Экспериментальное и теоретическое исследование угловых и поляриметрических особенностей радиотеплового излучения почвенного покрова в ходе естественных циклов промерзания и оттаивания на частоте 1,4 ГГц

Проведено экспериментальное тестирование возможности восстановления температуры почвенного покрова, находящегося в процессе замерзания и оттаивания, из угловых поляриметрических наблюдений радиояркостной температуры на частоте 1,4 ГГц. Экспериментально исследована чувствительность многоугловых поляриметрических значений радиояркостной температуры относительно глубины промерзания поверхностного слоя почвы. Экспериментально показана возможность идентификации талого и мерзлого состояния почвенного покрова на основе наблюдений радиояркостной температуры. Период исследования охватывает 62 ч с 27 по 30 октября 2016 г. Измерения радиояркостной температуры производились недалеко от г. Омска на сельскохозяйственном поле. Измерения радиояркостной температуры осуществлялось на вертикальной и горизонтальной поляризации на угле наблюдения 10º, 25º и 40º. Калибровка радиометра выполнялась по стандартному методу над водным бассейном и металлическими листами. Синхронно с радиометрическими измерениями проводились измерения влажности, температуры и глубины промерзания почвы. Кроме того, в полевых условиях с использованием портативного анализатора цепей измерялась, синхронно с радиометрическими измерениями, диэлектрическая проницаемость поверхностного слоя почвы на тестовом участке. Для моделирования радиояркостной температуры использовалась простая модель радиотеплового излучения почвенного покрова, не покрытого растительностью. В качестве диэлектрической модели использовалась модель комплексной диэлектрической проницаемости минеральной почвы с высоким содержанием глинистой фракции. Метод восстановления температуры и влажности почвы основан на минимизации нормы невязки между измеренными и рассчитанными значениями радиояркостной температуры. В результате решения обратной задачи получены временные ряды восстановленных значений температуры, влажности и шероховатости поверхности почвенного покрова. Среднеквадратическое отклонение и квадрат коэффициента корреляции между восстановленным и измеренными значениями температуры полностью промерзшей почвы составили 0,6 К и 0,63 соответственно. Восстановленные значения влажности почвы находятся в интервале влажностей почвы от 0,19 до 0,37 см3/см3, измеренных на тестовом участке. Предлагаемая методика восстановления температуры в случае полностью промерзшего излучающего слоя почвы обладает потенциалом для увеличения точности в ходе усложнения используемой модели.