Библиотека института физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Главная

Базы данных

Труды сотрудников ИФ СО РАН - результаты поиска

Вид поиска

Каталог книг и брошюр библиотеки ИФ СО РАН

Каталог журналов библиотеки ИФ СО РАН

Труды сотрудников ИФ СО РАН

Область поиска

в найденном

Найдено в других БД:

Каталог книг и брошюр библиотеки ИФ СО РАН (4)

Формат представления найденных документов:
полный	информационный	краткий

Отсортировать найденные документы по:
автору	заглавию	году издания	типу документа

Поисковый запрос: (<.>K=почвы<.>)

Общее количество найденных документов : 73
Показаны документы с 1 по 20

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Зейлигер А. М., Музалевский, Константин Викторович, Зинченко Е. В., Ермолаева О. С.
Заглавие : Метод мониторинга влажности почвы, покрытой растительным покровом, с использованием нейронной сети, радарных и мультиспектральных оптических данных Sentinel-1,2
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2023. - № 1. - Ст.7. - ISSN 16841719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2023.1.8; J. Radio Electron.
Примечания : Библиогр.: 24. - Грант РФФИ №19-29-05261 «Картографическое моделирование влагозапасов почвенного покрова на основе комплексной геофизической влагометрии для целей цифрового орошаемого земледелия»
Аннотация: В данной работе проведен мониторинг пространственного распределения влажности поверхностного слоя агропочв тестового участка поля, покрытого растительностью, в Волгоградской области на основе данных радарной съемки спутника Sentinel-1 и мультиспектральной оптической съемки спутника Sentinel-2. Алгоритм восстановления влажности основан на применении нейронной сети для прогноза коэффициента отражения электромагнитной волны от почвенного покрова, с последующей инверсией во влажность почвы с использованием диэлектрической модели, учитывающей гранулометрический состав агропочвы. Входным параметром нейронной сети является отношение микроволнового радарного растительного индекса (рассчитанного на основе данных спутника Sentinel-1) к мультиспектральному оптическому индексу (рассчитанного на 8-11 каналах спутника Sentinel-2). Это отношение индексов обнаруживает существенно большую зависимость с влажностью почвы, чем с высотой растительности. Восстановленные значения влажности почвы сопоставлялись с влажностью отобранных образцов почвы, измеренных в лабораторных условиях термостатно-весовым методом. Предложенный метод позволяет с коэффициентом детерминации 0,435 и среднеквадратическим отклонением 2,4 % прогнозировать влажность почвы тестового участка, покрытого растительным покровом, относительно влажности почвы, измеренной контактным методом. Проведенное исследование создает научные основы новой всепогодной технологии мониторинга влажности агропочв как элемента системы точного земледелия.In this article, a method for the moisture monitoring of vegetation covered soil was proposed using neural network, radar and optical multispectral data of Sentinel-1,2. Test site was chosen in the Volgograd region at an agriculture field. The moisture retrieval algorithm is based on the use of a neural network to predict reflection coefficient of an electromagnetic wave from the soil, followed by inversion into soil moisture using a dielectric model that takes into account the soil texture. The input parameter of the neural network is the ratio of the microwave radar vegetation index (calculated on the basis of Sentinel-1 data) to the multispectral optical index (calculated on 8-11 channels of the Sentinel-2). Such way calculated index reveals a significantly greater dependence on soil moisture than on vegetation height. The retrieved values of soil moisture were compared with the moisture content of in-situ selected soil samples, which were measured under laboratory conditions by the thermostatic-weight method. The proposed method with a determination coefficient of 0.435 and a standard deviation of 2.4 % allows predicting the soil moisture content of a test area covered with vegetation, relative to soil moisture measured in-situ. The conducted research creates the scientific basis for a new all-weather technology for remote sensing the moisture content of agricultural soils as an element of the precision farming system.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Каравайский, Андрей Юрьевич, Лукин, Юрий Иванович
Заглавие : Влияние диэлектрических релаксаций почвенной воды на температурную зависимость диэлектрической проницаемости почвы
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2023. - № 1. - Ст.4. - ISSN 16841719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2023.1.4; J. Radio Electron.
Примечания : Библиогр.: 23. - Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда и Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности в рамках научного проекта № 22-27-20112
Аннотация: С помощью обобщенной рефракционной диэлектрической модели смеси изучено влияние спектров относительной диэлектрической проницаемости связанной и несвязанной воды в минеральной почве на характер температурной зависимости относительной диэлектрической проницаемости естественной минеральной почвы, с содержанием глинистой фракции 41,3 %, в диапазоне частот электромагнитного поля от 50 МГц до 15 ГГц. Изучены причины появления пересечений спектров относительной диэлектрической проницаемости минеральной почвы, полученных при различных температурах, но для образца одной влажности. Доказано, что появление такой точки пересечения в диапазоне частот до 1,5 ГГц связано с эффектом Максвелла-Вагнера в связанной воде. Изучены зависимости частоты точки пересечения спектров относительной диэлектрической проницаемости минеральной почвы от температуры и объемного содержания связанной и несвязанной воды.The influence of the dielectric constant spectra of bound and unbound water in mineral soil on the temperature dependences of the dielectric constant of mineral soil in the electromagnetic field frequency range from 50 MHz to 15 GHz was studied. The reasons for the appearance of the crossover frequency of the dielectric constant of mineral soil, obtained at different temperatures, but for a sample of the same moisture, were studied. It was proved that the appearance of crossover points in the frequency range up to 1.5 GHz is related to the Maxwell-Wagner effect in bound water. The dependences of the value of the crossover frequency of the dielectric constant of mineral soil on temperature and the volume content of bound and unbound water were studied.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Каравайский, Андрей Юрьевич, Лукин, Юрий Иванович, Погорельцев, Евгений Ильич
Заглавие : Диэлектрический метод измерения содержания незамерзшей воды в минеральной почве
Место публикации : Криосфера Земли. - 2023. - Т. 27, № 1. - С. 23-34. - ISSN 15607496 (ISSN), DOI 10.15372/KZ20230103; Earth’s Cryosphere. - ISSN 25419994 (ISSN eng. vers.)
Примечания : Библиогр.: 41
Аннотация: Путем совместных измерений содержания незамерзшей воды в мерзлой естественной минеральной почве диэлектрическим, калориметрическим и контактным методами подтверждена возможность практического применения диэлектрического метода для измерения содержания незамерзшей воды. Количество незамерзшей воды в калориметрическом и контактном методах оценивалось путем измерения влажности образцов за счет содержания незамерзшей воды, в диэлектрическом методе - путем измерения максимального содержания связанной воды. Определено, что значения влажности за счет содержания незамерзшей воды, измеренные с помощью калориметрического метода для образцов одного типа почвы с разной первоначальной влажностью, различаются в пределах 17 %. Значения влажности за счет содержания незамерзшей воды, найденные контактным методом, и значения содержания связанной воды в мерзлой почве, найденные диэлектрическим методом, лежат в диапазоне значений, измеренных с помощью калориметрического метода. Значения содержания связанной воды, найденные диэлектрическим методом, и значения влажности за счет содержания незамерзшей воды, полученные контактным методом, различаются не более чем на 17 %.The possibility of using the dielectric method to determine the unfrozen water content in the frozen natural mineral soil was proved by establishing the relationship between the contents of soil water forms measured by the dielectric, calorimetric, and contact methods. The unfrozen water content in the sample was measured by the calorimetric and contact methods. In the dielectric method, it was estimated by measuring the maximum content of bound water. The unfrozen water content measured by the calorimetric method in the soil samples with different initial water contents varied within 17 %. The unfrozen water content measured by the contact method and the bound water content determined by the dielectric method were within the ranges of values determined by the calorimetric method. The values of the bound water content obtained by the dielectric method and the unfrozen water content obtained by the contact method differed by no more than 17 %.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Особенности радиометрического зондирования влажности тундровых почв в P-диапазоне частот
Колич.характеристики :21 с
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2023. - № 12. - ISSN 16841719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2023.12.9; J. Radio Electron.
Примечания : Библиогр.: 25
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
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала (Препринт)
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V., Ruzicka Z., Roy, Alexandre, Loranty, Michael, Vasiliev, Alexander
Заглавие : Brief communication: Classification of thawed/frozen topsoil state by spectral gradient methods based on SMAP and GCOM-W1 radiometric data
Место публикации : EGUsphere. - 2022. - preprint. - DOI 10.5194/egusphere-2022-224
Примечания : Cited References: 19
Аннотация: From 2015 to 2020, using spectral gradient radiometric methods, the possibility of frozen/thawed state identification of tundra soils was investigated based on SMAP and GCOM-W1 satellite observations of ten test sites located in the Arctic regions of Canada, Finland, Russia, and U.S. It is shown that the spectral gradients of brightness temperature and reflectivity, measured on the frequency range from 1.4 GHz to 36.5 GHz on horizontal polarization with a determination coefficient from 0.775 to 0.834, root-mean-square-error from 6.6 days to 10.7 days, and bias from -3.4 days to +6.5 days, make it possible to identify the thawed/frozen state of the tundra soils. Spectral gradient methods have a significantly higher accuracy for identification of frozen and thawed state of tundra soils in relation to single-frequency methods based on the calculation of polarization index.
Смотреть статью
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Отражающие свойства сезонно-талого слоя в процессе оттаивания и замерзания легкосуглинистой почвы. Численно-аналитическое исследование
Место публикации : Изв. вузов. Радиофизика. - 2022. - Т. 65, № 9. - С. 768-780. - ISSN 00213462 (ISSN), DOI 10.52452/00213462_2022_65_09_768
Примечания : Библиогр.: 52
Аннотация: На примере легкосуглинистой почвы (содержание глинистой фракции 20 % по весу) теоретически с использованием численно-аналитических методов исследуются отражательные свойства слоистых сред сезонно-талого слоя (СТС), находящихся в процессе замерзания и оттаивания, в сверхширокой полосе частот от 10 МГц до 10 ГГц, а также процессы взаимодействия сверхширокополосных импульсов мегагерцового диапазона частот с длительностью 2,5 нс с этими средами. Спектральные амплитуды коэффициента отражения, временные формы и задержки, скорость распространения импульса рассчитывались для конфигурации моностатической радиолокации при зондировании в надир СТС электромагнитной волной с плоским фронтом. Показано, что почвы СТС для отражённых волн представляют собой фильтр нижних частот, частота среза которого нелинейно уменьшается с увеличением толщины СТС. При этом средняя частота в спектре зондирующего импульса снижается с 527 МГц (до входа в среду) на 38 % и 23 % на каждые метр прохождения в толще талого и мёрзлого СТС соответственно. Скорость сверхширокополосного импульса и групповая скорость распространения импульса (рассчитанная на средней частоте спектра зондирующего импульса до входа в среду) как в талом, так и в мёрзлом СТС легкосуглинистых почв совпадают. Показано, что для зондирования нижней границы СТС замерзающей или оттаивающей легкосуглинистой почвы уровень энергетического потенциала радарной системы должен превышать 40 дБ/0,5 м (толщины СТС) в диапазоне частот до 1 ГГц. Проведённые исследования указывают на принципиальную возможность и перспективность разработки радиолокационных импульсных сверхширокополосных систем мегагерцового диапазона частот для дистанционного зондирования геофизических параметров слоистой структуры СТС легкосуглинистых почв.
Смотреть статью,
РИНЦ
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Широкополосный рефлектометрический метод измерения влажности и степени шероховатости поверхности почвы
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2022. - № 12. - Ст.6. - ISSN 16841719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2022.12.5
Примечания : Библиогр.: 31. - Работа выполнена в рамках гранта РНФ и Красноярского краевого фонда науки № 22-17-20042
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,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V.
Заглавие : A new method for remote sensing of moisture profiles in the arable layer at three frequencies; experimental case study
Место публикации : Int. J. Remote Sens. - 2021. - Vol. 42, Is. 7. - P.2377-2390. - ISSN 01431161 (ISSN), DOI 10.1080/01431161.2020.1851795
Примечания : Cited References: 35. - This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 18-05-00405) in part of the sensing depth investigation and retrieving soil moisture. The method of the formation of radio impulses was created in part of SB RAS project No. 0356-2019-0004
Аннотация: In this paper, the possibilities of remote sensing of moisture profiles in the arable layer were theoretically and experimentally studied based on the nadir measurements of reflection coefficients at three frequencies of 1.26 GHz, 796 MHz and 641 MHz. The reflection coefficients were measured by the impulse method during natural cycles of evaporation and moistening of an arable layer at the agricultural field being under steam, located at 56°05ʹN, 92°40ʹ E in the area of the Minino village, Krasnoyarsk region, the Russian Federation. The soil moisture profiles were retrieved in the course of solving the inverse problem, in which the reflection coefficients at different frequencies acted as an informative sign. The root-mean-square error and the determination coefficient (R 2) between retrieved and measured moisture values in the topsoil thickness of 0.15 m were 3.3% and 0.79, respectively. In the course of theoretical calculations, it was shown that in practice, it is impossible to predict the sensing depth of the arable layer without preliminary information on the form of moisture profile. Moreover, the sensing depth depends not only on the form of soil moisture profile but also on frequency. In this regard, it is impossible to correlate the effective soil moisture, retrieved from single-frequency measurements of the reflection coefficient in the approximation of homogeneous topsoil, with the specific thickness of topsoil. The study shows the promise of developing multi-frequency radar systems for remote sensing of soil moisture profiles in the arable layer, the potential of which can be realized on lightweight unmanned area vehicle (UAV) platforms.
Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V.
Заглавие : Retrieving soil moisture profiles based on multifrequency polarimetric radar backscattering observations. Theoretical case study
Место публикации : Int. J. Remote Sens. - 2021. - Vol. 42, Is. 2. - P.506-519. - ISSN 01431161 (ISSN), DOI 10.1080/01431161.2020.1809743
Примечания : Cited References: 46. - This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 18-05-00405) in part of the sensing depth investigation and retrieving soil moisture in the L-band, a technique for measuring moisture profiles at two frequencies of 435 MHz and 5.4 GHz was created in part of SB RAS project No. 0356-2019-0004
Аннотация: In this theoretical work, a dual-frequency polarimetric method is proposed for measuring moisture profiles in the topsoil up to 0.30 m thick. A case of measuring soil moisture profiles, which monotonically changes with depth, during 37 days after irrigation is considered. Original values of backscattering coefficients are calculated by the Oh model and by the small perturbation method at frequencies of 5.4 GHz and 435 MHz, respectively. In these calculations, we used measured moisture profiles and spectroscopic refractive mixing dielectric model of non-saline mineral soil with a clay fraction of 9.1%. Soil moisture profiles are retrieved by solving the inverse problem, the cost function of which is constructed based on the co- and cross-polarized ratios, calculated at two frequencies for the measured and modelled soil moisture profiles. An exponential function is used as a modelled soil moisture profile. It is shown that the standard deviation between the retrieved and measured soil moisture values in the surface layer 0.30 m thick appears to be ≤0.02 m3 m−3 (theoretical limit), and the determination coefficient is 0.881. The study shows a promising path towards developing multi-frequency radar systems for remote sensing of soil moisture profiles using satellites-based and unmanned aerial vehicles air-based platforms.
Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

10.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Зондирование водного эквивалента снежного покрова широкополосными электромагнитными импульсами с борта БПЛА
Место публикации : Журн. радиоэлектрон.: электронный журнал. - 2021. - № 8. - Ст.4. - ISSN 1684-1719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2021.8.1
Примечания : Библиогр.: 26. - Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 19-45-240010, Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда науки, договор № 33/19
Аннотация: В работе исследовалась возможность дистанционного зондирования с борта беспилотного летательного аппарата-квадрокоптера (БПЛА) широкополосным импульсом длительностью 1,05 нс снежного покрова тестового участка сельскохозяйственного поля в районе пос. Минино, Красноярский край, с 23 ноября 2020 по 4 марта 2021 гг. Для формирования, излучения и приема широкополосных импульсов использовалась логопериодическая антенна (полоса пропускания от 1,36 ГГц до 4,89 ГГц) и компактный векторный анализатор цепей CABAN R60 (ООО «Планар», г. Челябинск). Показано, что как при наземном, так и дистанционном зондировании с борта БПЛА временные задержки между импульсами, отраженными от границы воздух-снег и снег-почва, линейно зависят от водного эквивалента снежного покрова, измеренного на тестовом участке. При этом наклон этих линейных зависимостей определяется средней плотностью снежного покрова. Полученные экспериментальные результаты показывают перспективность развития дистанционных технологий радарного картирования основных характеристик снежного покрова с борта малых аэроплатформ, которые могут дополнить информационное обеспечение существующих систем, используемых в точном земледелии.In this paper the possibility of snow cover remote sensing from an unmanned aerial vehicle-quadrocopter (UAV) with using a broadband pulse of 1.05 ns duration was investigated on the agricultural field near Minino village, Krasnoyarsk Territory from November 23, 2020 to March 4, 2021. A log-periodic antenna (from 1.36 GHz to 4.89 GHz bandwidth) and a compact vector network analyzer CABAN R60 (LLC Planar, Chelyabinsk) were used to generate, emit and receive broadband pulses. It is shown that both ground-based and remote sensing from the UAV, the time delays between pulses reflected from the air-snow and snow-soil interface linearly depend on the snow water equivalent, measured at the test site. The slope of these linear dependences is determined by the average density of the snow cover. The obtained experimental results show the promising of development of remote sensing technology for radar mapping of the main characteristics of the snow cover from UAV, which can supplement the information support of existing systems used in precision farming.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

11.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Измерение водного эквивалента, средней плотности и высоты слоисто-неоднородного снежного покрова СШП электромагнитными импульсами. Теоретическое исследование
Место публикации : Журн. радиоэлектрон.: электронный журнал. - 2021. - № 7. - Ст.2. - ISSN 1684-1719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2021.7.3
Примечания : Библиогр.: 25. - Работа выполнена в рамках проекта РФФИ No 19-45-240010
Аннотация: В данной работе теоретически исследованы процессы взаимодействия сверхширокополосных (СШП) импульсов длительностью 0,47 нс со слоисто-неоднородными средами сухого снежного покрова. Слоисто-неоднородная структура снежного покрова моделировалась на основе экспериментальных данных о высоте и профиле плотности снежного покрова, которые были измерены в ходе полевых работ на тестовом участке сельскохозяйственного поля в районе пос. Минино, Красноярский край, с 12 ноября 2020 по 21 марта 2021гг. Показано, что водный эквивалент снежного покрова (ВЭСП) с коэффициентом детерминации (R2) R2=0,98 и среднеквадратическим отклонением (СКО) СКО=5,6мм может быть оценен по временной задержки импульса, отраженного от границы снег-почва, при толщине от 4-6 до 39 см и средней плотности от 0,21 до 0,37 г/см3 снежного покрова. Показано, что средняя плотность всей толщи снежного покрова линейно зависит от отношения амплитуд импульсов, отраженных от границ, снег-почва и воздух снег (R2=0,55, СКО=0,04 г/см3). Установленные зависимости позволяют с R2=0,95, СКО=2,9 см оценить высоту снежного покрова. Точность предложенного метода измерения ВЭСП, средней плотности и высоты снежного покрова необходимо дополнительно исследовать в зависимости от вариации температуры, влажности, плотности и гранулометрического состава мёрзлого почвенного покрова, а также при различных влажностях снежного покрова. Особую актуальность полученные результаты приобретают в связи с возможностью реализации данного способа зондирования с борта аэроплатформы, что открывает перспективы создания технологии радарного СШП картирования основных характеристик снежного покрова для использования в системах точного земледелия.In this work, the processes of interaction of ultra-wideband (UWB) pulses with the duration of 0.47 ns with layered dry snow cover are theoretically investigated. The layered structure of the snow cover was modeled on the basis of experimental data on the height and density profile of the snow cover, which were measured in field on the test plot of an agricultural field in the area of the village. Minino, Krasnoyarsk Territory from November 12, 2020 to March 21, 2021. It is shown that the snow water equivalent (SWE) can be estimated from the time delay of the pulse reflected from the snow-soil interface with the coefficient of determination (R2) R2 = 0.98 and the root-mean-square error (RMSE) RMSE = 5.6 mm in the case of thickness from 4-6 to 39cm and an average density from 0.21 to 0.37 g/cm3 of snow cover. It is shown that the average density of snow cover linearly depends on the amplitude ratio of impulses reflected from the boundaries, snow-soil and air-snow (R2 = 0.55, RMSE = 0.04 g/cm3). The established dependencies make it possible to estimate the height of the snow cover with R2 = 0.95, RMSE = 2.9 cm. The accuracy of the proposed method for measuring SWE, average density and height of snow cover should be further investigated depending on variations in temperature, moisture, density, and texture of frozen soil, as well as under different moisturized conditions of snow. The obtained results are particular relevance in connection with the possibility of implementing this remote sensing method from the UAV, which opens up the prospects for creating a technology for UWB radar mapping of the main characteristics of the snow cover for use in precision farming systems.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

12.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Зейлигер А. М., Muzalevskiy K. V., Зинченко Е. В., Ермолаева О. С., Мелихов В. В.
Заглавие : Полевое тестирование метода картографического моделирования влагозапасов поверхностного слоя почвенного покрова, основанного на данных радарной съёмки Sentinel-1 и цифровой модели рельефа
Место публикации : Соврем. проблемы дистанц. зондир. Земли из космоса. - 2020. - Т. 17, № 4. - С. 113-128. - ISSN 2070-7401 (ISSN), DOI 10.21046/2070-7401-2020-17-4-113-128. - ISSN 2411-0280 (eISSN)
Примечания : Библиогр.: 32
Аннотация: Влагосодержание поверхностного слоя почвенного покрова (ВПС ПП) является одним из ключевых параметров, используемых для количественного описания гидрологического состояния поверхности почвы, а также при оценке доступности почвенной влаги растительному покрову. Поскольку коэффициент обратного радарного рассеяния чувствителен к влажности почвы, в настоящей работе применялись данные Sentinel-1 для картирования влажности почвы с высоким пространственным разрешением с целью отображения пространственных и временных закономерностей распределения почвенной влаги на уровне поля в практике управления почвенными и водными ресурсами. Прямые измерения ВПС ПП толщиной 5 см были реализованы в результате проведённого полевого мониторинга на экспериментальном участке, расположенном на территории Всероссийского научно-исследовательского института орошаемого земледелия (пос. Водный, Волгоградская обл.). В заданных координатах на тестовом участке были отобраны соответствующие почвенные образцы, влагосодержание которых было определено с использованием термостатно-весового метода. В результате создан первый точечный слой геоданных ВПС ПП. По данным радарной съёмки Sentinel-1 была выполнена оценка ВПС ПП для того же пространственного экстента экспериментального участка. Значения растрового набора значений влажности почвы по данным дистанционного зондирования (ВПС ПП-ДЗЗ) в пределах границ экспериментального участка были рассчитаны по данным радарной съёмки Sentinel-1. Эти расчёты основаны на оценке отражательной способности почвы, полученной методом нейронной сети, и дальнейшего решения обратной задачи с использованием диэлектрической модели, учитывающей содержание глинистой фракции почвы тестового участка. В ходе тренировки нейронной сети использовались входные данные коэффициентов обратного радарного рассеяния, измеренные Sentinel-1 на согласованной вертикальной и перекрёстной поляризации, и выходное значение отражательной способности почвы, оценённое на основе точечного слоя геоданных ВПС ПП и диэлектрической модели. Ортотрансформация снимка Sentinel-1 осуществлялась с использованием цифровой модели рельефа (ЦМР), созданной в результате стереосъёмки, выполненной с использованием беспилотного летательного аппарата Phantom 4 Pro. В результате сравнения наборов геоданных ВПС ПП и ВПС ПП-ДЗЗ, полученных в ходе полевого мониторинга и дистанционного зондирования соответственно, были оценены значения коэффициента детерминации (0,948) и стандартного отклонения (2,04 %). Этот результат подтверждает удовлетворительную линейную корреляцию между наборами ВПС ПП и ВПС ПП-ДЗЗ. Сравнение двух полученных точечных слоёв геоданных ВПС ПП указывает на удовлетворительное воспроизведение первого набора вторым. Такой вывод получен в результате наземного мониторинга и картографического моделирования, выполненного с помощью разработанного метода с использованием данных радарной съёмки Sentinel-1 и характеристик ЦМР. Результаты исследования позволяют сделать вывод, что разработанный метод может рассматриваться в качестве научной и методологической основы новой технологии картографического мониторинга ВПС ПП, которая рассматривается в настоящее время в качестве одной из основных базовых характеристик для использования в точном орошаемом земледелии.The surface moisture content (SMC) is one of the key parameters, which is used for the quantitative description of soil hydrological state as well as the estimation of soil water availability to vegetation canopy. Since the radar backscattering coefficient is sensitive to SMC, in this investigation Sentinel-1 data was used for soil moisture mapping with a high spatial resolution, based on which the spatial and temporal patterns of soil moisture distribution at field level was mapped for implementing in the management of soil and water resources. Direct measurements of SMC in a layer thickness of 5 cm were carried out during field monitoring at an experimental test site, located on the territory of the All-Russian Scientific Research Institute of Irrigated Agriculture (Vodny village, Volgograd region). In the given coordinates on the test site, soil samples were taken, the moisture content of which was determined using the thermostat-weight method. As a result, the first point georeferenced layer of SMC was created. At the same time, the estimation of SMC based on Sentinel-1 radar observations was performed for the same spatial extent of the test site. The raster set of SMC within the boundaries of the test site was calculated from the Sentinel-1 remote sensing (RS) observations. This layer will be named SMC-RS. These calculations were based on the assessment of soil reflectivity obtained by neural network (NN) method and the further solution of the inverse problem using a dielectric model, which takes into account the soil clay content at the test site. During the training of the NN, backscatter coefficients measured by Sentinel-1 at co- and cross-polarization were used as input data. As the output data of the NN, the value of soil reflectivity, which was estimated based on point georeferenced layer of SMC and a dielectric model were used. Terrain correction of Sentinel-1 image was carried out using a digital elevation model (DEM), created by Phantom 4 Pro unmanned aerial vehicle as the result of stereo photography. As a result of comparing the georeferenced data sets SMC and SMC-RS obtained during field monitoring and remote sensing, respectively, the following values of determination coefficient (0.948) and standard deviation (2.04 %) were estimated. This result confirms a satisfactory linear correlation between both data sets. The comparison of the two layers of point georeferenced data sets indicates that the first set is well correlated by the second. This conclusion was obtained as the result of ground monitoring and cartographic modelling carried out using the developed method, Sentinel-1 observation and DEM. The developed method can be considered as the scientific and methodological basis of the new technology for the cartographic monitoring of SMC, which is currently treated as one of the main basic characteristics to be used in precision irrigated agriculture. © 2020 Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences. All rights reserved.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

13.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V., Ruzicka Z.
Заглавие : Detection of soil freeze/thaw states in the Arctic region based on combined SMAP and AMSR-2 radio brightness observations
Коллективы : SB RAS Program [0356-2019-0004]
Место публикации : Int. J. Remote Sens. - 2020. - Vol. 41, Is. 14. - P.5046-5061. - ISSN 0143-1161, DOI 10.1080/01431161.2020.1724348. - ISSN 1366-5901(eISSN)
Примечания : Cited References: 36. - This study was funded by the SB RAS Program (project No. 0356-2019-0004).
Предметные рубрики: L-BAND
DIELECTRIC MODEL
TEMPERATURE
SURFACE
FROZEN
SMOS
Аннотация: In this study, a new approach to identify the freeze/thaw states of tundra topsoil was developed based on the polarization ratio index, which was calculated from the reflectivity values of soil. Reflectivity was estimated from radiometric measurements of the SMAP satellite using the values of vertical polarization brightness temperature measured by the AMSR-2 radiometer at 6.9 GHz; this value was used to characterize the effective temperature of the soil. The proposed approach was tested using weather station data on soil surface temperatures for six test sites located in the North Slope of Alaska and the Yamal Peninsula collected from April 2015 to June 2018. The modified polarization ratio index, calculated from values of reflectivity rather than from brightness temperatures, significantly improved the possibility of determining the reference values of the index in the winter and in the summer. During testing, the modified index showed a good correlation between the dates of transition through the threshold level and soil temperature transition through 0ºC, as recorded at meteorological stations.
Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

14.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Дистанционное измерение профилей влажности в пахотном слое почвы на основе поляриметрических наблюдений коэффициента отражения в P- и C-диапазонах частот. Эксперимент
Место публикации : Соврем. проблемы дистанц. зондир. Земли из космоса. - 2020. - Т. 17, № 3. - С. 145-148. - ISSN 2070-7401 (ISSN), DOI 10.21046/2070-7401-2020-17-3-145-148. - ISSN 2411-0280 (eISSN)
Примечания : Библиогр.: 5. - Работа выполнена в рамках проекта Российского фонда фундаментальных исследований № 18-05-00405, методика измерения коэффициентов отражения была развита при поддержке проекта государственного задания № 0356-2019-0004
Аннотация: В данном сообщении экспериментально подтверждена принципиальная возможность дистанционного измерения профилей влажности в пахотном слое почвы с пригодной для практического применения точностью на основе поляриметрических измерений коэффициента отражения на двух частотах 630 МГц и 5,4 ГГц. Коэффициенты отражения измерялись под углом 35° импульсным методом в ходе естественных циклов испарения и увлажнения пахотного слоя почвы на участке сельскохозяйственного поля, находящегося под паром в районе пос. Минино, Красноярский край. Профили влажности почвы восстанавливались в ходе решения обратной задачи, информативным признаком в которой выступало отношение коэффициентов обратного радарного рассеяния на согласованных линейных поляризациях. Отношение коэффициентов обратного радарного рассеяния было оценено в скалярном приближении метода Кирхгофа в виде отношения коэффициентов отражения по мощности, измеренных на горизонтальной и вертикальной поляризациях. Среднеквадратическое отклонение и коэффициент детерминации между восстановленными и измеренными значениями объёмной влажности в поверхностном слое почвы толщиной 10 см оказались равны 2,2 % и 0,91 соответственно. Исследование показывает перспективность разработки поляриметрических многочастотных радиолокационных систем комбинированного сверхвысокочастотного и дециметрового диапазонов для дистанционного зондирования профилей влажности пахотного слоя почв.This report experimentally confirmed the fundamental possibility of remote sensing of moisture profiles in the arable soil layer with practical acceptable accuracy based on polarimetric measurements of the reflection coefficient at two frequencies of 630 MHz and 5.4 GHz. Reflection coefficients were measured at an angle of 35° by the impulse method, during natural cycles of the evaporation and moistening of soil arable layer in a plot of an agricultural field under steam in the area of Minino village, Krasnoyarsk region. Soil moisture profiles were retrieved in the course of solving the inverse problem, in which cost function was the ratio of the backscattering coefficients taken on coincident linear polarizations. The ratio of the backscattering coefficients was estimated by the scalar Kirchhoff approximation in the form of a ratio of power reflection coefficients, which were measured on horizontal and vertical polarizations. The standard deviation and the determination coefficient between the retrieved and measured soil moisture in the 10 cm topsoil were 2.2 % and 0.91, respectively. The study shows the prospects of developing polarimetric multi-frequency radar systems of combined UHF and SHF bands for remote sensing of moisture profiles in the arable layer of soils.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

15.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Дистанционное измерение влажности в поверхностном слое минеральной почвы на двух частотах
Место публикации : Журн. радиоэлектрон.: электронный журнал. - 2020. - № 1. - С. 3. - ISSN 1684-1719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2020.1.7
Примечания : Библиогр.: 21. - Работа выполнена в рамках проекта РФФИ №18-05-00405, методика формирования радиоимпульсов и измерения коэффициентов отражения была развита при поддержке проекта Госзадания №0356-2019-0004
Аннотация: В данной работе экспериментально исследовалась возможность дистанционного зондирования влажности в поверхностном слое минеральной почвы на частоте 5,4ГГц (С-диапазон) и на частоте 0,63ГГц (P-диапазон). Применялась бистатическая схема измерения коэффициента отражения в свободном пространстве на фиксированном угле зондирования 35° на горизонтальной и вертикальной поляризации. Вследствие широкой диаграммы направленности используемых антенн применялся радиоимпульсный метод для разделения во временной области прямого и отраженного от почвенного покрова сигналов. В качестве приемной и передающей антенн использовалась рупорная (5,4ГГц) и логопериодическая (0,63ГГц) антенны. Радиоимпульсы формировались с использованием векторного анализатора цепей Agilent N9918A FieldFoх. Методика оценки коэффициента отражения состояла в измерении максимума огибающей радиоимпульса, отраженного от почвенного покрова относительно максимума огибающей радиоимпульса, отраженного от металлического экрана, размещенного на почвенном покрове. Экспериментально установлено, что дистанционно измеренная объемная влажность почвы на частоте 5,4ГГц, в приближении однородного диэлектрического полупространства, с квадратом коэффициента корреляции 0,780-0,897 и среднеквадратическим отклонением 1,3-2,3% (в зависимости от используемой поляризации) согласуется с влажностью поверхности почвы, измеренной контактным методом в слое 0-0,5см. Использование частоты 5,4ГГц как основной для восстановления влажности поверхности почвы нуждается в дополнительной проверке в различных условиях шероховатости поверхности почвы и растительного покрова. Предложенная модель профиля влажности почвы в виде кусочно-линейной функции позволяет дистанционно рефлектометрическим методом на двух частотах измерять объемную влажность почвы в слое 10см с квадратом коэффициента корреляции 0,758 и среднеквадратическим отклонением 2,4% относительно влажности почвы, измеренной контактным методом. Автор видит неоспоримое преимущество использования сверхширокополосных (СШП) импульсных сигналов, спектр которых сосредоточен в мегагерцовом диапазоне частот, для дальнейшего развития технологии дистанционного измерения профилей влажности в пахотном слое агропочв. Использование сверхширокополосных электромагнитных импульсов с непрерывным спектром в мегагерцовом диапазоне частот позволит решить многопараметрическую задачу по восстановлению профиля влажности в пахотном слое агропочв. В будущем технология СШП импульсного зондирования благодаря доступности миниатюрных электронных устройств может быть реализована для платформ сверхлёгкого беспилотного летательного аппарата с целью картирования влажности в пахотном слое агропочв.In this work, the possibility of remote sensing of moisture in the mineral topsoil at a frequency of 5.4 GHz (C-band) and at a frequency of 0.63 GHz (P-band) was experimentally investigated. Bistatic scheme for measuring of the reflection coefficient at a fixed angle of 25° on horizontal and vertical polarization was used. Due to the wide radiation pattern of the used antennas, the radio impulse method was used to separate in the time domain the direct and reflected signals from the soil cover. As the receiving and transmitting antennas the pair of horn (5.4 GHz) and pair log-periodic (0.63 GHz) antennas were used. Radio impulses were generated in an unreal time scale using an Agilent N9918A FieldFox vector network analyzer. The technique for measuring the reflection coefficient consisted in the measurement of the maximum of the envelope of the radio impulse, reflected from the soil cover, relative to the maximum of the envelope of the radio impulse reflected from the metal screen placed on the soil cover. It is experimentally established that the soil moisture, which was remotely measured at a frequency of 5.4 GHz, in the approximation of a homogeneous dielectric half-space, with a correlation coefficient of 0.780-0.897 and a standard deviation of 1.3-2.3% (depending on wave polarization) is consistent with the soil surface moisture measured by the contact method in a layer of 0-0.5 cm. Using the frequency of 5.4 GHz as the main one for retrieving soil surface moisture needs additional verification in various conditions of roughness of the soil surface and vegetation cover. The proposed model of the soil moisture profile in the form of a piecewise-linear function allows remotely measuring on two-frequencies soil moisture in topsoil with a correlation coefficient of 0.758 and a standard deviation of 2.4% relative to the soil moisture measured by the contact method. The author sees the indisputable advantage of using ultra-wideband (UWB) pulsed signals, the spectrum of which is concentrated in the megahertz frequency range, for the further development of technology for remote measurement of moisture profiles in the arable layer of agricultural soils. The use of ultra-wideband electromagnetic pulses with a continuous spectrum in the megahertz frequency range will allow us to solve the multi-parameter problem of restoring the moisture profile in the arable layer of agricultural soils. In the future, the UWB technology of pulsed sounding due to the availability of miniature electronic devices can be implemented for platforms of an ultra-light unmanned aerial vehicle with the aim of mapping moisture in the arable layer of agricultural soils.
Смотреть статью,
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

16.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович, Фомин, Сергей Викторович
Заглавие : Сверхширокополосное импульсное зондирование слоистой структуры снежно-почвенного покрова. Экспериментальное исследование
Место публикации : Журн. радиоэлектрон.: электронный журнал. - 2020. - № 8. - Ст.5. - ISSN 1684-1719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2020.8.15
Примечания : Библиогр.: 34. - Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 19-45-240010
Аннотация: В данной работе экспериментально исследованы процессы отражения сверхширокополосного (СШП) импульса длительностью около 0,3 нс от талой и мёрзлой почвы в ходе естественного накопления и таяния снежного покрова. СШП импульсы были синтезированы на основе спектральных измерений на горизонтальной поляризации в диапазоне частот от 1,6 ГГц до 8 ГГц коэффициента прохождения между двумя рупорными антеннами, максимумы диаграммы направленности которых были ориентированы под углом 35° к нормали, опущенной на плоскую поверхность почвы. Синхронно с дистанционными рефлектометрическими измерениями проводились контактные измерения профилей влажности и температуры верхнего слоя почвы 0-17см, а также высота и плотность снежного покрова. Экспериментальные наблюдения продолжались с 8 ноября 2019 г. до 22 марта 2020 г. Показано, что применение СШП электромагнитного импульса длительностью порядка 0,3 нс позволяет идентифицировать талое или мёрзлое состояние почвы в любой момент времени в ходе накопления и таяния снежного покрова (высотой до 30см), а также оценивать величину водного эквивалента снежного покрова со среднеквадратическим отклонением 7,0мм и коэффициентом детерминации 0,832. Проведенные экспериментальные исследования показывают перспективность разработки радиолокационных импульсных СШП систем для дистанционного зондирования геофизических параметров слоистой структуры снежно-почвенного покрова.In this work, the processes of reflection of an ultrawideband (UWB) pulse with a duration of about 0.3 ns from thawed and frozen soil, during natural accumulation and melting of snow cover, were experimentally investigated. UWB pulses were synthesized on the basis of spectral measurements at horizontal polarization in the frequency range from 1.6 GHz to 8 GHz of the transmission coefficient between two horn antennas, the maxima of the radiation pattern of which were oriented at an angle of 35 to the normal, lowered onto a flat soil surface. Simultaneously with remote reflectometric measurements, contact measurements of the moisture and temperature profiles of the upper soil layer 0-17 cm, as well as the height and density of the snow cover were carried out. Experimental observations continued from November 8, 2019 to March 22, 2020. It is shown that the use of a UWB electromagnetic pulse with a duration of about 0.3 ns makes it possible to identify the thawed or frozen state of the soil at any time during the accumulation and melting of the snow cover (up to 30 cm high), as well as to estimate the value of the water equivalent of the snow cover with the standard deviation of 7.0 mm and the determination coefficient of 0.832. Experimental studies have shown that the development of pulsed UWB radar systems for remote sensing of the geophysical parameters of the layered structure of the snow-soil cover is promising.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

17.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович
Заглавие : Сверхширокополосное импульсное зондирование слоистой структуры снежно-почвенного покрова. Теоретическое исследование
Место публикации : Журн. радиоэлектрон.: электронный журнал. - 2020. - № 8. - Ст.4. - ISSN 1684-1719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2020.8.14
Примечания : Библиогр.: 51. - Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 19-45-240010
Аннотация: В данной работе теоретически исследованы процессы отражения сверхширокополосного (СШП) импульса длительностью около 0,5 нс от слоистой структуры снежно-почвенного покрова в зависимости от влажности, плотности сухого сложения и температуры почвы, плотности, влажности и высоты снежного покрова, глубины промерзания почвы. Показано, что в случае, если влажность почвы меньше максимального количества прочносвязанной воды, то импульсными СШП радарными методами невозможно отличить талую почву от мерзлой при переходе температуры почвы через 0ºС. Наличие влажного снега является определяющим фактором (по отношению к температуре и влажности мерзлой почвы), влияющим на затухание амплитуды СШП импульса, отраженного от мерзлого почвенного покрова. Показана принципиальная возможность дистанционной диагностики: глубины промерзания почвы до 25см при вариации влажности снежного покрова от 0% до 3%, а также водного эквивалента снежного покрова при вариации толщины слоя снега от 5см до 35см и объемной влажности от 0% до 5%. В целом проведенные исследования показывают перспективность разработки радиолокационных импульсных СШП систем для дистанционного зондирования геофизических параметров слоистой структуры снежно-почвенного покрова.In this work, the processes of UWB pulse reflection duration of about 0.5 ns (bandwidth of 4.9 GHz at a level of -10 dB) from the layered structure of the snow-soil cover are theoretically investigated, depending on the moisture, dry bulk density and temperature of mineral soil, density, moisture and height of snow cover, depth of soil freezing. It is shown that if the soil moisture is less than the maximum content of bound water, then using pulsed UWB radar methods it is impossible to distinguish thawed soil from frozen soil. The presence of wet snow is a determining factor (in relation to the temperature and moisture of the frozen soil) affecting the attenuation of the amplitude of UWB pulse reflected from the frozen soil. The fundamental possibility of remote diagnostics of the depth of soil freezing up to 25 cm with a variation in the moisture content of the snow cover from 0% to 3%, as well as the water equivalent of the snow cover with a variation in its thickness from 5 cm to 35 cm and moisture content from 0% to 5% were demonstrated in the paper. In general, the studies carried out show the prospects for the development of pulsed UWB radar systems for remote sensing of the geophysical characteristics of snow and soil cover.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

18.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович, Ружичка, Зденек
Заглавие : Восстановление температуры поверхности тундровой почвы на основе поляриметрических данных радиометра AMSR2 спутника GCOM-W1
Место публикации : Совр. пробл. дистан. зондир. Земли из космоса. - 2019. - Т. 16, № 4. - С. 293-297. - ISSN 2070-7401 (ISSN), DOI 10.21046/2070-7401-2019-16-4-293-297. - ISSN 2411-0280 (eISSN)
Примечания : Библиогр.: 6. - Исследование выполнено при финансовой поддержке Программы II.12.1. приоритетных направлений и программ фундаментальных исследований СО РАН.
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,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

19.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V.
Заглавие : Temperature dependence of the backscattering coefficient measured by ALOS PALSAR during cooling and heating of tundra topsoil
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2019. - № 11. - ISSN 1684-1719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2019.11.19; J. Radio Electron.
Примечания : Cited References: 11. - The study was performed thanks to the Program of SB RAS (project No.0356-2019-0004), JAXA project No.PI 1422002.
Аннотация: In this paper, dependences of backscattering coefficient on Arctic tundra soil temperature were investigated. The backscattering coefficient was measured by ALOS PALSAR (1.3GHz) over areas near to Imnaviat weather station in the North Slope of Alaska in the period from January 12, 2009 to April 20, 2011. It has been experimentally and theoretically shown that there is a strong correlation relationship no worse than 0.76 between the surface soil temperature measured by weather stations and backscattering coefficient. The variations of the backscattering coefficient was found to be about 5-6 dB over the test site when soil surface temperature changes from -10°С to 10°С. This study contributes to further understanding the processes of scattering of frozen Arctic soils that is pertinent to developing new remote sensing algorithms for the permafrost region.В данной работе представлены результаты исследования температурной зависимости коэффициента обратного радарного рассеяния, измеренного ALOS (PALSAR) на частоте 1,26ГГц, для тундрового тестового участка, расположенного на Северном склоне Аляски вблизи метеорологической станции Имнавиат. Экспериментально и теоретически показано, что температура поверхности почвы, измеренная метеостанцией в период с 12 января 2009 года по 20 апреля 2011 года, и коэффициент обратного рассеяния нелинейно зависят друг от друга с квадратом коэффициента корреляции 0,76. Данная зависимость удовлетворительно может быть описана моделью рассеяния Оха и температурно-зависимой диэлектрической моделью талых и мёрзлых тундровых почв с высоким содержанием органического вещества. Показано, что в диапазоне изменений температуры поверхности почвы от -10°С до 10°С вариации коэффициента обратного рассеяния на испытательном участке не превышают 5-6 дБ. Данное исследование способствует дальнейшему пониманию процессов рассеяния микроволн мерзлыми арктическими почвами, с целью разработки новых алгоритмов дистанционного зондирования Арктических регионов.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

20.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Миронов, Валерий Леонидович, Каравайский, Андрей Юрьевич, Лукин, Юрий Иванович, Погорельцев, Евгений Ильич
Заглавие : Диэлектрический метод измерения скрытой теплоты плавления льда при оттаивании мерзлой почвы
Место публикации : Журн. радиоэлектрон.: электронный журнал. - 2018. - № 12. - Ст.14. - ISSN 1684-1719, DOI 10.30898/1684-1719.2018.12.14
Примечания : Библиогр.: 14
Ключевые слова (''Своб.индексиров.''): диэлектрическая модель--диэлектрическая проницаемость--мерзлые почвы--незамерзшая вода--незамерзающая вода--связанная вода--фазовые переходы--дифференциальная сканирующая калориметрия--dielectric model--dielectric constant--frozen soil--unfrozen water--nonfreezable water--bound water--phase transitions--differential scanning calorimetry
Аннотация: Проведены экспериментальные исследования изменения массы незамерзшей воды, содержащейся в мерзлой Nа-бентонитовой глине в диапазоне температур от -30 до 0 °C и диапазоне массовых влажностей от 0 до 1 г/г с помощью диэлектрического метода. Предложен калориметрический метод измерения удельной скрытой теплоты плавления льда в связанную и несвязанную воду при нагревании мерзлой почвы. Предложен метод измерения скрытой теплоты плавления льда в мерзлой почве в процессе нагревания методом диэлектрических измерений. С целью обоснования предложенной методики проведено сравнение скрытой теплоты плавления льда при нагревании бентонитовой глины, полученной методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), с рассчитанной с помощью диэлектрического метода.Experimental studies of the change in the mass of unfrozen water contained in frozen Na-bentonite clay in the temperature range from -30 to 0 °C and a gravimetric moistures range from 0 to 1 g/g have been carried out by the dielectric method. The calorimetric method is proposed for measuring the specific latent heat of fusion of ice into bound and unbound water when the frozen soil is heated. The method of dielectric measurements is proposed for measuring the latent heat of fusion of ice in frozen soils during heating. In order to substantiate the proposed technique, the latent heat of fusion of ice in frozen bentonite clay measured by the differential scanning calorimetry during heating was compared with this value obtained by the dielectric method.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие