с. 2269-2278.

34. Винокурова СИ., Чухланцев АА О мониторинге состояния посевов с помощью РСА // Дистанционное зондирование агропочвенных и водных ресурсов: Тез. докл. Всесоюзной конференции, Барнаул, АТУ, 1990, с. 15-17.

35. Чухланцев АА, Винокурова СИ. О применении РСА для зондирования почвы. // Дистанционное зондирование агропочвенных и водных ресурсов: Тез. докл. Всесоюзной конференции, Барнаул, АГУ, 1990, с. 135-137.

36. Чухланцев АА. Дистанционное зондирование растительных покровов в СВЧ диапазоне // Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды: Тез. докл. Всесоюзной конференции, Ереван, АН АрмССР, 1990, с. 7175.

37. Chukhlantsev AA Microwave emission and scattering from vegetation canopies // Signature problems in microwave remote sensing ofthe surface f the Earth: Proc. of URSI Conference, 15-17 May 1990, Hyannis, Massachusetts, USA.

38. Винокурова СИ., Смирнов М.Т., Чухланцев АА. Радиационная модель системы рассеивающий слой - шероховатая поверхность в СВЧ диапазоне // Изв. Вузов. Радиофизика, 1991, № 4, с. 472-476.

39. Чухланцев АА, Винокурова СИ. О применении радиолокационных средств для зондирования почвенно-растительных покровов // Исследование Земли из космоса, 1991, №4, с. 21-26.

40. Chukhlantsev A.A. Microwave emission and scattering from vegetation canopies // Journal ofElectromagnetic Waves and Applications, 1992, Vol. 6, No. 8, pp. 1043 -1068.

41. Чухланцев АА, Головачев СП. Оценки ослабления радиоволн растительными покровами в диапазоне 3...300 см //Лесной вестник, 2002, № 1 (21), с. 112-117.

42. Чухланцев А.А. Ослабление СВЧ излучения ветками хвойных деревьев // Лесной вестник, 2002, № 1(21), с. 110-112.

43. Chukhlantsev A.A., Tishchenko Yu. G., Marechek S. V., et al. Laboratory complex for measuring of EM waves attenuation by vegetation fragments // IGARSS 2003: Proceedings, 21 -25 July 2003, Toulouse, France.

44. Chukhlantsev A.A., Shutko A.M., Golovachev S. P., et al. Conductivity ofleaves and branches and its relation to the spectral dependence of attenuation by forests in meter and decimeter band // IGARSS 2003: Proceedings, 21-25 July 2003, Toulouse, France.

45. Чухланцев АА., Шутко А.М., Головачев СП. Ослабление электромагнитных волн растительными покровами // Радиотехника и электроника, 2003, т. 48, №11, с. 1283-1311.

46. Chukhlantsev A.A., Marechek S.V., Golovachev S.P., Novichikhin E.P., Tishchenko Yu.G., Shutko AM. Continuous microwave attenuation spectra of trees fragments // MicroRad 2004 Conference: Proceedings, February 24-27,2004, Rome, Italy.

47. Чухланцев АА., Маречек СВ., Новичихин Е.П., Тищенко Ю.Г., Шутко А.М.,

Головачев СП. Лабораторные измерения ослабления электромагнитных волн фрагментами растительности // Радиотехника и электроника, 2004, т. 49, № 6, с. 677-682.

48. Чухланцев АА Дистанционное сверхвысокочастотное радиометрическое зондирование почвы и растительности: состояние и перспективы // Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами: Сборник докладов Второй всероссийской научной конференции, 16-18 июня 2004 г., Санкт-Петербург, т. 1, с. 30-34.

49. Гранков А.Г., Мильшин А.А., Чухланцев АА. О поглощении радиоволн ветвями деревьев в мм, см и дм диапазонах // Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическим! средствами: Сборник докладов Второй всероссийской научной конференции, 16-18 июня 2004 г., Санкт-Петербург, т. 1, с. 151-154.

Подписано в печать 13.09.2004 г. Фермат 60x84/16. Объем 2,21 усл.пл. Ротапринт ИРЭ Г АН. Тираж 80 экз. Зак. 7.

»21122

РНБ Русский фонд

2005-4 15916

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Чухланцев, Александр Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГ

НИТНЫХ ВОЛН В РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОКРОВАХ.

1. Основные подходы к описанию распространения электромагнитных волн в 13 растительной среде.

1.1. Краткое описание объекта исследований.

1.2. Общий подход к описанию распространения электромагнитных волн в рас- 16 тительных покровах.

2. Модель растительности в виде сплошной среды.

2.1. Распространение электромагнитных волн в случайно неоднородной сплош- 20 ной среде.

2.2. Эффективная диэлектрическая проницаемость растительной среды.

3. Модель растительности в виде совокупности рассеивателей (дискретная мо- 37 дель).

3.1. Распространение электромагнитных волн в случайно неоднородной дискрет- 3 7 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 60 электродинамическими и биометрическими характеристиками растительности.

И. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СВЧ ИЗЛУЧЕНИИ ЗЕМНОЙ 67 ПОВЕРХНОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА.

1. Общий подход к нахождению характеристик СВЧ излучения системы почва - 67 растительность.

2. Обоснование возможности применения теории переноса излучения к расти- 72 тельной среде.

3. СВЧ излучение растительного слоя.

4. СВЧ излучение системы почва - растительный слой.

5. Связь параметров радиационной модели с характеристиками почвы и расти- 83 тельности.

5.1. Связь радиояркостной температуры почвы с ее геофизическими характери- 83 стеками.

5.2. Связь интегрального ослабления в растительности с ее биометрическими 90 показателями.

5.3. Связь альбедо растительного полупространства с типом растительного по- 97 крова и его состоянием.

5.4. Влияние неполного покрытия 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- 109 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 126 с помощью передвижной наземной установки.

4. Исследование ослабления и излучения СВЧ волн растительными покровами 135 с борта самолетов лабораторий.

IV. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В ЗАДАЧАХ ДИСТАНЦИ- 146 ОННОГО РАДИОФИЗИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМНЫХ ПОКРОВОВ.

1. Учет влияния растительности при дистанционном СВЧ радиометрическом 146 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- 154 ских характеристик растительных покровов.

3. Учет влияния растительности при дистанционном СВЧ радиолокационном 161 зондировании земных покровов.

4. Ослабление электромагнитных волн растительностью при радиосвязи.

Введение диссертация по физике, на тему "СВЧ радиометрия растительных покровов"

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 бьггь 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, t 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 достаточно давно, их актуальность и интерес к проведению исследований в данной области не только не ослаб, но и существенно вырос в последнее десятилетие. Данный факт объясняется, во-первых, важностью самого объекта исследований в общей системе дистанционного экологического мониторинга поверхности суши и, во-вторых, возросшими техническими возможностями СВЧ радиометрических средств дистанционного зондирования с космических носителей. Действительно, влажность почвы и растительный покров играют ключевую роль в гидрологическом цикле, в процессах переноса влаги и энергии на границе поверхности суши и атмосферы вследствие испарения, инфильтрации и транспирации. Применение СВЧ радиометрических средств зондирования Земли с космических носителей требует разработки систем с высоким пространственным разрешением для получения радио изображений земной поверхности. В современньрс и проектируемьгх космических системах это достигается с помощью многолучевых антенн, электронного сканирования с использованием больших антенн, синтезирования апертуры приемных антенных систем. Крупные международные проекты, включающие глобальный мониторинг влажности почвы и гидрологического состояния поверхности суши, как осуществленные («Природа» [60], EOS Aqua [61]), так и планируемые (SMOS [62]), показывают, что вопрос о применении СВЧ радиометрических методов дистанционного зондирования системы почва -растительность все больше переходит из области теоретических изысканий в плоскость практического применения. В связи с этим необходимо разрабатагаать методики определения параметров почвы и растительного покрова по данным дистанционного СВЧ радиометрического зондирования и проверять эти методики на практике. Поэтому опыт подобной работы* накопленный автором и его коллегами за последние три десятилетия, может быть весьма полезным.

Основной целью работы являлось следующее:

• разработка на базе этой теории методик определения по данным СВЧ радиометрических измерений параметров почвы (в основном, влажности почвы) при наличии растительного покрова и биометрических показателей самой растительности.

При достижении указанной цели получены следующие новые научные результаты, выдвигаемые на защиту.

1. Разработаны основы теории распространения СВЧ волн в растительных покровах. Развиты электродинамические модели растительного покрова в виде непрерывной среды и совокупности рассеивателей [14, 17- 21,25,28,29,31,33, 37,48, 52, 54- 57], впервые установлено соотношение между этими моделями и определены границы их применимости [19,25,34,37]. В непрерывной модели с использованием методов теории распространения электромагнитных волн в среде сильными флуктуациями диэлектрической проницаемости получены соотношения для эффективной диэлектрической проницаемости случайно-неоднородной дискретной среды. В дискретной модели установлено соответствие между различными приближениями теории распространения волн в дискретных средах, получены выражения для коэффициента экстинкции (погонного ослабления) дискретной среды. Автором разработана оригинальная методика и первым проведены измерения в СВЧ диапазоне сечении ослабления и рассеяния элементов растительности - листьев, стеблей и веток [19, 22]. Развиты электродинамические модели для расчета указанных сечений, хорошо согласующиеся с данными эксперимента [19,22,29].

2. Автором предложен ряд оригинальных методик для измерения характеристик ослабления СВЧ излучения в растительных средах с борта самолета, наземных передвижных установок и в лабораторных условиях [15, 16, 18- 21, 26, 27, 30, 31, 34, 36, 38, 44, 47, 50, 53, 58]. Указанные методики нашли применение в работах многих исследователей.

3. На основе развитых теоретических представлений о распространении СВЧ излучения в растительном покрове и данных экспериментальных исследований в натурных и лабораторных условиях установлена связь характеристик ослабления и рассеяния СВЧ излучения в растительной среде с ее биометрическими показателями [14, 17-21, 25- 28, 30, 31, 34- 37,47]. Впервые предложены модельные соотношения для расчетов интегрального ослабления СВЧ излучения в растительности [14, 17, 18, 19], которые широко используются исследователями в практике СВЧ радиометрических измерений.

4. Автором впервые предложены [18, 19, 20] и теоретически и экспериментально обоснованы [18-21, 27, 30, 32, 34, 47, 51] модели СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, которые являются в настоящее время основой для разработки методов определения параметров почвы и растительности по данным дистанционных СВЧ радиометрических измерений.

5. Автором разработаны методики применения СВЧ радиометрического метода для дистанционного зондирования состояния почвенно-растительных покровов [18-21]. Им разработаны методики учета экранирующего влияния растительности и определения биомассы растительного покрова по данным СВЧ радиометрических измерений [18-21, 23, 24, 39], которые прошли всестороннюю опытную проверку в различных регионах страны и за рубежом.

Результаты исследований автора позволяют сформулировать следующие положения, выносимые на защиту.

1. Для расчета характеристик распространения, рассеяния и ослабления СВЧ волн в растительной среде предпочтительно использовать дискретную модель растительности в виде совокупности рассеивателей - листьев, веток, стеблей, стволов. Применение в рамках данной модели приближения независимых рассеивателей и теории переноса излучения теоретически и экспериментально обосновано автором в дециметровом диапазоне длин волн. В сантиметровом диапазоне в указанное приближение необходимо вводить поправки на взаимное экранирование рассеивателей, приводящее к нелинейной зависимости коэффициента экстинкции от числа рассеивателей в единичном объеме. Непрерывная модель растительности может применяться для расчетов ослабления излучения лиственной компонентой растительности в дециметровом диапазоне длин волн.

2. В работе установлены зависимости между характеристиками распространения СВЧ волн в растительности и ее биометрическими показателями. Интегральное ослабление СВЧ излучения в слое растительности определяется, прежде всего, влагозапасом растительного покрова на единицу площади и зависит от относительной объемной плотности растительности и объемного влагосодержания фитоэлементов. При постоянной плотности растительности и влагосодержании фотоэлементов интегральное ослабление является линейной функцией влагозапаса. Коэффициент отражения СВЧ излучения от растительного слоя определяется характерными размерами и формой фитоэлементов (типом растительного покрова) и их влагосодержанием. Указанные зависимости прошли всестороннюю теоретическую и экспериментальную проверку многочисленными исследователями и являются базовыми при интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования системы почва-растительность.

3. Развитые в работе модели СВЧ излучения растительных покровов позволяют корректно рассчитать характеристики собственного радиотеплового излучения системы почва-растительность. Параметрами моделей являются радиояркостная температура почвы, коэффициент передачи (интегральное ослабление излучения) растительности, коэффициент отражения растительного полупространства и температура растительности. Указанные величины связаны с геофизическими и биометрическими параметрами почвы и растительности, что и делает возможным определение этих параметров по данным СВЧ радиометрических измерений. Разработанная автором модель СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, известная как т — со модель, в настоящее время является базовой и широко применяется при интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования.

4. Экранирующее влияние растительности при СВЧ радиометрическом зондировании земной поверхности количественно характеризуется коэффициентом передачи раститель

А Трзл ного покрова /? = ———где АТрзп и AT3JJ - измеряемые радиояркостные контрасты атзл. земной поверхности с растительностью и без нее, соответственно. В дециметровой области СВЧ диапазона все типы растительных покровов являются полупрозрачными (/?>0,5 ), в сантиметровой области наблюдается значительное экранирование излучения растительностью ( Р < 0,5 ). Разработанный автором метод учета влияния растительности при одно-частотных измерениях в дециметровом диапазоне длин волн и наличии априорных оценочных данных о биомассе растительности позволяет получать значения радиояркостной температуры почвы под растительностью с погрешностью не хуже 10.20 К. Данный метод обеспечивает измерение влажности почвы под растительностью с биомассой до 200.300 ц/га с относительной погрешностью не хуже 10. .30 % от значений, получаемых для открытой почвы. Метод учета влияния растительности по данным измерений на нескольких длинах волн не требует наличия количественной априорной информации о растительном покрове. При этом погрешности определения характеристик почвы под растительностью не превышают указанные погрешности при одночастотных измерениях.

5. СВЧ радиометрический метод позволяет определять биомассу растительного покрова на фоне сильно увлажненной почвы и водной поверхности. Для растительности, подстилаемой водной поверхностью (камыш, тростник, высшая водная растительность, посевы риса), относительная погрешность определения биомассы составляет 10.20 %, что сопоставимо с точностью, обеспечиваемой традиционными наземными методами. Метод позволяет определять 4.5 градаций биомассы сельскохозяйственных посевов при значительном увлажнении почвы, наблюдаемом после полива или выпадения осадков. Разработанные автором методики определения влажности почвы под растительным покровом и биометрических показателей растительности по данным дистанционного СВЧ радиометрического зондирования делают СВЧ радиометрический метод эффективным инструментом для дистанционного контроля гидрологического состояния почвы и состояния растительного покрова в региональном и глобальном масштабах. Указанные методики широко используются в настоящее время при обработке данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования.

Все основные результаты работы получены автором лично. Автор благодарен всем своим коллегам, принимавшим участие в измерениях и помогавшим автору при проведении модельных расчетов (смотри список публикаций [14-59]). Автор признателен Арманду Н.А. и Полякову В.М. за постоянный интерес к работе и полезное обсуждение результатов. Автор особо благодарен Шутко А.М., совместно с которым проведен ряд важных исследований, и Головачеву С.П., принимавшему активное участие в экспериментальных исследованиях, за поддержку и дружескую помощь.

Результаты работы докладывались на ряде Всесоюзных и Международных конференций, а также на научных семинарах Института радиотехники и электроники РАН. Результаты работы также докладывались на научных семинарах и в виде лекций для сотрудников в зарубежных научно-исследовательских центрах: в Институте радиоэлектроники Академии наук КНР (Пекин), в Джао Тонг Университете КНР (Шанхай), в Институте исследования электромагнитных волн Италии (Флоренция), в Институте сверхвысокочастотной техники Немецкой аэрокосмической администрации (Веслинг), в Чукурова Университете Турции(Адана), в Турецком исследовательском центре на Мраморном море (Стамбул). Результаты работы докладывались на ряде рабочих совещаний по проведению

Международных аэрокосмических экспериментов, проводимых в рамках программы совета «Интеркосмос» («Гюнеш-84», «Курск-85», «Геоэкс-86», «Геомон-90»). Результаты работы являлись составной частью методических материалов по определению характеристик земной поверхности с помощью дистанционных СВЧ радиометрических измерений, переданных в рамках контрактов через Всесоюзное Объединение «Внештехника» научно-производственным организациям Болгарии, Венгрии и Вьетнама. Результаты работы неоднократно экспонировались на ВДНХ в составе стендов ИРЭ РАН. Автор награжден двумя бронзовыми и одной серебряной медалями Выставки.

Результаты работы, как уже отмечалось, широко используются при интерпретации данных дистанционного радиофизического зондирования земной поверхности при наличии растительного покрова. Результаты работы могут также применяться при глобальном картировании ослабления волн растительными покровами и, на этой базе, радиояркостных характеристик поверхности суши, при разработке систем экологического мониторинга космического базирования, при разработке методов дистанционного контроля радиационного баланса и состояния земных покровов, при решении задач радиосвязи и при моделировании электродинамических характеристик природных сред.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. В первой главе развиваются теоретические представления о распространении СВЧ волн в растительных средах. Дано краткое описание объекта исследований, изложен общий подход к описанию распространения электромагнитных волн в растительных покровах, развиты электродинамические модели растительности в виде сплошной среды и совокупности рассеивателей, установлена связь характеристик распространения электромагнитных волн в растительности с ее биометрическими показателями.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны основы теории распространения СВЧ волн в растительных покровах. Развиты электродинамические модели растительного покрова в виде непрерывной среды и совокупности рассеивателей, впервые установлено соотношение между этими моделями и определены границы их применимости. В непрерывной модели с использованием методов теории распространения электромагнитных волн в среде сильными флуктуациями диэлектрической проницаемости получены соотношения для эффективной диэлектрической проницаемости случайно-неоднородной дискретной среды. Полученные выражения нелинейны по объемной плотности неоднородностей, что отражает учет теорией взаимного их влияния. В электростатическом приближении полученные выражения переходят в известные модели Максвелла - Гарнетта, Бруггемана (Полдера — ван Зантена) и Де Лура. Таким образом, известные соотношения теории смесей диэлектриков являются частными случаями развитой теории. Полученные соотношения удовлетворяют условию равенства диэлектрической проницаемости среды диэлектрической проницаемости неоднородностей при относительном объемном заполнении равном единице. В квазистатическом приближении получены выражения для эффективной диэлектрической проницаемости, включающие частотно зависимые члены. Они находятся путем разложения решения дифракционной задачи для поля внутри неоднородности по степеням малого параметра к0а, где а — характерный размер неоднородности. Включение в выражение для эффективной диэлектрической проницаемости частотно зависимых членов является существенным продвижением теории, так как при этом учитывается рассеяние на неоднородностях при их взаимном влиянии. Ранее, частотно зависимые члены находились в виде волновых поправок к статической части эффективной диэлектрической проницаемости.

В дискретной модели установлено соответствие между различными приближениями теории распространения волн в дискретных средах, получены выражения для коэффициента экстинкции (погонного ослабления) дискретной среды. Автором разработана оригинальная методика и первым проведены измерения в СВЧ диапазоне сечений ослабления и рассеяния элементов растительности — листьев, стеблей и веток Развиты электродинамические модели для расчета указанных сечений, хорошо согласующиеся с данными эксперимента. Систематизированы известные теоретические модели и экспериментальные данные о диэлектрической проницаемости элементов растительности. Показано, что для расчета характеристик распространения, рассеяния и ослабления СВЧ волн в растительной среде предпочтительно использовать дискретную модель растительности в виде совокупности рассеивателей - листьев, веток, стеблей, стволов. Применение в рамках данной модели приближения независимых рассеивателей и теории переноса излучения теоретически и экспериментально обосновано автором в дециметровом диапазоне длин волн. В сантиметровом диапазоне в указанное приближение необходимо вводить поправки на взаимное экранирование рассеивателей, приводящее к нелинейной зависимости коэффициента экстинкции от числа рассеивателей в единичном объеме. Непрерывная модель растительности может применяться для расчетов ослабления излучения лиственной компонентой растительности в дециметровом диапазоне длин волн.

Впервые предложены и теор>етически и экспериментально обоснованы модели СВЧ излучения земной поверхности при наличии растительного покрова, которые являются в настоящее время основой для разработки методов определения параметров почвы и растительности по данным дистанционных СВЧ радиометрических измерений. Параметрами моделей являются радиояркостная температура почвы, коэффициент передачи (интегральное ослабление излучения) растительности, коэффициент отражения растительного полупространства и температура растительности. Указанные величины связаны с геофизическими и биометрическими параметрами почвы и растительности, что и делает возможным определение этих параметров по данным СВЧ радиометрических измерений.

На основе развитых теоретических представлений о расггрюстранении СВЧ излучения в растительном покрове и данных экспериментальных исследований в натурных и лабораторных условиях установлена связь характеристик ослабления и рассеяния СВЧ излучения в растительной среде с ее биометрическими показателями. Показано, что интегральное ослабление СВЧ излучения в слое растительности определяется, прежде всего, влаго-запасом растительного покрова на единицу площади и зависит от относительной объемной плотности растительности и объемного влагосодержания фитоэлементов. При постоянной плотности растительности и влагосодержании фитоэлементов интегральное ослабление является линейной функцией влагозапаса. Коэффициент отражения СВЧ излучения от растительного слоя определяется характерными размерами и формой фитоэлементов (типом растительного покрова) и их влагосодержанием. Указанные зависимости прошли всестороннюю теоретическую и экспериментальную проверку многочисленными исследователями и являются базовыми при интерпретации данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования системы почва-растительность.

Предложен ряд оригинальных методик для измерения характеристик ослабления СВЧ излучения в растительных средах с борта самолета, наземных передвижных установок и в лабораторных условиях. Указанные методики нашли применение в работах многих исследователей.

Разработаны методики применения СВЧ радиометрического метода для дистанционного зондирования состояния почвенно-растительных покровов. Показано, что экранирующее влияние растительности при СВЧ радиометрическом зондировании земной поверхности количественно характеризуется коэффициентом передачи растительного по-А Трзл крова р-———где АТрзп и А Тзп — измеряемые радиояркостные контрасты земной ЬТз.п. поверхности с растительностью и без нее, соответственно. В дециметровой области СВЧ диапазона все типы растительных покровов являются полупрозрачными (р > 0,5), в сантиметровой области наблюдается значительное экранирование излучения растительностью ( р < 0,5). Разработанный автором метод учета влияния растительности при одночастотных измерениях в дециметровом диапазоне длин волн и наличии априорных оценочных данных о биомассе растительности позволяет получать значения радиояркостной температуры почвы под растительностью с погрешностью не хуже 10.20 К. Данный метод обеспечивает измерение влажности почвы под растительностью с биомассой до 200. 300 ц/га с относительной погрешностью не хуже 10.30 % от значений, получаемых для открытой почвы. Метод учета влияния растительности по данным измерений на нескольких длинах волн не требует наличия количественной априорной информации о растительном покрове. При этом погрешности определения характеристик почвы под растительностью не превышают указанные погрешности при одночастотных измерениях. Методики учета экранирующего влияния растительности прошли всестороннюю опытную проверку в различных регионах страны и за рубежом. Установлено, что СВЧ радиометрический метод позволяет определять биомассу растительного покрова на фоне сильно увлажненной почвы и водной поверхности. Для растительности, подстилаемой водной поверхностью (камыш, тростник, высшая водная растительность, посевы риса), относительная погрешность определения биомассы составляет 10.20 %, что сопоставимо с точностью, обеспечиваемой традиционными наземными методами. Метод позволяет определять 4.5 градаций биомассы сельскохозяйственных посевов при значительном увлажнении почвы, наблюдаемом после полива или выпадения осадков. Разработанные автором методики определения влажности почвы под растительным покровом и биометрических показателей растительности по данным дистанционного СВЧ радиометрического зондирования делают СВЧ радиометрический метод эффективным инструментом для дистанционного контроля гидрологического состояния почвы и состояния растительного покрова в региональном и глобальном масштабах. Указанные методики широко используются в настоящее время при обработке данных дистанционного СВЧ радиометрического зондирования.

Представляется, что перспективным направлением дальнейших исследований является переход от локальных СВЧ радиометрических измерений на тестовых участках или сельскохозяйственных массивах к региональным и глобальным СВЧ радиометрическим измерениям. Важность локальных измерений несомненна, так как они позволяют получить и проверить основные соотношения между радиационными и геофизическими характеристиками. Распространение указанных соотношений на региональный и глобальный масштаб является самостоятельной задачей. При этом растительный покров должен рассматриваться как экологическая система со своими законами развития и функционирова-. ния. При этом возникает задача о нахождении возможной связи СВЧ радиационных характеристик и параметров состояния системы, в частности, параметров переноса энергии и влаги на границе атмосфера - растительный покров. Первые работы в указанном направлении являются обнадеживающими.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Чухланцев, Александр Алексеевич, Москва

1. С.М. Рытов. Теория электрических флуктуаций и теплового излучения. М., Изд-во АН СССР, 1953.232 с.

2. М.Л. Левин, С.М. Рытов. Теория равновесных тепловых флуктуаций в электродинамике. М, Наука, 1967. 308 с.

3. Ю.А Кравцов, С.М Рытов, В.И. Татарский. Введение в статистическую радиофизику. Часть IL Случайные поля. М, Наука, 1978.464 с.

4. А.Г. Николаев, С.В. Перцов. Радиотеплолокация (пассивная радиолокация). М., Сов. Радио, 1964. 336 с.

5. А.Е. Башаринов, Л.Т. Тучков, В.М Поляков, Н.И. Ананов. Измерение радиотепловых и плазменных излучений в СВЧ диапазоне. М, Сов. Радио, 1968.390 с.

6. А.Е. Башаринов, А.С. Гурвич, С.Т. Егоров. Радиоизлучение Земли как планеты. М., Наука, 1974. 188 с.

7. В.В. Богородский, А.И. Козлов, Л.Т. Тучков. Радиотепловое излучение земных покровов. Л., Гидрометеоиздат, 1977.223 с.

8. Н.А. Арманд, А.Е. Башаринов, А.М. Шутко. Исследование природной среды радиофизическими методами. //Изв. Вузов. Радиофизика, 1977, т. 20, № 6, с. 809.

9. К.Я. Кондратьев, Ал. А Григорьев, Ю.И. Рабинович, Е.М Шульгина. Метеорологическое зондирование подстилающей поверхности из космоса. Под ред К.Я. Кондратьева. Л., Гидрометеоиздат, 1979. 248 с.

10. В.В. Богородский, Д.Б. Канарейкин, А.И. Козлов, Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. Л., Гидрометеоиздат, 1981.280 с.

11. И. F.T. Ulaby, R.K. Moore, and А.К. Fung, Microwave Remote Sensing: Active and Passive, Vol. I 1П. Dedham, MA: Artech House, 1984-1986.

12. A.M. Шутко. СВЧ радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М., Наука, 1986. 190 с.

13. С. Luther, "Message from the president," IEEE Geoscience and Remote Sensing Newsletter, September 2003, #128, pp.3,7.

14. Л.Ф. Бородин, К.П. Кирдяшев, Ю.П. Стаканкин, А.А. Чухланцев. О применении СВЧ радиометрии к исследованию лесных пожаров. Радиотехника и электроника, 1976, т. 21, №8, с. 1945-1950.

15. А.Е. Башаринов, Е.Н. Зотова, М.И. Наумов, А.А. Чухланцев. Радиационные характеристики растительных покровов в СВЧ диапазоне. //Радиотехника, 1979, т.34, № 5, с. 16-24.

16. К.П. Кирдяшев, А А. Чухланцев, AM Шутко. СВЧ излучение земной поверхности при наличии растительного покрова. //Радиотехника и электроника, 1979, т. 24, № 2, с. 256-264.

17. А.А. Чухланцев. СВЧ излучение растительных покровов. Дисс.канд.техн. наук, М., МФТИ, 1981, 172 с. Научные руководители Башаринов А.Е. и Арманд Н.А.

18. А.М Shutko and A. A. Chukhlantsev, "Microwave radiation peculiarities of vegetative covers," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 20, pp. 27-29, Jan. 1982.

19. А. А. Чухланцев, AM Шутко. Экранирующее влияние растительности в задачах дистанционного радиофизического зондирования. //Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1982, №2, с. 80-82.

20. А.А. Чухланцев. Рассеяние и поглощение СВЧ излучения элементами растений. //Радиотехника и электроника, 1986, т. 31, № 6, с. 1095-1104.

21. А.А. Чухланцев, A.M. Шутко. Применение СВЧ радиометрического метода для определения биометрических характеристик растительного покрова. //Исследование Земли из космоса, 1987, № 5, с. 42-48.

22. А.А. Чухланцев, AM Шутко. Об учете влияния растительности при дистанционном СВЧ радиометрическом зондировании земных покровов. //Исследование Земли из космоса, 1988, № 2, с. 67-72.

23. А.А. Чухланцев. Об эффективной диэлектрической проницаемости растительности в СВЧ диапазоне. //Радиотехника и электроника, 1988, т. 33, № 11, с. 2310-2319.

24. Е.А. Воробейчик, B.C. Петибская, А.А. Чухланцев, Г.Г. Язерян. СВЧ излучательные характеристики рисовых посевов. //Радиотехника и электроника, 1988, т. 33, № цэ с. 2420-2421.

25. А.А. Chukhlantsev, S.P. Golovachev, and AM Shutko, "Experimental study of vegetable canopy microwave emission," Adv. Space Res. Vol. 9, No. 1, pp. (1)317-(1)321,1989.

26. А.А. Чухланцев. О моделировании растительности совокупностью рассеивателей. //Радиотехника и электроника, 1989, т. 34, № 2, с. 240-244.

27. АА. Чухланцев. О возможности модельного подхода в задаче классификации растительных покровов по данным радиолокационного зондирования. //Исследование Земли из космоса, 1989, № 4, с. 84-90.

28. С.П. Головачев, Е.А. Реутов, А.А. Чухланцев, А.М. Шутко. Экспериментальные исследования СВЧ излучения посевов овощных культур. //Изв. Вузов, сер. Радиофизика, 1989, т. 32, №5, с. 551-556.

29. А.А. Чухланцев, С.П. Головачев. Ослабление СВЧ излучения в растительном покрове. //Радиотехника и электроника, 1989, т. 34, № 11, с. 2269-2278.

30. С.И Винокурова, МТ. Смирнов, АА. Чухланцев. Радиационная модель системы рассеивающий слой шероховатая поверхность в СВЧ диапазоне. //Изв. Вузов, сер. Радиофизика, 1991, № 4, с. 472-476.

31. А.А. Чухланцев, С.И. Винокурова. О применении радиолокационных средств для зондирования почвенно-растительных покровов. //Исследование Земли из космоса, 1991, №4, с. 21-26.

32. АА. Chukhlantsev, "Microwave emission and scattering from vegetation canopies," Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Vol. 6, No. 8, pp. 1043 1068,1992.

33. А.А. Чухланцев, С.П. Головачев. Оценки ослабления радиоволн растительными покровами в диапазоне 3.300 см. //Лесной вестник, 2002, № 1 (21), с. 112-117.

34. АА. Чухланцев. Ослабление СВЧ излучения ветками хвойных деревьев. //Лесной вестник, 2002, № 1(21), с. 110-112.

35. АА. Чухланцев, AM Шутко, С.П. Головачев. Ослабление электромагнитных волн растительными покровами. //Радиотехника и электроника, 2003, т. 48, №11, с. 12831311.

36. А.А. Чухланцев, С.В. Маречек, Е.П. Новичихин, Ю.Г. Тшценко, A.M. Шутко, С.П. Головачев. Лабораторные измерения ослабления электромагнитных волн фрагментами растительности. //Радиотехника и электроника, 2004, т. 49, № 6, с. 677-682.

37. А.А. Чухланцев, АМШутко. Способ определения биомассы растительности. АС № 1255905 с приоритетом от 20.06.1985 г.

38. Е.А Воробейчик, С.В. Кибальников, А.А. Чухланцев, А.М Шутко, Ж.Г. Язерян. Способ определения биомассы затопляемого риса в чеках. АС № 1408986 с приоритетом от 12.02.1986 г.

39. А.А. Чухланцев. Способ определения биомассы растительности. АС № 1486895 с приоритетом от 17.04.1987 г.

40. АА. Чухланцев, С.П. Головачев. Способ определения биомассы растительности. АС № 1597702 с приоритетом от 20.06.1988 г.

41. А.А. Чухланцев, А.М. Шутко, Ж.Г. Язерян. О влиянии краевых эффектов на СВЧ излучение природных неоднородных сред. //Тезисы докладов XIV Всесоюзной конференции по распространению радиоволн, М., Наука, 1984, с. 195-197.

42. А.А. Чухланцев. Лабораторные исследования ослабления СВЧ излучения растительностью. //Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического симпозиума «Дистанционное зондирование земных покровов радиометодами», М., Радио и связь, 1985, с. 70-71.

43. A. A. Chukhlantsev. On microwave radiometry of vegetation canopies. Proceedings of 1985 International Symposium on Antennas and EM Theory, August 26-28, 1985, Beijing, China Academic Publishers, pp. 532-536.

44. С.П. Головачев, А.А. Чухланцев, А.М. Шутко. Экспериментальное исследование СВЧ излучения посевов с передвижной установки. //Тезисы докладов XV Всесоюзной конференции по распространению радиоволн, М., Наука, 1987, с. 408-409.

45. С.И. Винокурова, АА. Чухланцев. О мониторинге состояния посевов с помощью РСА //Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Дистанционное зондирование аг-ропочвенных и водных ресурсов», Барнаул, АТУ, 1990, с. 15-17.

46. А.А. Чухланцев, С.И. Винокурова. О применении РСА для зондирования почвы. //Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Дистанционное зондирование агропоч-венных и водных ресурсов», Барнаул, АТУ, 1990, с. 135-137.

47. АА. Чухланцев. Дистанционное зондирование растительных покровов в СВЧ диапазоне. //Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды», Ереван, АН АрмССР, 1990, с. 71-75.

48. А.А. Chukhlantsev, "Microwave emission and scattering from vegetation canopies," Proc. of URSI Conference "Signature problems in microwave remote sensing of the surface f the Eath", 15-17 May 1990, Hyannis, Massachusetts, USA

49. A.A. Chukhlantsev, Yu. G. Tishchenko, S. V. Marechek, et al, "Laboratory complex for measuring of EM waves attenuation by vegetation fragments," Proc. of JGARSS 2003,21-25 July 2003, Toulouse, France.

50. A.A. Chukhlantsev, AM. Shutko, S. P. Golovachev, et al, "Conductivity of leaves and branches and its relation to the spectral dependence of attenuation by forests in meter and decimeter band," Proc. oflGARSS 2003,21-25 July 2003, Toulouse, France.

51. T.J. Jackson, A.Y. Hsu, AM. Shutko et al, "Priroda microwave radiometer observation in the Southern Great Plains 1997 hydrology experiment," Int. J. Remote Sensing, 2002, Vol. 23, No. 2,231-248.

52. E.G. Njoku, T.J. Jackson, V. Lakshmi et al, "Soil moisture retrieval from AMSR-E," IEEE

53. Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 41, pp. 215229-26, Feb. 2003.

54. P. Silvestrin, M. Berger, Y.H. Kerr, and J. Font, "ESA's second Earth explorer opportunity mission: The soil moisture and ocean salinity mission — SMOS," IEEE Geosci. Remote Sensing Society Newsletter, March 2001, pp. 11-14.

55. A. Chanzy and J.-P. Wigneron, "Microwave emission from soil and vegetation," In Radiative Transfer Models for Microwave Radiometiy, Edited by Ch. Maetzler, Bern, Switzerland, pp. 89-102, Feb. 2000.

56. P. Pampaloni and S. Paloscia, "Microwave emission and plant water content: a comparison between field measurements and theory," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, VoL 24, pp. 900-905, Nov. 1986.

57. D.V. Brunfeldt and F.T. Ulaby, "Microwave emission from row crops," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 24, pp. 353-359, May 1986

58. C.T. Allen and F.T. Ulaby, "Modelling the polarization dependence of the attenuation in vegetation canopies,"Proc. oflGARSS'84, Strasbourg, 27-30 August, 1984, pp.119-124.

59. F.T. Ulaby, A. Tavakoli, and T.B.A. Senior, "Microwave propagation constant for a vegetation canopy with vertical stalks," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 25, pp. 714725, Nov. 1987.

60. Ch. Maetzler, "Seasonal evolution of microwave radiation from an oat field," Remote Sens. Environ. Vol. 31, pp. 161-173,1990.

61. E.P.T. Attema and F.T. Ulaby, "Vegetation modeled as a water cloud," Radio Science, Vol. 13, No. 2, pp. 357-364, March-April 1978.

62. Н.И. Базилевич, JI.E. Родин. Карты продуктивности и биологического круговорота главнейших типов растительности суши. //Изв. Всесоюз. геогр. общ, 1967, т.99, № 3, с. 190-194.

63. D.G. Leckie and К. J. Ranson, "Forestry applications using imaging radar," in Principles and Applications of Imaging Radar, Edited by F.M. Henderson and A.J. Lewis, pp. 435-509, Wiley, 1998.

64. G. Sun, D.S. Simonett, and A.H. Strahler, "A radar backscatter model for discontinuous coniferous forests," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 639-648,1991.

65. Y. Wang, J. Day, and G. Sun, "Santa Barbara microwave backscattering model for woodlands,"/яД J. Remote Sensing, Vol. 14, No. 8, pp. 1477-1493,1993.

66. F.T. Ulaby, K. Sarabandy, K. McDonald, M. Whitt, and M.C. Dobson, "Michigan microwave canopy scattering model," Int. J. Remote Sensing, Vol. 11, No. 7, pp. 1223-1253, 1990.

67. P. Melon, J.-M Martinez, T. Le Toan, L.M.H. Ulander, and A. Beaudoin, "On the retrieving of forest stem volume from VHF SAR data: observation and modeling," IEEE Trans. Geo-sci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 2364-2372, Nov. 2001.

68. T. Le Toan, A. Beaudoin, J. Riom, and D. Guyon, 'delating forest biomass to SAR data," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 30, pp. 403-411, Mar. 1992.

69. M.C. Dobson, F.T. Ulaby, T. Le Toan, A. Beaudoin, E.S. Kasischke, and N.L. Christensen Jr., "Dependence of radar backscatter on coniferous forest biomass," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 30, pp. 412-415, Mar. 1992.

70. ML. Imhoff, "A theoretical analysis of the effect of forest structure on Synthetic Aperture Radar backscatter and the remote sensing of biomass," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 33, pp. 341-352, Mar. 1995.

71. N.S. Chauhan, R.H. Lang, and K.J. Ranson, "Radar modeling of a boreal forest," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 627-638, July 1991.

72. ICC. McDonald, MC. Dobson, and F.T. Ulaby, "Modeling multi-frequency diurnal back-scatter from a walnut orchard," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 852-863, 1991.

73. S.S. Saatchi and K.C. McDonald, "Coherent effects in microwave backscattering models for forest canopies," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 35, pp. 1032-1044, July 1997.

74. G. Macelloni, S. Paloscia, P. Pampaloni, and R. Ruisi, "Airborne multifriquency L- to Ka-band radiometric measurements over forests," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 2407-2513, Nov. 2001.

75. T. Castel, A. Beaudoin, N. Floury, T. Le Toan, Y. Caraglio, and J.-F. Barczi, "Deriving forest canopy parameters for backscatter models using the AMAP architectural plant model," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, VoL 39, pp. 571-583, March 2001.

76. Ю.А Рыжов, В.В. Тамойкин. Излучение и распространение электромагнитных волн в случайно неоднородных средах. //Изв. Вузов, сер. Радиофизика, т. 13,1970, с. 273-300.

77. Н.-Н. Burke and T.J. Schmugge, "Effect of varying soil moisture contents and vegetation canopies on microwave emission," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 20, pp. 268274, July. 1982.

78. Б.А. Редысин, В.В. Клочко, Г.Г. Очерет. Теоретическое и экспериментальное исследование отражения от растительности при малых скользящих углах. //Изв. Вузов, сер. Радиофизика, т. 16, № 8, 1973, с. 1178.

79. D.T. Tamasanis, "Application of volumetric multiple scattering approximations to foliage media," Radio Science, Vol. 27, No. 6, pp. 797-812,1992.1. S 182

80. А.К. Fung and RS. Fung, "Application of first order renormalization method to scattering from a vegetation-like half-space," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 15, pp. 189195,1977.

81. A.K. Fung and F.T. Ulaby, "A scatter model for leafy vegetation," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 16, pp. 281-285, 1978.

82. A.K. Fung, "Scattering from a vegetation layer," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, VoL 17, pp. 1-6,1979.

83. L. Tsang and J. A. Kong, "Application of strong fluctuation random medium theory to scattering from vegetation-like half space," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 19, pp. 62-69,1981.

84. Ю.А. Рыжов, B.B. Тамойкин, В.И. Татарский. //ЖЭТФ, 1965, т. 48, № 2, с. 656.

85. Ю.А Рыжов.//Изв. Вузов. Радиофизика, 1966, т. 9, № 1,с. 39.

86. В.В. Тамойкин. // Изв. Вузов. Радиофизика, 1971, т. 14, № 2,с. 285.

87. G.P. de Loor, "Dielectric properties of heterogeneous mixtures containing water," J. Microwave Power, 1968, Vol. 3, pp. 67-73.

88. Д.А Стрэттон. Теория электромагнетизма. M, Гостехтеориздат, 1948.

89. L.-J. Du and W.H. Peake, "Rayleigh scattering from leaves," Proc. of IEEE, Vo. 57, No. 6, p. 1227, 1969.

90. Б.А. Редькин, В.В. Клочко. Расчет усредненного тензора диэлектрической проницаемости растительных сред. //Радиотехника и электроника, т. 22, № 8, 1977, с. 15961599.

91. А.А Милыиин, АГ. Гранков. Некоторые результаты экспериментальных исследований радиотеплового излучения леса в L диапазоне. //Исследование Земли из космоса, №3,2000, с. 50-57.

92. Y.H. Kerr and J.P. Wigneron, "Vegetation model and observations. A review," ESA/NASA International Workshop. VSP, Eds.: B.J. Choudhuiy, J.H. Kerr, E.G. Njoku, and P. Pampaloni, 1994, pp.317-344.

93. T.J. Schmugge and T.J. Jackson, "A dielectric model of the vegetation effects on the microwave emission from soils," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 30, pp. 757-760, 1992.

94. R.D. De Roo, Y. Du, F.T. Ulaby, and M.C. Dobson, "A semi-empirical backscattering model at L-band and C-band for a soybean canopy with soil moisture inversion," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 864-872, Apr. 2001.

95. H. J. Eom and A.K. Fung, "A scatter model for vegetation up to Ku-band," Remote Sens. Environ., Vol. 15, pp. 185-200,1984.

96. R.H. Lang and J.S. Sidhu, "Electromagnetic backscattering from a layer of vegetation: a discrete approach," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 21, pp. 62-71, Jan. 1983.

97. P. Ferrazoli, L. Guerriero, S. Paloscia, P. Pampaloni, and D. Solimini, "Modelling polarization properties of emission from soil covered with vegetation," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 30, pp. 157-165, Jan. 1992.

98. S.L. Chuang, J.A Kong, and L. Tsang, "Radiative transfer theory for passive microwave remote sensing of a two layer random medium with cylindrical structure," J. Appl. Phys., Vol. 51, pp. 5588-5593, 1982.

99. P. Ferrazoli and L. Guerriero, 'Tassive microwave remote sensing of forest: a model investigation," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 34, pp. 433-443, May 1996.

100. A.K. Fung and H.J. Eom, "A comparison between active and passive sensing of soil moisture from vegetated terrain," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 23, pp. 768-775, 1985.

101. W.H. Peake, "Interaction of electromagnetic waves with some natural surfaces," IRE Trans. Antennas. Propagat., Vol. AP-7, s325-s329,1959.

102. R.H. Lang, "Electromagnetic backscattering from a sparse distribution of lossy dielectric scatterers," Radio Science, Vol. 16, pp. 15-30,1981.

103. M.A. Karam and A.K. Fung, "Scattering from randomly oriented circular discs with application to vegetation," Radio Science, Vol. 18, pp. 557-565,1983.

104. M.A Karam and A.K. Fung, "Electromagnetic scattering from a layer of finite Ienth, randomly oriented, dielectric, circular cylinders over a rough interface with application to vegetation," Int. J. Remote Sensing, Vol. 9, pp. 1109-1134, 1988.

105. N.S. Chauhan and R.H. Lang, "Polarization utilization in the microwave inversion of leaf angle distribution," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 27, pp. 395-402, 1989.

106. M.A. Karam and A.K. Fung, "Leaf-shape effects in electromagnetic wave scattering from vegetation," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 27, pp. 687-697,1989.

107. T. Mo, T.J. Schmugge, and T.J. Jackson, "Calculation of radar backscattering coefficient of vegetation-covered soil," Remote Sens. Environ., Vol. 15, pp. 119-133,1984.

108. H.J. Eom and A.K. Fung, "Scattering from a random layer embedded with dielectric needles," Remote Sens. Environ., Vol. 19, pp. 139-149, 1986.

109. N.S. Chauhan, RH. Lang, and K.J. Ranson, "Radar modelingof a boreal forest," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 627-638, July 1991.

110. M.A. Karam, A.K. Fung, R.HL Lang , and N.S. Chauhan, "A microwave scattering model for layered vegetation," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 30, pp. 767-784, 1992.

111. K.C. McDonald, M.C. Dobson, and F.T. Ulaby, "Modeling multi-frequency diurnal back-scatter from a walnut orchard," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 852-863, 1991.

112. S.S. Saatchi and K.C. McDonald, "Coherent effects in microwave backscattering models for forest canopies," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 35, pp. 1032-1044, July 1997.

113. В.МФинкельберг. Распространение волн в случайно неоднородной среде. Метод корреляционных групп. //ЖЭТФ, т. 26,1968, с. 268-277.

114. Ю.Н. Барабаненков. Многократное рассеяние волн на ансамбле частиц и теория переноса излучения. //УФН, т. 117,1975, с. 49-92.

115. А. Исимару. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Часть 2. М., Мир, 1981.

116. В. Wen, L. Tsang, D.P. Winnerbrener, and A. Ishimaru, "Dense medium radiative transfer theory: comparison with experiment and application to microwave remote sensing and po-larimetry," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 28, pp. 46-59, 1990.

117. H.T. Chuah, S. Tjuatja, A.K. Fung, and J.W. Bredow, "Radar backscatter from a dense discrete random medium," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 35, pp. 892-900, July 1997.

118. T.B.A. Senior, 1С Sarabandy, and F.T. Ulaby, "Measuring and modeling the backscattering cross section of a leaf," Radio Science, Vol. 22, pp. 1109-1116,1987.

119. H.A. Арманд и др. Исследование изменения спектра монохроматической волны при отражении от движущихся рассеивателей. //Радиотехника и электроника. 1975, т. 20, №7, с. 1337.

120. R. SchifFer and К.О. Thielheim, "Light scattering by dielectric needles and discs," J. Appl. PhysVol. 50, No. 4, pp. 2476-2483,1979.

121. M.A. Karam, A.K. Fung, and Y.M. M.Antar, "Electromagnetic wave scattering from some vegetation samples," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 26, pp. 799-808, Nov. 1988.

122. Г. ван де Хюлст. Рассеяние света малыми частицами. М, Изд. ин. литературы, 1961

123. L. Tsang, J.A. Kong, and R.T. Shin, Theory of Microwave Remote Sensing, New York: Wiley-Interscience, 1985.

124. D.M. Le Vine, A. Schneider, R.H. Lang, and EG. Carter, "Scattering from thin dielectric disks," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 33, pp. 1410-1413, 1985.

125. S.S. Seker and A. Schneider, "Electromagnetic scattering from a dielectric cylinder of finite Length," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 36, pp. 303-307, 1988.

126. J. Stiles and K. Sarabandi, "A scattering model for thin dielectric cylinder of arbitrary cross section and electrical length," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 44, pp. 260-266, Feb. 1996.

127. J.R. Wait, "Scattering of a plane wave from a circular dielectric cylinder at oblique incidence," Can. J. Phys., Vol. 33, p. 189,1955.

128. J.R. Wait, "The long wavelength limit in scattering from a dielectric cylinder at oblique incidence," Can. J. Phys., Vol. 43, p. 2212, 1965.

129. E. Mougin, A. Lopes, and T. Le Toan, "Microwave propagation at X-band in cylindrical-shaped forest components: attenuation observations," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 28, pp. 60-69, Jan. 1990.

130. A. Lopes and E. Mougin, "Microwave propagation in cylindrical-shaped forest components: interpretation of attenuation observations," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 28, pp. 315-324, May 1990.

131. Ch. Maetzler and A Sume, "Microwave radiometry of leaves," in Microwave Radiometry and Remote Sensing Applications, Ed., P.Pampaloni, VSP, Utrecht, The Netherlands, 1989.

132. F.T. Ulaby and MA El-Rayes, "Microwave dielectric spectrum of vegetation part II: dual dispersion model," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 25, pp. 550-557, Sept. 1987.

133. A. Stogrin, "Equation for calculating the dielectric constant of saline water," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. MIT-19, pp. 733-736, 1971.

134. F.T. Ulaby and R.P. Jedlicka, "Microwave dielectric properties of plant material," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 22, pp. 406-415, July 1984.

135. G.P. de Loor, "Dielectric properties of heterogeneous mixtures containing water," J. Microwave Power, Vol. 3, pp. 67-73,1960.

136. R. DeRoo, Y. Kuga, M.C. Dobson, and F.T. Ulaby, "Bistatic radar scattering from organic debris of a forest floor," Proc. qfIGARSS'91 Symposium, Helsinki, June 3-6 1991, Vol. 1, pp. 15-18.

137. A. Franchois, Y. Pineiro, and RH. Lang, "Microwave permittivity measurements of two conifers," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing,, Vol. 36, pp. 1384-1395, Sept. 1998.

138. Ch. Maetzler, "Microwave dielectric model of leaves," in Microwave Radiometry and Remote Sensing of Environment, Ed. D.Solimini, VSP, Utrecht, The Netherlands, 1995, pp. 389-390.

139. Ch. Maetzler, "Microwave (1-100 GHz) dielectric model of leaves," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 33, pp. 947-949,1994.

140. M.A. El-Rayes and F.T. Ulaby, "Microwave dielectric spectrum of vegetation part I: experimental observations," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 25, pp. 541-549, Sept. 1987.

141. Applied Microwave Corp., Manual for Portable Dielectric Probe, Lawrence, KS: Applied Microwave Corp., 1989.

142. N. Chauhan, R. Lang, J. Ranson, and O. Kilic, "Multi-stand radar modeling from a boreal forest: results from the Boreas intensive field campaign 1993," in Proc. IEEEIGARSS'94, Vol. 1, pp. 235-237.

143. N. Chauhan, R Lang, J. Ranson, and O. Kilic, "Multi-stand radar modeling from a boreal forest: results from the Boreas intensive field campaign 1993," in Proc. IEEE IGARSS'95, Firenze, Italy, Vol. 2, pp. 981-983.

144. MC. Dobson, "Diurnal and seasonal variations in the microwave dielectric constant of selected trees," in Proc. IEEE IGARSS'88, Edinburgh, UK, Vol. 3, pp. 1754.

145. MC. Dobson, R de la Sierra, and N. Christensen, "Spatial and temporal variations of the microwave dielectric properties of loblolly pine trunks," in Proc. IEEE IGARSS'91, Espoo, Finland.

146. K.C. McDonald, M.C. Dobson, and F.T. Ulaby, "Using MIMICS to model L-band multian-gle and multitemporal backscatter from a walnut orchard," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 28, pp. 477-491, July 1990.

147. W.A. Salas, K.J. Ranson, B.N. Rock, and K.T. Smith, 'Temporal and spatial variations in dielectric constant and water status of dominant forest species from New England," Remote Sens. Environ., Vol. 47, pp. 109-119,1994.

148. J. Way, J. Paris, MC. Dobson, K.C. McDonald, et al, "Diurnal change in trees as observed by optical and microwave sensors: the EOS synergism study," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 807-821,1991.

149. H.S. Tan, "Microwave measurements and modeling of the permittivity of tropical vegetation samples, Appl. Phys., Vol. 25, pp. 351-355, 1981.

150. T.J. Jackson and T.J. Schmugge, "Vegetation effect on the microwave emission of soils," Rem Sens. Environ. Vol. 36, pp. 203-212,1991.

151. D.M. Le Vine and M.A. Karam, "Dependence of attenuation in a vegetation canopy on frequency and plant water content," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 34, pp. 10901096, Sept 1996.

152. U. Wegmuller, C. Matzler, and E. Njoku, "Canopy opacity model," ESA/NASA International Workshop. VSP, Eds.: B.J. Choudhury, J.H. Kerr, E.G. Njoku, and P. Pampaloni, 1994, pp.375-387.

153. Y.H. Kerr and E.G. Njoku, "A semi-empirical model for interpreting microwave emission from semiarid land surfaces as seen from space," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 28, pp. 384-393, Mar. 1990.

154. E.G. Njoku and Li Li, "Retrieval of land surface parameters using passive microwave measurements at 6-18 GHz," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 37, pp. 79-93, Jan. 1999.

155. M. Owe, R. de Jeu, and J. Walker, "A methodology for surface soil moisture and vegetation optical depth retrieval using the microwave polarization difference index," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 1643-1654, Aug. 2001.

156. Y.-A. Liou, S.-F. Liu, and W.-J. Wang, "Retrieving soil moisture from simulated brightness temperatures by a neural network," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 16621672, Aug. 2001.

157. S.-F. Liu, Y.-A. Liou, W.-J. Wang, J.-P. Wigneron, and J.-B. Lee, "Retrieval of crop biomass and soil moisture from measured 1.4 and 10.65 GHz brightness temperature," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 40, pp. 1260-1268, June 2002.

158. В.В. Соболев. Перенос излучения в атмосферах звезд и планет. М., Гостехиздат, 1956.

159. С. Чандрасекар. Перенос лучистой энергии. М., Изд. Иностранной литературы, 1953.

160. Y. Soboty. Astrophys. Jourru Supplem., 1963, Ser. 72, VII, 441.

161. Ю.К. Росс. Радиационный режим и архитектоника растительного покрова. Л., Гидро-метеоиздат, 1975.

162. С. Matzler, "Microwave emission from covered surfaces: zero-oder versus multiple scattering," In Radiative Transfer Models for Microwave Radiometry, Edited by Ch. Maetzler, Bern, Switzerland, pp. 73-81, Feb. 2000.

163. T. Mo, B.J. Choudhury, T.J. Schmugge, J.R. Wang, and T.J. Jackson, "A model for microwave emission from vegetation-covered fields," J. Geophys. Res., Vol. 87, pp. 1122911237,1982.

164. M. Owe, A.A. Van de Griend, and A.T.C. Chang, "Surface moisture and satellite microwave observation in semiarid southern Africa," Water Resources Res., Vol. 28, pp. 829-839,1992.

165. J.P. Wigneron, A Chanzy, J.C. Calvet, and N. Brugier, "A simple algorithm to retrieve soil moisture and vegetation biomass using passive microwave measurements over crop fields," Remote Sensing Environ., Vol. 51, pp. 331-341, 1995.

166. T.J. Schmugge, "Remote sensing of soil moisture: resent advances," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing Vol. 21, pp. 336-344, July 1983.

167. S. Paloscia and P. Pampaloni, "Microwave vegetation indexes for detecting biomass and water conditions of agricultural crops," Remote Sens. Environ., Vol.40, pp. 15-26, 1992.

168. P. Pampaloni and S. Paloscia, "Microwave emission and plant water content: a comparison between field measurements and theory," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 24, pp. 900-905, Nov. 1986.

169. P. Pampaloni and S. Paloscia, "Experimental relationships between microwave emission and vegetation features,"/л/. J. Remote Sensing, Vol. 6, pp. 315-323, 1985.

170. S. Paloscia and P. Pampaloni, "Microwave polarization index for monitoring vegetation growth," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 26, pp. 617-621, Sept. 1988.

171. G. Macelloni, S. Paloscia, P. Pampaloni, and R. Ruisi, "Microwave emission features of crops with vertical stems," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 36, pp. 332-337, Jan. 1998.

172. W.T. Crow, M. Drusch, and E.F. Wood, "An observation system simulation experiment for the impact of land surface heterogeneity on AMRS-E soil moisture retrieval," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 1622-1631, Aug. 2001.

173. W.L. Crosson, C.A. Laymon, R. Inguva, and C. Bowman, "Comparison of two microwave radiobrightness models and validation with field measurements," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 40, pp. 143-152, Jan. 2002.

174. T.J. Jackson, P.E. O'Neill, and C.T. Swift, "Passive microwave observation of diurnal surface soil moisture," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 35, pp. 1210-1222, Sept 1997.

175. E.J. Burke, L.A. Bastidas, and W.J. Shuttleworth, "Exploring the potentials for multipatch soil moisture retrievals using multiparameter optimization techniques," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 40, pp. 1114-1120, May 2002.

176. B.K. Hombuckle, A.W. England, R.D. De Roo, M.A. Fishman, and D.L. Boprie, "Vegetation canopy anisotropy at 1.4 GHz," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 41, pp. 2211-2223, Oct 2003.

177. Y.-A. Liou, J. Galantowicz, and A.W. England, "A land surface process/radiobrightness model with coupled heat and moisture transport for prapie grassland," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 37, pp. 129-135, Jan, 2001.

178. T.J. Jackson and D.M. Le-Vine, "Mapping surface soil moisture using an aircraft-based passive microwave instrument: Algorithm and example," J. Hydrol., Vol. 184, pp. 84-99,1996.

179. T. Pellarin, J.-C. Calvet, and J.-P. Wigneron, "Surface soil moisture retrieval from L-band radiometry: A global regression study," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, VoL 41, pp. 2037-251, Sept 2003.

180. T. Pellarin, J.-P. Wigneron, J.-C. Calvet et al, "Two-year global simulation of L-band brightness temperatures over land," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 41, pp. 21352139, Sept. 2003.

181. Y.-A. Liou, K.-S. Chen, and T.-D. Wu, "Reanalysis of L-band brightness predicted by LSP/R model for prarie grassland: Incorporation of rough surface scattering," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 1848-1859, July 1999.

182. A. Guha, J.M. Jackobs, T.J. Jackson et al, "Soilmoisture mapping using ESTAR under dry conditions from the Southern Great Plains experiment (SGH99)," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 41, pp. 2392-2397, Oct 2003.

183. J.R Wang and B.J. Choudhuiy, "Remote sensing of soil moisture content over bare field at 1.4 GHz frequency," J. Geophys. Res., Vol.86, pp. 5277-5282,1981.

184. J.R. Wang, 'Tassive microwave sensing of soil moisture content: The effect of soil bulk density and surface roughness," Remote Sens. Environ., Vol.13, pp. 329-344, 1983.

185. T.J. Jackson and P.E. O'Neill, "Microwave dielectric model for aggregated soils," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 24, pp. 920-929, Nov. 1986.

186. P. Coppo, G. Luzi, S Paloscia, and P. Pampaloni, "Effect of soil roughness on microwave emission: Comparison between experimental data and models," Proc. IGARSS'91, pp. 11671170.

187. J.P. Wigneron, L. Laguerre, and Y.H. Kerr, "A simple parameterization of the L-band microwave emission from rough agricultural soils," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, VoL 39, pp. 1697-1707, Aug. 2001.

188. A.M Shutko, "Microwave radiometry of lands under natural and artificial moistening," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 20, pp. 18-26, Jan. 1982.

189. АЕ. Башаринов, AM Шутко. Измерение влажности земных покровов методами сверхвысокочастотной радиометрии. //Метеорология и гидрология, 1971, № 9, с. 17.

190. А.Е. Башаринов, A.M. Шутко. Измерение влажности земных покровов методами СВЧ-радиометрии (обзор). //Радиотехника и электроника, 1978, т. 23, № 9, с. 1778.

191. A.M. Shutko and Е.А. Reutov, "Mixture formulas applied in estimation of dielectric and radiative characteristics of soils and grounds at microwave frequencies," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 20, p. 29, Jan. 1982.

192. M.C. Dobson, F.T. Ulaby, MT. Hallikainen, and MA. El-Rayes, "Microwave dielectric behavior of wet soil — Part П: dielectric mixing models," IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 1985, Vol. 23, pp. 35-46.

193. M.T. Hallikainen, F.T. Ulaby, M.C. Dobson, et al, "Microwave dielectric behavior of wet soil Part I: empirical models and experimental observations," IEEE Trans. GeoscL Remote Sens., 1985, Vol. 23, pp. 25-34.

194. V.V. Tikhonov, "Model of complex dielectric constant of wet and frozen soil in the 1-40 GHz frequency range," Proc. IGARSS' 94, pp.1576-1578.

195. B.A, Боярский, B.B. Тихонов. Модель эффективной диэлектрической проницаемости влажных и мерзлых почв в СВЧ диапазоне. //Радиотехника и электроника, 1995, т. 40, №6, с. 914-917.

196. В.В. Тихонов. Электродинамические модели природных дисперсных сред в СВЧ диапазоне. Дисс.канд. ф.-м. н., М: МГПИ, 1996.

197. B.JI. Миронов, С.А. Комаров, Н.А. Рычкова, В.Н. Клещенко. Изучение диэлектрических свойств влажных почвогрунтов ы СВЧ диапазоне. //Исследование Земли из космоса. 1994, №4, с. 18-24.

198. B.JI. Миронов, С.А. Комаров, В.Н. Клещенко. Влияние связанной воды на диэлектрические свойства увлажненных мерзлых грунтов. //Исследование Земли из космоса. 1996, №3, с. 3-10.

199. В.Л. Миронов, С.А Комаров, В.Н. Клещенко. Влияние засолености на диэлектрические свойства влажных грунтов при положительных и отрицательных температурах. //Исследование Земли из космоса. 1997, № 2, с. 37-44.

200. В.Н. Клещенко. Исследование диэлектрических свойств влажных засоленных почвогрунтов при положительных и отрицательных температурах. Дисс.канд.ф.-м. наук. Алтайский государственный университет, 2002, 198 с.

201. Г. С. Купченко. Некоторые биометрические характеристики озимых культур. //Груды ГТО, вып. 229,1968, с. 7.

202. АИ. Носатовский. Пшеница. М, Колос, 1965.

203. А.Н. Тиунов, К.А. Глухих, О.А. Хорькова. Озимая рожь. М., Колос, 1969.

204. F.Т. Ulaby and Е.А. Wilson, "Microwave attenuation properties of vegetation canopies," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 23, pp. 746-753, Sept. 1985.

205. L.-W. Li, J.-H. Koh, T.-S. Yeo, M.-S. Leong, and P.-S. Kooi, "Analysis of radiowave propagation in a four-layered anisotropic forest environment," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 37, pp. 1967-1979, July 1999.

206. J. W. Herbstreit and W.Q. Crichlow, "Measurement of the attenuation of radio signals by jungles," Radio ScL, Vol. 68D, pp.903-906,1964.

207. H.A. Whale, "Radio propagation through New Guinea rain forest," Radio Sci., Vol. 3, No. 10, p. 1038,1968.

208. R.K. Tewary, S. Swamp, and M.N. Roy, "Radio wave propagation through rain forest of India," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 38, pp. 433-449, Apr. 1990.

209. T. Tamir, "On radio-wave propagation in forest environments," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 15, pp. 806-817, Nov. 1967.

210. AY. Nashashibi, F.T. Ulaby, P. Frantzis, and R.D. De Roo, "Measurements of the propagation parameters of tree canopies at MMW frequencies," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 40, pp. 298-304, Feb. 2002.

211. D.R Hoekman, "Measurements of the backscatter and attenuation properties of forest stands at X-, C-, and L-band," Remote Sensing Environ., Vol. 23, pp. 397-416,1987.

212. M. Munata, H. Aiba, K. Tonoike, J. Komai, H. Hirosava, and K. Nakada, "Experimental results of L-band microwave penetration properties of trees," in Proc. IEEE IGARSS'87, pp.815-820.

213. H. Shinohara, T. Homma, H. Nohmi, H. Hirosava, and T. Tagawa, "Relation between L-band microwave penetration/backscattering characteristics and state of trees," in Proc. IEEE IGARSS'92, pp.539-541.

214. M.T. Hallikainen, T. Tares, J. Hyyppa, E. Somersalo, P. Ahola, M. Toikka, and Pullianen, "Helicopter-borne measurements of radar backscatter from forests," Int. J. Remote Sensing, Vol. 11, pp. 1179-1191,1990.

215. F.T. Ulaby, M.W. Witt, and MC. Dobson, "Measuring the propagation properties of a forest canopy using a polarimetric scatterometer," IEEE Trans. Antennas Propagat., Vol. 38, pp. 251-258, 1990.

216. S.L. Durden, J.D. Klein, and H.A. Zebker, "Polarimetric radar measurements of a forested area near Mt. Shasta," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 441-450,1991.

217. W. Wagner, G. Lemoine, M. Borgeaud, H. Rott, "A study of vegetation cover effects on ERS scatterometer data," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 37, pp. 938-948, March 1999.

218. M. Moghaddam, S.S. Saatchi, "Monitoring tree moisture using an estimation algorithm applied to SAR data from BOREAS," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 37, pp. 901916, March 1999.

219. R. Magagi, M Bemier, and C.-H. Ung, "Quantitative analysis of RADARSAT SAR data over a sparse forest canopy," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 40, pp. 1301-1313, June 2002.

220. D.R. Bmnfeld and F.T. Ulaby, "Measured microwave emission and scattering in vegetation canopy," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 22, pp. 520-524, Nov. 1984.

221. B.I. Vichev, E.N. Krasteva, and K.G. Kostov, "Study of seasonal evolution of tree emission using zenith-looking microwave radiometers," in Proc. IEEE IGARSS'95, pp. 981-983.

222. A.A. Милыпин, А.Г. Гранков, В.Г. Мишанин. Картирование температурновлажностного режима лесных систем по данным самолетной фотосъемки, ИК измере193ний и СВЧ радиометрических измерений в L диапазоне. //Исследование Земли из космоса, № 5,1999, с. 85-93.

223. G. Macelloni, S. Paloscia, P. Pampaloni, and R. Ruisi, "Airborne multifrequency L- to Ka-band radiometric measurements over forests," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 39, pp. 2407-2513, Nov. 2001.

224. Отчет ИРЭ АН СССР № 157-60-83,2 «Исследование СВЧ излучательных характеристик увлажненных почвогрунтов». Научный руководитель Шутко A.M. № Государственной регистрации 81063557. М., ИРЭ АН СССР, 1984.

225. Отчет ИРЭ АН СССР № 157-1-81 «Исследование возможностей дистанционного определения влажностных характеристик почвогрунтов под плодоовощными культурами методами СВЧ радиометрии». Научный руководитель Шутко А.М М, ИРЭ АН СССР, 1981.

226. Н.А. Арманд и др. Исследование земных покровов радиофизическими методами, поведенные в 1974-1975 гг. Препринт ИРЭ АН СССР №17 (223), М., 1976.

227. Отчет ИРЭ АН СССР № 157-154-19-78-1 «Разработка СВЧ радиометрических методик и средств для дистанционных измерений влажности в поверхностном слое почвы». Научный руководитель Шутко А.М № Государственной регистрации 77024.831. М., ИРЭ АН СССР, 1978.

228. Отчет ИРЭ АН СССР по ОКР «Радиус» № 157/247-2-84 «Создание самолетной СВЧ радиометрической аппаратуры для оперативного определяют влажности земных покровов в интересах сельского хозяйства». Научный руководитель Шугко A.M. М., ИРЭ АН СССР, 1984.

229. Г.Г. Язерян. Мониторинг состояния водохозяйственных систем методом СВЧ радиометрии (на примере орошаемых рисовых полей Кубани). Дисс.канд. техн. наук. ИРЭ РАН, 2000,110 с.

230. H.J. Eom, "Regression models for vegetation radar-backscattering and radiometric emission," Remote Sensing Environ., Vol. 19, pp. 151-157, 1986.

231. T. Mo, T.J. Schmugge, and T.J. Jackson, "Calculation of radar backscattering coefficient of vegetation covered soil," Remote Sensing Environ., Vol. 15, pp. 119-133,1984.

232. M.C. Dobson and F.T. Ulaby, "Mapping soil moisture distribution with imaging radar," in Principles and Applications of Imaging Radar, Edited by F.M. Henderson and A. J. Lewis, pp. 407-433, Wiley, 1998.

233. MC. Dobson and F.T. Ulaby, "Preliminary evaluation of the SIR-B response to soil moisture, surface roughness, and crop canopy cover," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 24, pp. 517-526, Apr. 1986.

234. В.Ф. Крапивин, И.И. Потапов, A.M. Шутко, А.А. Чухланцев. Информационные системы экологического мониторинга. //Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, 2003, № 12, с. 2-14.

235. Е.А Реутов. О взаимосвязи поля собственного СВЧ и ИК излучения природных объектов с их общим состоянием. //Исследование Земли из космоса, 1989, № 1, с. 34.

236. Е.А Reutov, "On interconnection between microwave and infrared radiation fields and the condition of natural objects," IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, Vol. 29, pp. 191-193, Jan. 1991.

237. Л.Е. Назаров, АА Чухланцев, А.М. Шутко, С.П. Головачев. Нейросетевые алгоритмы восстановления влажности почвы с использованием данных СВЧ радиометрии. //Нейрокомпьютеры: разработка и приложения, 2003, № 12, с. 20-29.

238. Л. Е. Назаров, А. А. Чухланцев, З.Т. Назарова. Применение нейронных сетей на основе радиальных функций для оценивания влажности почвы по СВЧ радиометрическим данным. //Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, № 12,2003, с.43-51.

239. А.Г.Гранков, А.А.Милынин, А.А.Чухланцев, Н.К.Шелобанова. Спектральные измерения ослабления радиоволн кронами деревьев в натурных условиях. Препринт № 2 (635), ИРЭ РАН, М., 2004,60 с.

240. Chukhlantsev А.А., Marechek S.V., Golovachev S.P., Novichikhin E.P., Tishchenko Yu.G., Shutko A.M. Continuous microwave attenuation spectra of trees fragments // Proceedings of MicroRad 2004 Conference, February 24-27,2004, Rome, Italy.

241. Гранков А.Г., Милыпин A.A., Чухланцев A.A., Шелобанова Н.К. Спектральные особенности радиотеплового излучения лесного полога // Труды LVIX научной сессии НТОРЭС им. А.С. Попова, 19-20 мая 2004 г., т. 2. с. 146-148, М., 2004.