Приложение 4.2.5.1. База данных для комплексной диэлектрической проницаемости почвогрунта Данные по комплексной диэлектричесой проницаемости лесной почвы в зоне Погорельского стационара Института леса СО РАН Для достоверной интерпретации данных, получаемых при дистанционном зондировании лесов требуется знание диэлектрических характеристик почвогрунтов [1]. Как правило, на основе экспериментальных данных создаются модели комплексной диэлектрической проницаемости почв как функции частоты, влажности, содержания глины, песка и почвенных солей [2]. Считается, что рефракционная модель позволяет построить эмпирическую регрессионную зависимость с наименьшим отклонением от опытных данных [2]. Как было показано в [2], представление влажностной зависимости не для самой величины комплексной диэлектрической проницаемости , а для квадратного корня из неё, позволяет легко установить различие между связанным и свободным состоянием воды в почве. Переход между этими двумя состояниями экспериментально наблюдается как характерный «излом» влажностной зависимости в при значении объемной влажности W=Wt. Величина Wt зависит, в основном, от содержания глины в почвогрунте и является обобщенной электрофизической характеристикой конкретного типа почвы [2]. При влажностях, меньших Wt вода в грунте находится в связанном состоянии, а дополнительное количество влаги, превышающее это значение – в свободном. Записанная в таком представлении формула рефракционной модели при положительных температурах смеси имеет вид: d bw 1W d bw 1Wt (1) W Wt , fw 1 W Wt , W Wt . Здесь индексы "d", "bw" и "fw" относятся к диэлектрической проницаемости сухой смеси (W=0), связанной воде и свободной воде соответственно. Полученные экспериментальные данные для комплексной диэлектрической проницаемости почвогрунта на полигоне «Погорелка» Института Леса СО РАН, расположенном в зоне южной сибирской тайги, были положены в основу создания диэлектрической базы данных лесного почвенного покрова с использованием данной модели. На рис. 1 результаты измерений представлены в виде влажностных и температурных зависимостей комплексного показателя преломления n*, который связан с диэлектрической проницаемостью как n* n i . В дальнейшем вещественную n и мнимую части комплексного показателя преломления будем называть коэффициентом преломления и коэффициентом поглощения, соответственно. a) F = 1.43 ГГц b) F = 1.43 ГГц W, % W, % W, % c) d) F = 3.0 ГГц W, % F = 3.0 ГГц W, % Рис.1. Зависимости показателей преломления (a,c) и показателей поглощения (b,d) от влажности. Как видно из кривых, представленных на рисунках, коэффициент преломления удовлетворительно описывается рефракционной моделью (1) на частотах 1.43 и 3.0 ГГц. Параметры модели, в этом случае, можно представить в виде значений Wt, nd, nbw nfw, которые приведены в Таблице I. Для коэффициента поглощения, кусочно-ломанная зависимость (1) должна быть заменена полиномом третьего порядка, κ=q3W3+q2W2+q1W+q0, так как лесная почва в зоне измерений содержала заметное количество растворимых солей, что привело к отклонению от линейной зависимости [2], характерной для рефракционной модели. Соответствующие коэффициенты полиномиальной регрессии приведены в Таблице II. Систематизированные в Таблицах I и II результаты измерений диэлектрических свойств лесной почвы позволили учитывать влияние отражений от почвогрунта при проведении на полигоне «Погорелка» измерений по наноимпульсной радиолокации лесных покровов. Таблица I f, ГГц 1,43 3,0 Wt 0.08 0.08 nd 1.533 1.522 nb-1 4.975 4.865 nf-1 9.27 9.09 Таблица II f, ГГц 1,43 3,0 q0 3.93ּ10-2 4.73ּ10-4 q1 1.32ּ10-2 5.61ּ10-3 q2 -1.47ּ10-4 36ּ10-4 q3 1.36ּ10-6 -7.2ּ10-6 Литература 1. 2. F. T. Ulaby, R. K. Moor, and A. K. Fung, Microwave Remote Sensing, Active and Passive, vol. III. Dedham, MA: Artech House, 1986. С. А. Комаров, В. Л. Миронов, Микроволновое зондирование почв, Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 259с.