Труды сотрудников института физики

/ J. P. Wigneron [et al.] // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. - 2011. - Vol. 49, Is. 4. - P. 1177-1189, DOI 10.1109/TGRS.2010.2075935. - Cited References: 26 . - ISSN 0196-2892
Аннотация: In the forward model [L-band microwave emission of the biosphere (L-MEB)] used in the Soil Moisture and Ocean Salinity level-2 retrieval algorithm, modeling of the roughness effects is based on a simple semiempirical approach using three main "roughness" model parameters: H-R, Q(R), and N-R. In many studies, the two parameters Q(R) and N-R are set to zero. However, recent results in the literature showed that this is too approximate to accurately simulate the microwave emission of the rough soil surfaces at L-band. To investigate this, a reanalysis of the PORTOS-93 data set was carried out in this paper, considering a large range of roughness conditions. First, the results confirmed that Q(R) could be set to zero. Second, a refinement of the L-MEB soil model, considering values of N-R for both polarizations (namely, N-RV and N-RH), improved the model accuracy. Furthermore, simple calibrations relating the retrieved values of the roughness model parameters H-R and (N-RH - N-RV) to the standard deviation of the surface height were developed. This new calibration of L-MEB provided a good accuracy (better than 5 K) over a large range of soil roughness and moisture conditions of the PORTOS-93 data set. Conversely, the calibrations of the roughness effects based on the Choudhury approach, which is still widely used, provided unrealistic values of surface emissivities for medium or large roughness conditions.

Смотреть статью,
Смотреть исправление,
WoS,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку


Доп.точки доступа:
Wigneron, J. P.; Chanzy, A.; Kerr, Y. H.; Lawrence, H.; Shi, J. C.; Escorihuela, M. J.; Mironov, V. L.; Миронов, Валерий Леонидович; Mialon, A.; Demontoux, F.; de Rosnay, P.; Saleh-Contell, K.; Workshop on Remote Sensing and Modeling of Surface Properties (2nd ; Jun 09-11, 2009 ; Toulouse, France)

/ V. L. Mironov, K. V. Muzalevskiy, I. V. Savin ; funding agency Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (SB RAS) // IEEE J. Sel. Top. Appl. Earth Observ. Remote Sens. - 2013. - Vol. 6, Is. 3. - Ст. 6520003. - P. 1781-1785, DOI 10.1109/JSTARS.2013.2262108. - Cited References: 20 . - ISSN 1939-1404
   Перевод заглавия: Восстановление градиента температуры в активном слое мерзлой почвы арктической тундры по данным радиометрических наблюдений в L-диапазоне. Теоретическое моделирование
Аннотация: Possibility of remote sensing of both the surface temperature and the temperature gradient in the permafrost active layer from L-band brightness temperature observations is theoretically investigated at a SMOS frequency of 1.4 GHz. Bare soil emission is simulated based on the semi-empirical L-MEB model. The brightness temperature is simulated using the soil density, surface roughness, temperature, and moisture profiles measured in situ at the Biosphere Station Franklin Bluffs, Alaska, USA (69°39'N, 148°43'W) from September 2, 1999, to August 23, 2001. The soil permittivity is calculated using the temperature-dependent generalized refractive mixing dielectric model for the organic rich soil sample collected in North Slope, Alaska (68°38'N, 149°35'W). This model predicts the complex dielectric constant of moist soil both thawed and frozen at temperatures from-30°C to +25°C and moistures from 0 to 0.94 g/g. The brightness temperatures simulated for field-of-view angles from 0 to 60\circ are inverted into the temperature profiles, and their deviations from the temperature profiles measured in situ are estimated. The error in reconstructing temperature profiles is found to be no greater than 1.8 °C to depths of 0.15 m. © 2013 IEEE.

Scopus,
WoS,
Смотреть статью,
WOS,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку


Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Savin, I. V.; Савин, Игорь Викторович; Миронов, Валерий Леонидович; Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (SB RAS)

/ К. В. Музалевский, В. Л. Миронов, А. А. Швалева // Вестник СибГАУ. - 2013. - № 5. - С. 6-9
   Перевод заглавия: The active layer of the arctic tundra soils temperature sounding on the basis of L-band radiometric observations
Аннотация: Изучается возможность дистанционного измерения температуры поверхностностной части деятельного слоя замерзшей почвы на Северном склоне Аляски с использованием данных микроволнового радиометра космического аппарата SMOS на частоте 1,4 ГГц. Показано, что измеренная температура почвы с погрешностью 2,4 °С совпадает со средней температурой почвыв слое толщиной 0,27 м.
Possibility of remote sounding of temperature in the frozen active layer on the North Slope of Alaska was investigated with the use of SK SMOS microwave radiometer on a frequency of 1,4 GHz. It is shown that the soil temperature, sounded with the SMOS, with an error of 2,4 °C coincides with the average temperature of the soil in a layer of 0,27 m.

Смотреть статью,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Доп.точки доступа:
Миронов, Валерий Леонидович; Mironov, V. L.; Швалева, А. А.; Muzalevskiy K. V.

/ F. Demontoux [и др.] // MicroRad : Proceedings. - Munich, 2012. - P1-3, DOI 10.1109/MicroRad.2012.6185240 . - ISBN 978-1-4673-1470-1
Аннотация: The studies were designed to ensure correct inclusion of profiles into our model. These promising results will be followed by a validation stage. To do that, we have experimental data sets. We have moisture measurements (with the presence of gradients) and emissivities from the site of SMOSREX (nearly no temperature gradients). On the other hand, we have measurements of high temperature gradients, moisture, emissivity and bi static scattering coefficients from a measurement site in Siberia [8].

Обложка,
Материалы конференции,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку


Доп.точки доступа:
Demontoux, F.; Mironov, V. L.; Миронов, Валерий Леонидович; Lawrence, H.; Kosolapova, L.G.; Косолапова, Людмила Георгиевна; Wigneron, J.-P.; Kerr, Y.; Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Environment, specialist Meeting on(12 ; 2012 ; март ; 5-9 ; Rome)

/ Z. Ruzicka, K. V. Muzalevskiy // Int. Sib. Conf. on Control and Communicat. (SIBCON 2015) : Proceedings : IEEE-Institute Electrical and Electronics Engineers, 2015, DOI 10.1109/SIBCON.2015.7146965 . - ISBN 9781479971022 (ISBN)
Аннотация: This paper describes the information system, which has been developed for the storing and automated processing of the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) Level 1C radiometric and Level 2 soil moisture data over space and time. The information system contains the database for storing the data and the interface for automated processing. That interface has been developed to provide access to these specific data from the database within the Matlab numerical computing environment used for the realization of algorithms and methods. The developed information system helps to speed up the processing of SMOS data in regional scale over a long period of time, and has successfully been used for the validation of soil temperature and moisture retrieval algorithms over the North Slope of Alaska and Yamal peninsula. © 2015 IEEE.

Scopus


Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Ружичка, Зденек; International Siberian Conference on Control and Communications(11 ; 2015 ; May 21-23 ; Omsk)

/ К. В. Музалевский, В. Л. Миронов // Изв. вузов. Физика. - 2015. - Т. 58, № 8/2. - С. 39-41. - Библиогр.: 3. - Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки РФ № 2.914.2014/K, при поддержке «Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности» проект №8, и проекта II.12.1.1 СО РАН . - ISSN 0021-3411
   Перевод заглавия: Multifrequency radiometric field observations of moisture content and temperature in thawed mineral soil
Аннотация: В данной работе с использованием поляриметрических наблюдений радиояркостной температуры на двух углах 25 и 45 и частотах 1,4ГГц и 10,7ГГц, предложен метод измерения влажности почвы в слое толщиной 0-2см и 2-5см, а также температуры поверхностного слоя почвы на глубине 3cm. Предложенный метод основан на полуэмпирической модели радиотеплового излучения и температурно-зависимой диэлектрической модели минеральных почв, которая в настоящее время используется при интерпретации данных измерений космического аппарата SMOS.
In this paper, using the polarimetric observations of brightness temperature at the frequencies of 1,4GHz and 10,7GHz and at the viewing angles of 25 and 45, there is provided a method for soil moisture retrieving on the different depth of 0-2cm and 2-5cm in topsoil, and for soil temperature at the depth of 3cm. The proposed method is based on a semi-empirical model of microwave bare soil emission and temperature-dependent dielectric model of thawed mineral soil, which is currently used in the SMOS spacecraft.

Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Доп.точки доступа:
Миронов, Валерий Леонидович; Mironov, V. L.; Muzalevskiy, K. V.

/ К. В. Музалевский [и др.] // Изв. вузов. Физика. - 2015. - Т. 58, № 10/3. - С. 22-24. - Библиогр.: 4. - Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, соглашение №14-607-21-0039 . - ISSN 0021-3411
   Перевод заглавия: Influence of inhomogeneous spacial distribution of organic, mineral soils, and open water in satellite footprint on error of soil temperature retrieval
Аннотация: В данной работе теоретически исследована погрешность восстановления температуры, влажности и шероховатости поверхности почвы при неравномерном пространственном распределении органических, минеральных типов почвенного покрова, а также водных объектов в пределах площадки зондирования, на основе модельных данных поляриметрических наблюдений угловых зависимостей радиояркостной температуры на частоте 1,4ГГц с использованием диэлектрических моделей органической и минеральной почвы. Показано, что при вариации доли водных объектов на площадке зондирования от 0% до 20%, лишь для мерзлых почв достигается удовлетворительная погрешность измерения температуры почвы.
In this paper we have theoretically investigated influence of inhomogeneous spacial distribution of organic, mineral soils, and open water in satellite footprint on error of soil temperature retrieval. In this paper, we have theoretically investigated influence of inhomogeneous special distribution of organic, mineral soils, and open water in satellite footprint on error of soil temperature retrieval on basis of multi-angular brightness temperature observations at 1.4GHz. It is shown that at varying of open water fraction in the area range from 0% to 20%, only in case of frozen soil, the error of soil temperature retrieval is satisfactory.

Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Доп.точки доступа:
Музалевский, Константин Викторович; Muzalevskiy, K. V.; Миронов, Валерий Леонидович; Mironov, V. L.; Лукин, Юрий Иванович; Lukin, Y. I.; Савин, Игорь Викторович; Savin, I. V.

/ K. V. Muzalevskiy, Z. Ruzicka // IEEE J. Sel. Top. Appl. Earth Observ. Remote Sens. - 2016. - Vol. 9, Is. 6. - P. 2468-2477, DOI 10.1109/JSTARS.2016.2553220. - Cited References:36 . - ISSN 1939-1404. - ISSN 2151-1535РУБ Engineering, Electrical & Electronic + Geography, Physical + Remote

Аннотация: In this paper, the results of radiothermal remote sensing of soil temperature at a test site on the Yamal Peninsula using full-polarimetry multiangular brightness temperature (BT) observations at the frequency of 1.4 GHz are presented. The BT data were obtained from the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite with the SMOS footprint near the Polar Weather Station Marresale, the Russia Federation. The SMOS data covered the period from January 1, 2013 to December 31, 2013. The method to retrieve the soil temperature was based on solving an inverse problem by minimizing the norm of the residuals between the observed and predicted values of the BTs. The calculation of the BT was performed using a semiempirical model of radiothermal emission, which incorporated an attenuation of the microwaves in the snow pack or the canopy and a temperature-dependent multirelaxation spectral dielectric model (TD MRSDM) for an organic-rich tundra soil. The TD MRSDM was specifically designed based on laboratory measurements of the complex permittivity of the organic-rich soil samples, which were collected at the test site on the Yamal Peninsula. As a result, the values of the root-mean-square error and the determination coefficient between the retrieved and measured soil temperatures were determined to be 2.2 degrees C and 0.70 and 3.5 degrees C and 0.52, respectively, for thawed frozen soil. These results indicate the perspectives of using the full-polarimetric multiangular BT observations in the L-band for the purpose of measuring the soil temperature in the Arctic region.

WOS,
Смотреть статью,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку


Доп.точки доступа:
Ruzicka, Z.; Ружичка, Зденек; Музалевский, Константин Викторович; IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium(2015 ; July ; 26-31 ; Milan, ITALY)

/ V. L. Mironov, K. V. Muzalevskiy, Z. Ruzicka // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. - 2016. - Vol. 54, Is. 12. - P. 7331-7338, DOI 10.1109/TGRS.2016.2599272. - Cited References:25. - This work was supported by the Russian Science Foundation through Project 4-17-00656. . - ISSN 0196-2892. - ISSN 1558-0644РУБ Geochemistry & Geophysics + Engineering, Electrical & Electronic + Remote Sensing + Imaging Science & Photographic Technology

Аннотация: In this paper, the method previously proposed in earlier work for measuring the temperature profile in a frozen topsoil using multiangular brightness temperature observations in the L-band has been experimentally tested. At a frequency of 1.4 GHz, full-polarization multiangular brightness temperature data were obtained from the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite land product of Level 1C, with the SMOS footprint being centered at the Toolik Field Station (TFS), Alaska. The SMOS data covered the period from January 1, 2010 to December 31, 2011. Retrieval of the temperature profiles in a frozen topsoil was based on the semiempirical emission model L-MEB and the temperature-dependent dielectric model for an organic-rich tundra soil. The soil samples measured to develop the dielectric model were collected at the TFS site. For winter seasons, the retrieved temperature profiles in the 16.0-cm topsoil were validated relative to the temperature profiles measured in situ. As a result, the values of root-mean-square error and determination coefficient of the temperatures retrieved at the depths of 0.6, 8.7, and 16.0 cm, relative to the respective temperatures measured in situ, were found to be 2.8 °C, 4.9 °C, and 6.4 °C and 0.62, 0.42, and 0.26, respectively. The sources of error and possible improvements of the proposed retrieving algorithm were discussed. The major result of this study is the demonstration of the potential possibility for remote sensing of the temperature profile in a frozen arctic topsoil using the SMOS multiangular brightness data.

Смотреть статью,
Scopus,
Scopus,
WOS,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Kirensky Inst Phys, Krasnoyarsk 660036, Russia.
Siberian State Aerosp Univ, Krasnoyarsk 660037, Russia.

Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Ruzicka, Z.; Ружичка, Зденек; Миронов, Валерий Леонидович; Russian Science Foundation [4-17-00656]

/ M. I. Mikhaylov, K. V. Muzalevskiy, V. L. Mironov // IEEE J. Sel. Top. Appl. Earth Observ. Remote Sens. : Proc. - 2016. - P. 5264 - 5267, DOI 10.1109/IGARSS.2016.7730371. - The study was performed thanks to a grant from the Russian Science Foundation (project №14-17-00656) . - ISSN 978-1-509. - ISSN 2153-7003
   Перевод заглавия: Тестирование полу-эмпирической модели коэффициента отражения основанного на ГНСС измерениях
Аннотация: In this paper, with using of semi-empirical model of the reflection coefficient, which is implementing to calculate the brightness temperature of the SMOS spacecraft at 1.4GHz in [1], [2] the soil moisture was retrieved from the reflection coefficients, which were measured by GNSS-reflectometer at a test site on the Yamal Peninsula. The model of reflection coefficient with root-mean square error (RMSE) of 0.04 allows to predict the experimental values of the reflection coefficient and with RMSE of less than 0.09cm3/cm3 allows to retrieve the soil moisture in the layer of 0-6cm

Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Смотреть статью,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку


Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Mironov, V. L.; Миронов, Валерий Леонидович; Михайлов, Михаил Иванович; IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium(2016 ; July ; 10-15 ; Beijing, China)

/ K. V. Muzalevskiy [et al.] // IEEE J. Sel. Top. Appl. Earth Observ. Remote Sens. : Proc. - 2016. - P. 4932 - 4935, DOI 10.1109/IGARSS.2016.7730287. - The study was performed thanks to a grant from the Russian Science Foundation (project No 14-17-00656). . - ISSN 978-1-509. - ISSN 2153-7003
   Перевод заглавия: Восстановление влажности и температуры почвы используя наблюдения SMOS на тестовом участке п-ова Ямал
Аннотация: In this paper, the results of radiothermal remote sensing of soil moisture and temperature is presented for a test site located in Arctic tundra on the Yamal Peninsula, the Russia Federation using full-polarimetry multi-angular brightness temperature (BT) observations at the frequency of 1.4 GHz. The BT data were obtained from the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite with the SMOS footprint near the polar weather station Marresale, Yamal Peninsular, the Russia Federation. The SMOS data covered the period of on the ground observations conducted in August, 2015. The method to retrieve soil moisture and temperature is based on solving an inverse problem by minimizing the norm of the residuals between the observed and predicted values of BTs. The calculation of BT was performed using semi-empirical model of radiothermal emission and temperature-dependent dielectric model for an organic-rich tundra soil. The obtained results revealed the applicability of the SMOS data for simultaneous retrieving the soil moisture and temperature for the Arctic tundra environment.

Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Ссылка,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку


Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Mikhaylov, M. I.; Михайлов, Михаил Иванович; Mironov, V. L.; Миронов, Валерий Леонидович; Ruzicka, Z.; Ружичка, Зденек; IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium(2016 ; July ; 10-15 ; Beijing, China)

/ В. Л. Миронов, К. В. Музалевский, З. Ружичка // Совр. пробл. дистан. зондир. Земли из космоса. - 2017. - Т. 14, Вып. 2. - С. 67-71, DOI 10.21046/2070-7401-2017-14-2-61-71. - Библиогр.: 22 . - ISSN 2070-7401
   Перевод заглавия: Microwave radiometric method for measuring soil temperature in Arctic tundra
Аннотация: В данной работе представлены результаты дистанционного зондирования температуры почвенного покрова на тестовом участке п-ва Ямал с использованием угловых зависимостей радиояркостной температуры, наблюдаемых космическим аппаратом SMOS на частоте 1,4 ГГц. Расположение пикселя зондирования космического аппарата SMOS было выбрано в районе между метеостанциями Марресале и Васькины дачи на п-ве Ямал. Исследование охватывает период с 22 октября 2012 г. по 10 мая 2014 г. для мерзлого состояния почвенного покрова. Метод восстановления температуры почвы основан на решении обратной задачи путем минимизации нормы невязки между наблюдаемыми и рассчитанными значениями радиояркостной температуры. Расчет радиояркостной температуры производился с использованием полуэмпирической модели, учитывающей затухание волны в снежном покрове, диэлектрическую проницаемость почвенного покрова, на основе модели комплексной диэлектрической проницаемости почвы с высоким содержанием органического вещества. Модель комплексной диэлектрической проницаемости почвенного покрова была создана в лабораторных условиях с использованием методов диэлектрической спектроскопии с использованием почвенных образцов отобранных на тестовом участке п-ва Ямал. Среднеквадратическое отклонение и коэффициент детерминации между восстановленными и измеренными значениями температуры почвы оказались равны 4,5°С и 0,59 соответственно. Полученный результат указывает на перспективность использования поляриметрических угловых наблюдений радиояркостной температуры на частоте 1,4 ГГц для измерения температуры арктической тундровой почвы.
In this paper, the results of radiothermal remote sensing of soil temperature at a test site on the Yamal Peninsula using full-polarimetry multi-angular brightness temperature (BT) observations at the frequency of 1.4 GHz are presented. The BT data were obtained from the Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite with the SMOS footprint near the Polar Weather Station Marresale and Vaskiny Dachi, the Russian Federation. The SMOS data covered the period from October 22, 2012 to May 10, 2014. The method to retrieve the soil temperature was based on solving an inverse problem by minimizing the norm of the residuals between the observed and predicted values of BT. The calculation of BT was performed using a semi-empirical model of radiothermal emission which incorporated an attenuation of microwaves in snow pack and a temperature-dependent multi-relaxation spectral dielectric model (TD MRSDM) for organic-rich tundra soil. The TD MRSDM was specifically designed on the base of laboratory measurements of complex permittivity of organic-rich soil samples collected at the test site on the Polar Weather Station Marresale. As a result, in case of frozen soil, the values of root-mean-square error (RMSE) and determination coefficient between the retrieved and measured soil temperatures were determined to be 4.5°C and 0.59, respectively. These results indicate the perspectives of using full-polarimetric multi-angular BT observations in the L-band for the purpose of measuring soil temperature in the Arctic region.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
L.V. Kirensky Institute of Physics SB RAS, Krasnoyarsk, Russian Federation

Доп.точки доступа:
Музалевский, Константин Викторович; Muzalevskiy, K. V.; Ружичка, Зденек; Ruzicka, Z.; Mironov, V. L.

/ К. В. Музалевский [и др.] // Совр. пробл. дистан. зондир. Земли из космоса. - 2017. - Т. 14, № 7. - С. 100-118, DOI 10.21046/2070-7401-2017-14-7-100-118. - Библиогр.: 26. - Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фондаментальных исследований, Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности в рамках научного проекта No 16-45-242162, а также Программы II.12.1. «базовых» фундаментальных исследований СО РАН. Кроме того, хотим выразить благодарность анонимному рецензенту за замечания, которые позволили улучшить качество статьи. фунда . - ISSN 2070-7401. - ISSN 2411-0280
   Перевод заглавия: First application of Russian Meteor-M2 satellite for remote sensing of moisture and temperature of the tundra soil
Аннотация: В данной работе представлены результаты дистанционного зондирования температуры и влажности талого тундрового почвенного покрова на двух тестовых участках п-ова Таймыр с использованием поляриметрических наблюдений радиояркостной температуры на частоте 10,7 ГГц радиометром МТВЗА-ГЯ спутника «Метеор-М» № 2. Расположение пикселя зондирования радиометра МТВЗА-ГЯ было выбрано в районе г. Норильска и села Хатанга на п-ове Таймыр. Исследование охватывает период с 1 января по 31 декабря 2015 г. Метод восстановления температуры и влажности почвы основан на решении обратной задачи минимизацией нормы невязки между наблюдаемыми и рассчитанными значениями радиояркостной температуры. Расчет радиояркостной температуры проведен с использованием полуэмпирической модели радиотеплового излучения, параметры которой были предварительно откалиброваны на тестовых участках в районе г. Норильска и села Хатанга, а также модели комплексной диэлектрической проницаемости почвы с высоким содержанием органического вещества. Модель комплексной диэлектрической проницаемости почвенного покрова была создана в лабораторных условиях с использованием методов диэлектрической спектроскопии почвенных образцов, отобранных на тестовом участке в районе г. Норильска. Среднеквадратическое отклонение между восстановленными и измеренными значениями температуры и влажности почвы оказались не более 6,5 °С и 0,06 см3/см3 соответственно. Полученный результат указывает на перспективность использования поляриметрических наблюдений радиояркостной температуры на частоте 10,7 ГГц радиометром МТВЗА-ГЯ отечественного спутника «Метеор-М» № 2 для измерения температуры и влажности арктической тундровой почвы.
This paper presents the results of remote sensing of temperature and moisture of thawed tundra soil on two test sites of the Taimyr Peninsula using polarimetric observations of the brightness temperature at a frequency of 10.7 GHz by the MTVZA-GY radiometer of the Meteor-M2 satellite. The footprints of the MTVZA-GY radiometer were chosen in the areas of Norilsk and Khatanga cities on the Taimyr Peninsula. The study covers the period from January 1 to December 31, 2015. The retrieving method of soil temperature and soil moisture is based on solving an inverse problem by minimizing the norm between observed and calculated values of the brightness temperature. The calculation of the brightness temperature was carried out using a semi-empirical model of microwave emission, the parameters of which were previously calibrated on the test areas of Norilsk and Khatanga cities, as well as using permittivity model of tundra soil with a high content of organic matter. The permittivity model of tundra soil was created in laboratory conditions using methods of dielectric spectroscopy and soil samples, which were taken at a test area close to Norilsk city. The root-mean-square error between the retrieved and measured values of soil temperature (soil moisture) were no more than 6.5 °C (0.06 cm3/cm3). The obtained results indicates the prospect of using polarimetric observations of the brightness temperature at a frequency of 10.7 GHz by the MTVZA-GY radiometer on Russian Meteor-M2 satellite to measure the surface temperature and moisture of the Arctic tundra soil.

Смотреть статью,
Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН- обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия
Сибирский Центр "НИЦ "Планета", Новосибирск, Россия
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства и экологии Арктики, Норильск, Россия

Доп.точки доступа:
Музалевский, Константин Викторович; Muzalevskiy, K. V.; Ружичка, Зденек; Ruzicka, Z.; Savin, I. V.; Савин, Игорь Викторович; Захватов, М. Г.; Гончаров, В. В.; Сариев, А. Х.; Каравайский, Андрей Юрьевич; Karavaysky, A. Yu.

/ К. В. Музалевский // Журн. радиоэлектрон. : электронный журнал. - 2018. - № 12. - Ст. 13, DOI 10.30898/1684-1719.2018.12.13. - Библиогр.: 30 . - ISSN 1684-1719
   Перевод заглавия: Features of microwave emission of frozen tundra active topsoils in the L-band
Аннотация: В данной работе на основе модифицированной когерентной модели радиотеплового излучения, обобщенной диэлектрической модели почв с высоким содержанием органического вещества изучаются особенности радиотеплового излучения диэлектрически неоднородных неизотермичных тундровых мёрзлых почв на частоте 1,4 ГГц в зависимости от их плотности, влажности и вертикального распределения температуры в поверхностной части деятельного слоя. Показано, что предельная глубина зондирования поверхностной части деятельного слоя тундровых мёрзлых почв зависит от формы профилей температуры, полной объемной влажности и плотности сухого сложения почвы. Исследованы преимущества поляриметрических угловых наблюдений радиояркостной температуры для целей измерения глубинного распределения температуры в поверхностной части деятельного слоя почвы. Дана оценка возможных погрешностей измерения распределения температуры в поверхностной части деятельного слоя почвы.
In this paper, a coherent model of thermal microwave emission is proposed, which allows, with an error not worse than 0.51 K and a Pearson coefficient of 0.999, to describe the brightness temperature of a non-isothermal active layer with a layered dielectric constant structure. At a frequency of 1.4 GHz the features of radio-thermal emission of the active tundra topsoil with a high content of organic matter were researched depending on the bulk dry density, moisture content and profile of soil temperature. The proposed coherent model of radiothermal emission and a generalized dielectric model of tundra soil with a high content of organic matter were used in this research. It has been established that the magnitude of the polarization index at fixed values of soil density and moisture is determined only by the surface temperature of the topsoil and does not depend on the kind of temperature profile. The effective temperature of the soil carries the basic information about the heterogeneous structure of the active layer. It is shown that the possibility of identifying various soil temperature profiles, as well as measuring the temperature distribution in the surface part of the active layer of tundra soil can be carried out on the basis of polarimetric angular-dependencies of the radio-brightness temperature with an error of about 3K. At the same time, polarimetric angular-dependencies of brightness temperature also make it possible to determine the sign of the gradient of temperature profiles in the active topsoil. The accuracy of measuring of the soil temperature is limited by the accuracy of radio-brightness temperature observation, the uncertainty of soil moisture and density in the footprint area. If the volumetric soil moisture is known with an error of 0.04 cm3/cm3 or the soil density - with an error of 0.1 g/cm3, then the error in temperature retrieval increases by factors of 2 and 1.5, respectively, in the soil moisture range of 0.2-0.4 cm3/cm3 and 0.4-0.6 cm3/cm3. It is shown that for characteri stic temperature gradients of 0.4-1ºС/cm in the active topsoil thickness of 10 cm the thickness of the tundra soil layer forming the thermal radiation decreases by factor of 2.5 from 10cm to 4 cm at increasing of surface soil temperature from -30ºС ÷ -20º С to -10º С ÷-5º С in the case of given values of soil density and moisture of 0.15 g/cm3 and 0.42 cm3/cm3, respectively. For all the temperature profiles considered, the thickness of the emission layer linearly decreases by factor of 1.5 with an increasing of soil moisture content by factor of 3 from 0.2 cm3/cm3 to 0.6 cm3/cm3, and with an increasing of soil density more than 10 times from 0.05 cm3/cm3 to 0.8 cm3/cm3, the thickness of the emission layer decreases by factor of 3. In the future, the authors plan to investigate issues related to the formation of radio-thermal emission from the active layer of frozen soils, taking into account the density and moisture profiles in the organic and mineral horizon of the tundra active topsoil.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, 660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, 50/38

Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.

/ К. В. Музалевский, З. Ружичка // Совр. пробл. дистан. зондир. Земли из космоса. - 2019. - Т. 16, № 4. - С. 293-297, DOI 10.21046/2070-7401-2019-16-4-293-297. - Библиогр.: 6. - Исследование выполнено при финансовой поддержке Программы II.12.1. приоритетных направлений и программ фундаментальных исследований СО РАН. . - ISSN 2070-7401. - ISSN 2411-0280
   Перевод заглавия: Retrieving surface temperature of tundra soil based on AMSR2 polarimetric brightness observations
Аннотация: В настоящем кратком сообщении предлагается полуэмпирический метод дистанционной оценки температуры поверхности тундровой почвы на основе поляриметрических данных радиометра AMSR2, установленного на спутнике GCOM-W1. С использованием простой модели радиотеплового излучения, полученной на основе закона Кирхгофа в приближении диэлектрически однородного изотермического полупространства, задача сведена к нахождению эффективной температуры и отражательной способности подстилающей поверхности из двух измеренных значений радиояркостной температуры на вертикальной и горизонтальной поляризации и частоте 6,9 ГГц. Однозначность обратной задачи была обеспечена за счёт установленной линейной связи между обратными величинами поляризационного индекса и разностью отражательных способностей, измеренных на горизонтальной и вертикальной поляризациях. Калибровка двух параметров этой линейной регрессии была выполнена на двух тестовых участках Северного склона Аляски в течение 7 лет с 2012 по 2018 г. В результате было показано, что восстановленные значения температуры почвы со стандартным отклонением около 3,0 К и коэффициентом корреляции 0,83 соответствуют температурам поверхности почвы, которые были измерены метеостанциями на двух калибровочных и двух дополнительных тестовых участках, расположенных в различных ландшафтных условиях арктической тундры.
The paper proposes a semi-empirical method for remote sensing of surface temperature of tundra soil based on polarimetric data of the AMSR2 radiometer installed on GCOM-W1 satellite. Using a simple microwave emission model based on the Kirchhoff law and obtained for a dielectric-homogeneous isothermal half-space, the problem was reduced to retrieving of the effective temperature and reflectivity of observed surface from two brightness temperatures measured at the vertical and horizontal polarization at a frequency of 6.9 GHz. The uniqueness of the inverse problem was ensured by the established linear relation between the inverse values of the polarization index and the difference in reflectivity, measured at the horizontal and vertical polarizations. The calibration of two parameters of the linear regression was performed on two test sites in the North Slope of Alaska for 7 years from 2012 to 2018. As a result, it was shown that the recovered soil temperature values with a standard deviation of about 3.0 K and a correlation coefficient of 0.83 corresponded to the temperature of the soil surface, as measured by weather stations, on four test sites located in different landscape conditions of the Arctic tundra. Two of the four test sites were additional to the calibration ones.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, 660036, Россия

Доп.точки доступа:
Ружичка, Зденек; Ruzicka, Z.; Muzalevskiy, K. V.

/ Lawrence, H.Demontoux, F. [et al.] // 11th Specialist Meeting on Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Environment, MicroRad 2010 : Proceedings. - 2010. - P27–32


Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Лаборатория радиофизики дистанционного зондирования Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Доп.точки доступа:
Lawrence, H.; Demontoux, F.; Wigneron, J.-P.; Mialon, A.; Tzong-Dar, Wu.; Mironov, V. L.; Миронов, Валерий Леонидович; Liang, Chen; Jianchen, Shi; Kerr, Y; Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Environment, specialist Meeting on(11 ; 2011 ; март ; 5-9 ; Rome)

/ J. -P. Wigneron, A. Chanzy [et al.] // MicroRad : March 11-14, 2008, Firenze, Italy : proceedings. - 2008. - С. 123-128


Доп.точки доступа:
Wigneron, J. -P.; Chanzy, A.; Kerr, Y. H.; Shi, J. -C.; Mironov, V. L.; Миронов, Валерий Леонидович; de, Rosnay; Escorihuela, M. -J.; Cano, A.; Demontoux, F.; Grant, J.; Lawrence, H.; Mialon, A.; Saleh, H.; Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Environment, specialist Meeting on(10 ; 2010 ; март ; Firenze, Italy)

/ К. В. Музалевский // Журн. радиоэлектрон. - 2022. - № 12. - Ст. 6, DOI 10.30898/1684-1719.2022.12.5. - Библиогр.: 31. - Работа выполнена в рамках гранта РНФ и Красноярского краевого фонда науки № 22-17-20042 . - ISSN 1684-1719
   Перевод заглавия: Broadband reflectometric method for the measuring of soil surface moisture and roughness
Аннотация: В данной работе предложена численно-аналитическая модель коэффициента отражения электромагнитной волны от шероховатой границы почвенного покрова, на основе которой, в диапазоне частот от 520 МГц до 1,26 ГГц, разработан широкополосный метод измерения среднеквадратического отклонения (СКО) высот неровностей и объемной влажности поверхности почв. При построении модели коэффициента отражения, поле отраженной волны от шероховатой границы почвенного покрова представлено в виде суммы вторичных полей от бесконечного множества элементарных горизонтальных рассеивающих площадок (с заданным средним размером), набор которых на поверхности почвы осуществляется в пределах первой зоны Френеля. Поле каждой элементарной рассеивающей площадки представляется в виде среднего поля от результата стохастической интерференции бесконечного множества когерентных элементарных источников вторичных волн с плоским фронтом, вертикальное положение которых определено высотой неровностей в каждой точке поверхности почвы в пределах размеров элементарной рассеивающей площадки. Показано, что созданная модель описывает величину полного значения коэффициента отражения (когерентная и диффузная компоненты) с коэффициентом детерминации R2=0,981 и СКО не более 0,35дБ относительно коэффициента отражения, рассчитанного с использованием метода конечных разностей и метода интегральных уравнений. На примере 16 почвенных образцов, комплексная диэлектрическая проницаемость которых измерена для широкого диапазона плотностей 0,7–1,8 г/см3, влажности, гранулометрического состава (0–76%) и содержания органического вещества (0,6–6,9%) показана принципиальная возможность восстановления СКО высот неровностей и объемной влажности шероховатой поверхности почвенного покрова с коэффициентом детерминации СКО не хуже, чем R2=0,909 (СКО=0,4 см) и R2=0,975 (СКО=2%), соответственно, относительно истинных значений. Результаты работы имеют широкое прикладное значения как для одночастотных, так и многочастотных методов обработки радарных и радиометрических данных с целью разработки новых алгоритмов повышенной точности измерения влажности почв.
In this article, a numerical-analytical model of the reflection coefficient of an electromagnetic wave from a rough soil surface is proposed. Based on the created model of reflection coefficient, in the frequency range from 520 MHz to 1.26 GHz, a broadband method for the root-mean-square deviation (RMS) of heights and volumetric moisture of rough soil surface is developed. When the model of reflection coefficient creating, the field of reflected wave from the rough soil surface was presented as the sum of secondary fields from an infinite set of elementary horizontal scattering plates (with a given average size). The field from each elementary scattering plate is represented as an average field from the result of stochastic interference of an infinite set of coherent elementary sources of secondary waves. The vertical position of the elementary sources is determined by the stochastic height of the soil surface within elementary plate. It is shown that the created model describes the total value of reflection coefficient (coherent and diffuse components) with the determination coefficient of R2=0.981 and root-mean square error (RMSE) no more than 0.35 dB, relative to the reflection coefficient, calculated by the finite difference method and the advanced integral equations method. The possibility of RMS heights and volumetric moisture of rough soil surface retrieval, relative to the true values, was shown no worse than R2=0.909 (RMSE=0.4 cm) and R2=0.975 (RMSE=2%), respectively. This analysis was carried out on the example of 16 soil samples, the complex permittivity of which was measured for a wide range of dry bulk densities from 0.7 g/cm3 to 1.8 g/cm3, moisture content, texture with variation clay content from 0% to 76% and organic matter content from 0.6% to 6.9%. The results have a wide application value both for single-frequency and multi-frequency radar and radiometric methods of soil moisture measuring.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук - обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.

/ K. Muzalevskiy // Proceedings - 2022 IEEE 8th All-Russian Microwave Conference, RMC 2022. - 2022. - 8th IEEE All-Russian Microwave Conference, RMC 2022 (23 - 25 November 2023, Moscow, Russian Federation) Conference code: 187597. - P. 305-308, DOI 10.1109/RMC55984.2022.10079255. - Cited References: 18. - The investigation supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Science Foundation, project №22-17-20042 . -
Аннотация: In this work, a numerical-analytical model of reflection coefficient for rough soil surface in wide frequency band was proposed. The field of reflected wave from the rough soil surface is presented as the sum of secondary fields from an infinite set of elementary horizontal scattering plates (with a given average size). The field from each elementary scattering plate is represented as an average field from the result of stochastic interference of an infinite set of coherent elementary sources of secondary waves. The vertical position of the elementary sources is determined by the stochastic height of the soil surface within elementary plate. The case of the coherent component and the total value (coherent+diffuse components) of reflection coefficient is considered. On the basis of the created model of reflection coefficient, a broadband method for simultaneously retrieved the root-mean-square deviation of the stochastic soil surface heights and volumetric soil moisture was developed. The results have a wide application value both for single-frequency and multi-frequency radar and radiometric methods of soil moisture measuring.

Смотреть статью,
Scopus,
Для получение полного текста обратитесь в библиотеку

Держатели документа:
Kirensky Institute of Physics Federal Research, Center Ksc Siberian Branch Russian Academy of Science, Laboratory of Radiophysics of the Earth Remote Sensing, Krasnoyarsk, Russian Federation

Доп.точки доступа:
Музалевский, Константин Викторович; IEEE All-Russian Microwave Conference(8 ; 23 - 25 November 2023 ; Moscow, Russian Federation)

/ К. В. Музалевский // Журн. радиоэлектрон. - 2023. - № 12 ; J. Radio Electron., DOI 10.30898/1684-1719.2023.12.9. - Библиогр.: 25 . - ISSN 1684-1719
   Перевод заглавия: Radiometric features of the moisture sensing of tundra soils in the P-Band
Аннотация: В данной работе в P-диапазоне частот (409 МГц) теоретически исследуются особенности микроволнового излучения тундровых почв в процессе протаявания деятельного слоя. В вертикальном сечении, почвы деятельного слоя характеризовались профилями объемной влажности, весового содержания органического вещества, временными рядами физической температуры. Радиояркостная температура деятельного слоя тундровых почв рассчитывалась на основе феноменологической модели радиотеплового излучения слоисто-неоднородного неизотермического полупространства. При моделировании радиояркостной температуры использовалась диэлектрическая модель, позволяющая рассчитать действительную и мнимую части относительной комплексной диэлектрической проницаемости тундровых почв с высоким содержанием органического вещества 35%-80%, в диапазоне температур от −30 °С до +25 °С. Показано, что по мере протаявания деятельного слоя тундровых почв наблюдается явление интерференции излучательной способности, амплитуда которой определяется видом вертикального профиля содержания органического вещества. Для рассмотренных видов профилей влажности и содержания органического вещества, интерференцией излучательной способности можно пренебречь при протаявании деятельного слоя на глубину более 18.5 см. В случае, если объемная влажность протаявающей части деятельного слоя почв меньше (или близка к) максимальному содержанию связанной воды, то явление интерференции излучательной способности не наблюдается. Выполненные оценки показали, что средняя глубина зондирования влажности для рассмотренных тундровых почв не превышает 4.5см.
In this paper, in the P-band (409 MHz), the features of tundra soils microwave emission are theoretically studied during the thawing of active layer. The soils in vertical section of active layer were characterized by the profiles of volumetric moisture, weight content of organic matter, and time series of physical temperature. The brightness temperature of the active layer of tundra soils was calculated based on the phenomenological model of microwave emission for a stratified non-isothermal half-space. A dielectric model that allows to calculate the real and imaginary parts of the relative complex dielectric constant of tundra soils with a high organic matter content of 35%-80%, in the temperature range from -30C to +25C was used to modeling the brightness temperature. As a result, It was shown that as the active layer of tundra soils thaws, the interference of emissivity is observed, the amplitude of which is determined by the kind of vertical profile of the organic matter content. The interference of emissivity can be neglected when the active layer thaws more than 18.5 cm. If the volumetric moisture of the thawing part of the active layer is less than (or close to) the maximum content of bound water, then interference of emissivity is not observed. Modeling showed that the average sensing depth of tundra soil moisture does not exceed 4.5 cm.

Смотреть статью,
РИНЦ

Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, 660036, Красноярск, ул. Академгородок, д. 50, стр. 38

Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.