Прикладные вопросы дистанционного зондирования, страница 9

В общем случае, теоретический расчёт параметров излучения представляет значительные трудности, поэтому на практике при расчётах применяют несколько приближенных алгоритмов, учитывающих неоднородность физических характеристик отражающей поверхности. В случае шероховатой или покрытой растительностью поверхности теоретическое определение коэффициента излучения еще более усложняется. К тому же пока еще недостаточно хорошо изучены статистические характеристики шероховатых и покрытых растительностью поверхностей. Поэтому интерпретацию результатов пассивного микроволнового зондирования практически осуществляют на основании экспериментальных данных о влиянии на яркостную температуру таких факторов как диэлектрические свойства грунта, обусловленные его составом, плотностью, распределением влажности и температуры по глубине, и характеристики поверхности - шероховатость и наличие растительности.

1) Диэлектрические свойства почвы - главный фактор, влияющий на его микроволновое излучение. Действительные части диэлектрической проницаемости трёх компонентов почвы в микроволновом диапазоне резко различаются, имея значения: для воздуха - 1, для сухого грунта – (3-4), а для воды - 80. Именно этот контраст и обусловливает возможность дистанционного измерения влажности почв, влияющей на интенсивность излучения. Уменьшение радиояркостной температуры при увеличении влажности от 2 до 15 % достигает значении 60-90 К в зависимости от длины волны и типа почвы. Чувствительность радиояркостной температуры к вариациям влажности почв на 1-2 порядка выше, чем к изменениям температуры, плотности и солёности.

Однако задача расчёта диэлектрических характеристик влажных почв довольно сложна. Вода в почве содержится по меньшей мере в двух состояниях: свободном - с высокой и связанной - с низкой диэлектрической проницаемостью. Строгое решение задачи расчёта комплексных диэлектрических проницаемостей почв в СВЧ-диапазоне не известно. Для их описания используются разнообразные формулы смеси и различные приближения. С данными экспериментальных исследований диэлектрических свойств грунта, имеющимися в литературе, удовлетворительно совпадают результаты расчетов по следующей формуле:

, где εс, εв, εг -диэлектрические проницаемости смеси, воды и сухого грунта соответственно, ρΒ - относительная объёмная концентрация воды.

В связи со сложностью теоретических расчётов обычно пользуются данными лабораторных измерений, в которых определяют зависимость действительной (ε') и мнимой (ε") частей диэлектрической проницаемости от длины волны принимаемого излучения и влажности почвы.

Рис. 21. Зависимость коэффициента излучения χот толщины

переходного слоя z_dпри влажности нижележащего слоя ωυ40 %

на волне длиной 2,26 см (кривая 1), 18 см (2) и 30см (3).

Определенное влияние на диэлектрические свойства различных грунтов оказывает плотность. Однако оно проявляется лишь для сухого грунта. Столь же малое влияние на радиоизлучение оказывает солёность почвы в границах её вариаций для нормальных условий земледелия, что в таких случаях при интерпретации интенсивности радиоизлучения этим влиянием можно пренебречь. При зондировании сильно засоленных почв или высохших бассейнов морей оценка степени засоленности по радиоизлучению возможна. Структура почвы или её агрегатное состояние также оказывает воздействие на диэлектрические свойства смеси. Однако после дождя или ирригации агрегатность почвы не сохраняется и, следовательно, влияние этого эффекта на радиоизлучение преходяще и может быть исключено при интерпретации результатов измерений.