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

Формат представления найденных документов:
полный	информационный	краткий

Отсортировать найденные документы по:
автору	заглавию	году издания	типу документа

Поисковый запрос: (<.>K=moisture<.>)

Общее количество найденных документов : 86
Показаны документы с 1 по 20

1-20 21-40 41-60 61-80 81-86

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Каравайский, Андрей Юрьевич, Фомин, Сергей Викторович, Лукин, Юрий Иванович
Заглавие : Модель комплексной диэлектрической проницаемости органо-минеральных почв, учитывающая минеральный состав и содержание органического вещества
Колич.характеристики :21 с
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2024. - № 1. - Ст.6. - ISSN 16841719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2024.1.9; J. Radio Electron.
Примечания : Библиогр.: 29
Аннотация: На основе рефракционной диэлектрической модели создана одночастотная диэлектрическая модель талых и мерзлых лесных почв корневой зоны, учитывающая влияние как минеральной, так и органической компоненты почвенной смеси. Модель разработана для частоты 435 МГц на основе диэлектрических измерений пяти почв, в которых содержание органического вещества варьировалось от 11,1 до 54,4 % и глины от 21,1 до 40,9 %. Диэлектрические измерения были проведены в диапазоне массовой влажности от сухого состояния до наименьшей влагоемкости и диапазоне температур от – 30 до 25 ℃. В исследуемом диапазоне температур коэффициент детерминации между рассчитанными с использованием предложенной модели и измеренными значениями действительной (ε') и мнимой (ε") частями комплексной диэлектрической проницаемости составляет 0,988 – 0,997 для ε' и 0,957 – 0,971 для ε". Нормированное среднеквадратическое отклонение при этом составило 6 – 5,6 % для ε' и 20,2 – 21,2 % для ε". Разработанная диэлектрическая модель может быть применена в алгоритмах дистанционного зондирования при восстановлении значения влажности лесных почв корневой зоны из данных радарного и радиометрического зондирования.The single-frequency dielectric model of thawed and frozen forest soils in the root zone based on the refractive dielectric model was created, taking into account the influence of both the mineral and organic components of the soil mixture. The dielectric model was created on at 435 MHz the basis of the laboratory dielectric measurements of five soils with organic matter content in the range from 11.1 to 54.4 % and clay content from 21.1 to 40.9 %. Dielectric measurements were carried out in the range of the gravimetric moisture from the dry state to the lowest moisture capacity and in the temperature range from –30 to 25 ℃. The coefficient of determination between the predicted and measured values for real and imaginary parts of the complex permittivity are 0.988 - 0.997 and 0.957 - 0.971, respectively. The normalized standard deviations in this case are 6 - 5.6 % and 20.2 - 21.2 % for real and imaginary parts of the complex permittivity, respectively. The developed dielectric model can be used in remote sensing algorithms of soil moisture retrieval of forest soils in the root zone from the data radar and radiometric.
Смотреть статью,
РИНЦ
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Bobrov P. P., Kroshka E. S., Muzalevskiy K. V.
Заглавие : The effect of dielectric relaxation processes on the complex dielectric permittivity of soils at frequencies from 10 kHz to 8 GHz—Part II: Broadband analysis
Колич.характеристики :11 с
Место публикации : IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. - 2024. - Vol. 62. - Ст.2000411. - ISSN 01962892 (ISSN), DOI 10.1109/TGRS.2023.3340693. - ISSN 15580644 (eISSN)
Примечания : Cited References: 51
Аннотация: This article is the second in a series evaluating the effect of dielectric relaxation processes on the relatively effective complex dielectric permittivity (RCP) of soils. Part II is based on the results of experimental measurements in the frequency range 10 kHz to 8–20 GHz. The broadband dielectric spectrum model includes the high-frequency part as a model of the dielectric mixture and the relaxation part as the sum of three relaxation processes modeled by the Debye and Cole–Cole formulas. For modeling the high-frequency part of the spectrum, the Dobson and Mironov models were considered as possible options. As stated in Part I, the influence of relaxation processes on the imaginary part of the RCP extends up to frequencies of units of gigahertz. The increase in the imaginary part in these models was compensated by unrealistically high values of the specific electrical conductivity of free and bound water. We examined the correspondence of these models to experimental data at frequencies above 2–5 GHz, assuming that the conductivity of bound and free water is zero. The parameters of relaxation processes were found while solving the least-square optimization problem using the technique for determining the continuous distribution of relaxation times (DRTs). Found process parameters depend on the content of clay, organic carbon, and moisture of the samples. The more clay is in the soil, the greater the strength of these processes is. The influence of organic carbon with the conditions being equal consists in the reduction of the real and imaginary parts of RCP.
Смотреть статью,
WOS
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V., Walke J. P., Brakhasi F., Ye N., Wu X., Shen X.
Заглавие : On the use of dual-polarized multi-angular observations of P-band brightness temperature for soil moisture profile retrieval in thawed mineral soil
Колич.характеристики :24 с
Место публикации : Int. J. Remote Sens. - 2024. - Vol. 45, Is. 5. - P.1498-1521. - ISSN 01431161 (ISSN), DOI 10.1080/01431161.2024.2313993. - ISSN 13665901 (eISSN)
Примечания : Cited References: 37. - The work was supported by the State assignment of Kirensky Institute of Physics [FWES-2021-0034]; Australian Research Council funding [DP170102373 and LE150100047]. The work was carried out within the state assignment of Kirensky Institute of Physics and the Australian Research Council funding (DP170102373 and LE150100047) that was used to collect the P-band data
Аннотация: This article investigated the possibility of remotely sensing the soil moisture profile in thawed soil from multi-angular dual-polarized brightness temperature (TB) observations at P-band frequencies of 750 MHz and 409 MHz using a modified Burke model. Moreover, it was found that an excellent agreement (coefficient of determination R2 = 0.999 and root-mean-square error (RMSE) no more than RMSE = 0.6 K) could be achieved between the Njoku coherent brightness temperature model and the modified Burke model by introducing a reflectivity from the air-soil interface that takes into account the phases of the multiple re-reflected waves in the underlying layers. Based on the modified Burke model, the depths from which apparent moisture and temperature could be retrieved in a dielectrically-inhomogeneous, non-isothermal soil were investigated, being approximately ten times less than the depth for which apparent soil temperature could be retrieved. In general, the thickness of the emitting layer depends on the TB look angle and polarization, along with the moisture and temperature profiles of the soil. It was also shown that due to the effect of the Brewster angle, the H-polarization of TB was twice as sensitive (4 K/1%) to changes in volumetric soil moisture than V-polarization (1.9 K/1%). Based on multi-angular (10°-50°) observations of TB at H- and V-polarizations, a method of moisture profile retrieval in the top 5–15 cm soil (depending on surface moisture) was proposed using an exponential fitting function, the parameters of which are found in the course of solving the inverse problem. A decrease in the sensing frequency from 750 MHz to 409 MHz makes it possible to increase the accuracy of soil moisture profiles retrieval by a factor of two, being from RMSE = 1.6% (R2 = 0.946) to RMSE = 0.85% (R2 = 0.982) in the top 15 cm layer of soil. The conducted investigation shows the promise of using P-band observations of TB for soil moisture profile retrieval.
Смотреть статью,
Scopus,
WOS
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Каравайский, Андрей Юрьевич, Лукин, Юрий Иванович
Заглавие : Влияние органического вещества и влажности на пересечение спектров диэлектрической проницаемости почв
Колич.характеристики :21 с
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2024. - № 4. - Ст.4. - ISSN 16841719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2024.4.11; J. Radio Electron.
Примечания : Библиогр.: 31. - 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: Проведено исследование пересечений спектров вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости влажных органических почв с различным содержанием органического вещества от 11 до 54 % в диапазоне частот от 15 МГц до 15 ГГц и в диапазоне температур от 0 до 25 °С. На основании полученных экспериментальных зависимостей предложена эмпирическая модель для оценки среднего значения частот, на которых наблюдается пересечения спектров диэлектрической проницаемости почв, в диапазоне изменений значений этих частот при изменении температуры. Предложенная модель также включает формулу расчета значения объемной влажности, при которой появляется пересечение спектров диэлектрической проницаемости почв.The present study considers the crossover of the real part spectra of the complex dielectric constant obtained in the frequency range from 15 MHz to 15 GHz and temperature range from 0 to 25 °C for moist organic soils with the content of organic matter varying from 11 to 54 %. Based on the obtained experimental dependences, the empirical model is proposed to estimate the average value of the frequencies at which the crossover point of the soil dielectric constant spectra are observed with temperature changes. The proposed model also includes a formula for calculating the value of volumetric moisture at which the crossover point of the soil dielectric constant spectra appears.
Смотреть статью,
РИНЦ
Найти похожие

Вид документа : Статья из сборника (выпуск продолж. издания)
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V., Fomin S. V., Mikhaylov M. I.
Заглавие : UWB reflectometric method for the measuring of vegetation biometric parameters and soil moisture
Коллективы : IEEE Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology
Место публикации : IEEE Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). - 2023. - P.166-169. - , DOI 10.1109/USBEREIT58508.2023.10158880
Примечания : Cited References: 17. - The investigation supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Science Foundation, project № 22-17-20042
Аннотация: In this article, a method for the simultaneous measurement of total biomass, vegetation water content, and soil moisture is developed based on ultra-wideband (UWB) nadir observation of the reflection coefficient in the frequency range from 450 MHz to 6 GHz. The proposed method is based on a simple model of plane wave reflection from a vegetation layer with flat boundaries lying on a smooth soil surface. The model does not take into account the phenomena of wave scattering on the vegetation elements and the soil surface roughness. The dielectric constant of the vegetation canopy and soil were calculated based on Ulaby and Mironov dielectric models, respectively. The proposed method was tested using data from PORTOS-93 (INRA) experiments on measuring: total biomass (up to 3.3 kg/m2), water content (43%-89%), height (up to 1m) and volumetric content (up to 0.6-0.8%) of wheat plants, moisture (from 5% to 36%), density and clay fraction content (27%) of the soil. As a result, it was shown, the coefficient of determination (R2) and root-mean-square error (RMSE) appeared to be equal to R2=0.999 and RMSE=2.2% when comparing the original and retrieved values of volumetric soil moisture. The retrieved values of total biomass (vegetation water content) with the coefficient of determination R2=0.999 (0.998) and RMSE=16g/m2 (0.7%) coincide with the original set values. Therewith, the bands from 4 GHz to 6 GHz and from 450 MHz to 1 GHz were used to retrieve the canopy biometric parameters and soil moisture, respectively.
Смотреть статью,
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) : 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 сборника (выпуск продолж. издания)
Шифр издания :
Автор(ы) : Karavayskiy A. Yu., Lukin Y. I.
Заглавие : The effect of clay content on the spectra of permetivity of mineral soils at positive temperatures
Колич.характеристики :4 с
Коллективы : Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves 2023
Место публикации : Conf. Proc. - Radiat. Scatt. Electromagn. Waves, RSEMW. - 2023. - P.456-459. - , DOI 10.1109/RSEMW58451.2023.10201998
Примечания : Cited References: 17. - The work was financially supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Fund for Support of Scientific and Scientific and Technical Activities within the framework of the scientific project No. 22-27-20112
Аннотация: In this research, it was studied the crossover frequencies of the spectra of the real part of the permittivity of moist mineral soils with different clay content from 10 to 64% in the frequency range from 15 MHz to 15 GHz and in the temperature range from 25 to 0 °C. Based on the experimental dependences obtained, empirical models were proposed for the average crossover frequency of the soil of the real part of the permittivity spectra in the range of changes of these frequencies values with temperature changes, as well as for the half-widths of the ranges of changes.
Scopus,
Scopus
Найти похожие

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Karavaisky A. Yu., Lukin Y. I.
Заглавие : Dielectric model of the upper organic layer of forest soils for a frequency of 435 MHz
Колич.характеристики :12 с
Место публикации : Izv. Atmos. Ocean. Phys. - 2023. - Vol. 59, Is. 9. - P.1208-1219. - ISSN 00014338 (ISSN), DOI 10.1134/S0001433823090104. - ISSN 1555628X (eISSN)
Примечания : Cited References: 57. - We are grateful to Cand. Sci. (Phys.–Math.) K.V. Muzalevskii, Head of the Laboratory of Remote Sensing Radiophysics, for supporting this work, as well as to I.V. Savin for selecting the studied soil samplesThe study was performed within the framework of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of Russia, project no. 0287-2021-0034
Аннотация: A dielectric model based on the refractive dielectric model of the mixture of thawed and frozen forest organic soils in the root zone for a frequency of 435 MHz has been developed. The model is created on the basis of dielectric measurements of four soils whose organic matter content varies in the range from 15 to 31%. The dielectric measurements are carried out in the range of the gravimetric moisture from 0 to 0.6 g/g and temperature range from –30 to 25°C. The coefficient of determination (R2) between values calculated by themodel and measured values of the real (ε') and imaginary (ε'') parts of complex dielectric permittivity is 0.97. The normalized root-mean-square error is 16 and 21% for the real and imaginary parts of the complex dielectric permittivity, respectively. This dielectric model may be applied in remote sensing algorithms when retrieving the value of forest soil moisture in the root zone from radar and radiometric data.
Смотреть статью
Найти похожие

10.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Karavayskiy A. Yu., Lukin Y. I.
Заглавие : Influence of dielectric relaxations of soil water on the temperature dependence of soil permittivity
Колич.характеристики :10 с
Место публикации : Opt. Spectrosc. - 2023. - Vol. 131, Is. 12. - P.1190-1199. - ISSN 0030400X (ISSN), DOI 10.1134/S0030400X24700206. - ISSN 15626911 (eISSN)
Примечания : Cited References: 23. - This work was supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Fund of Science and Technology Support within the framework of scientific project no. 22-27-20112
Аннотация: Using a generalized refractive mixture dielectric model, the influence of the relative permittivity spectra of bound and unbound water in mineral soil on the nature of the temperature dependence of the relative permittivity of natural mineral soil, with a clay fraction content of 41.3%, was studied in the electromagnetic field frequency range from 50 MHz to 15 GHz. The causes of the emergence of intersections in the relative permittivity spectra of mineral soil, obtained at different temperatures but for a sample of the same moisture content, have been studied. It has been proved that the emergence of such an intersection point in the frequency range up to 1.5 GHz is due to the Maxwell–Wagner effect in bound water. The dependences of the frequency of the intersection point of the relative permittivity spectra of mineral soil on the temperature and volumetric content of bound and unbound water have been studied.
Смотреть статью,
WOS
Найти похожие

11.

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

12.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Музалевский, Константин Викторович, Фомин, Сергей Викторович, Каравайский, Андрей Юрьевич
Заглавие : Зависимость отражательных свойств агропочв в сверхширокой полосе частот от типа, степени шероховатости поверхности и профилей влажности агропочв
Место публикации : Журн. радиоэлектрон. - 2022. - № 11. - Ст.6. - ISSN 16841719 (eISSN), DOI 10.30898/1684-1719.2022.11.15; J. Radio Electron.
Примечания : Библиогр.: 30. - Работа выполнена в рамках гранта РНФ и Красноярского краевого фонда науки No 22-17-20042
Аннотация: В данной работе исследовано влияние объемной влажности от 0% до 40% (вертикальных профилей влажности), плотности сухого сложения от 0.4 до 1.8 г/см3, содержания глинистой фракции от 0.15 до 0.55 г/г (типа агропочвы), среднеквадратических отклонений (СКО) высот неровностей поверхности от 0 до 4 см почвенного покрова на вариации коэффициента отражения в сверхширокой полосе частот от 100-400 МГц до 1.26-2.4 ГГц. Расчет коэффициента отражения выполнен для гладкой и шероховатой границы почвенного покрова. При расчете коэффициента отражения использовалась двух-релаксационная диэлектрическая модель Миронова (входные параметры: плотность сухого сложения, содержание глинистой фракции, объемная влажность почвы, частота электромагнитной волны). Показано, что коэффициент отражения является неоднозначной функцией содержания глинистой фракции и плотности сухого сложения почв; погрешность восстановления высоких значений влажности почв может быть в 5 раз выше, чем для сухих почв. По отношению к содержанию глинистой фракции и плотности сухого сложения почвы, СКО высот неровностей поверхности почвы является доминирующим параметром неопределенность в задании, которого существенно влияет на погрешность восстановления влажности почв. Для рассмотренных разнообразных вертикальных профилей влажности почвы, показано, что эффективная толщина поверхностного слоя агропочвы, формирующего коэффициент отражения, не превышает 2 см при частоте зондирования выше 1 ГГц. При объемной влажности поверхности почвы более 28% величина коэффициента отражения во всем исследованном диапазоне частот от 433 МГц до 1.26 ГГц не зависит от вертикального распределения влаги. Проведенные исследования устанавливают количественные ограничения на точность восстановления влажности почвы при заданной погрешности исходных параметров модели: содержание глинистой фракции, плотности сухого сложения почвы, степени шероховатости поверхности почвы, которые должны учитываться при разработке алгоритмов дистанционного зондирования влажности агропочв.In this article, the impact of volumetric moisture from 0% to 40% (vertical moisture profiles), dry bulk density from 0.4 to 1.8 g/cm3, clay content from 0.15 to 0.55 g/g (agrosoil type), standard deviations heights of surface roughness from 0 to 4 cm of soil on the variations of reflection coefficient in the ultra-wide frequency band from 100-400 MHz to 1.26-2.4 GHz were investigated. The reflection coefficient was calculated for a smooth and rough soil surface. Mironov's two-relaxation dielectric model was used (input parameters: dry bulk density, clay content, volumetric moisture, frequency of electromagnetic wave) to calculating the reflection coefficient. It is shown that the reflection coefficient is an ambiguous function of the clay content and the dry bulk density; the error in retrieving high values of soil moisture can be 5 times higher than for dry soils. In relation to the clay content and the dry bulk density, the soil roughness is the dominant parameter, which uncertainty, significantly effects on the error of soil moisture retrieving. For the considered various vertical profiles of soil moisture, it is shown that the effective thickness of topsoil, which forms the reflection coefficient, does not exceed 2 cm at a sensing frequency above 1 GHz. When the volumetric moisture content of soil surface is more than 28%, the reflection coefficient in the frequency range from 433 MHz to 1.26 GHz does not depend on the vertical distribution of moisture in soil. The conducted studies establish quantitative limitations on the accuracy of soil moisture retrieval for a given error in the initial parameters of the model: the clay content, the dry bulk density, soil surface roughness, which should be taken into account when developing algorithms for remote sensing of agrosoil moisture.
Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

13.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Zeyliger A. M., Muzalevskiy K. V., Zinchenko E. V., Ermolaeva O. S.
Заглавие : Field test of the surface soil moisture mapping using Sentinel-1 radar data
Место публикации : Sci. Total Environ. - 2022. - Vol. 807, Part 2. - Ст.151121. - ISSN 00489697 (ISSN), DOI 10.1016/j.scitotenv.2021.151121
Примечания : Cited References: 43. - The research was performed within the framework of the Russian Foundation for Basic Research project 19-29-05261 mk “Cartographic modelling of soil moisture reserves based on complex geophysical water content measurements for digital irrigated agriculture”
Аннотация: Soil surface moisture is one of the key parameters for describing the hydrological state and assessing the potential availability of water for irrigated plants. Because the radar backscattering coefficient is sensitive to soil moisture, the application of Sentinel-1 data may support soil surface moisture mapping at high spatial resolution by detecting spatial and temporal changes at the field scale for precision irrigation management. This mapping is required to control soil water erosion and preferential water flow to improve irrigation water efficiency and minimise negative impacts on surface and ground water bodies. Direct observations of soil surface moisture (5-cm thickness) were performed at an experimental plot in the study site of the All-Russian Scientific Research Institute of Irrigated Agriculture, near the village Vodnyy, Volgograd region. Soil surface moisture retrieval from Sentinel-1 was performed at the same location. A second set of soil surface moisture was calculated for the soil sampling sites using the permittivity model, based on the estimates of soil surface characteristics: a) reflectivity, obtained by the neural network method from Sentinel-1 observations; b) roughness, obtained from the geodata of the stereoscopic survey with unmanned aerial vehicle Phantom 4 Pro. The raster set of soil surface moisture geodata was obtained based on the reflectivity geodata raster set to solve the inverse problem using a permittivity model that considers the soil texture of the experimental plot. The determination coefficient (0.948) and standard deviation (2.04%) were obtained by comparing both sets of soil moisture point geodata taken from the same soil sampling sites. The values confirmed a satisfactory linear correlation between the directly measured and indirectly modelled sets. A comparison of the two sets of geodata indicated a satisfactory reproduction of the first set by the second set. As a result, the developed method can be considered as the scientific and methodological basis of the new technology of soil surface moisture monitoring by radar, which is one of the basic characteristics used in precision irrigation management.
Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

14.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Чжан А. В., Дрокин, Николай Александрович, Ничкова Н. М., Мороз Ж. М.
Заглавие : Метод импедансной спектроскопии для тестирования увлажненных зерен пшеницы
Место публикации : Вестн. НГАУ. - 2022. - № 2. - С. 59-68. - ISSN 2072-6724, DOI 10.31677/2072-6724-2022-63-2-59-68; Bull. NSAU
Примечания : Библиогр.: 16
Аннотация: Представлены результаты исследования электрических и диэлектрических характеристик увлажнённых зёрен пшеницы методом измерений их комплексного электрического сопротивления (импеданса Z) в широком диапазоне частот (от 1 Гц до 100 МГц). Результаты измерений электрического импеданса зерна с поверхностным или объёмным содержанием влаги в разных условиях эксперимента могут дать полезную информацию о свойствах биологических тканей зерновых культур и использоваться для разработки нового типа импедансных датчиков для тестирования качества зерна и его влажности. В качестве объекта исследований использовались хорошо высушенные зёрна пшеницы и зёрна, насыщенные влагой и солевым раствором. Серьёзной проблемой при измерениях импеданса зёрен является выбор подходящего материала электродов, накладываемых на торцевые поверхности образцов. Электроды должны обеспечивать надёжный контакт с зерном и обладать минимальным переходным сопротивлением. Для исключения поперечной деформации торцевые поверхности прессованных образцов укрепляли защитным диэлектрическим кольцом. Такие контакты обеспечивали переходное сопротивление в пределах 1–2 Ом. В области низких частот выявлены процессы накопления электрических зарядов вблизи поверхности металлических электродов и на внутренних структурах зерна, приводящие к увеличению диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь. В области более высоких частот поведение активной и реактивной компонент импеданса определяется процессами диэлектрической релаксации. Полученные спектры импеданса сопоставлялись со спектрами наиболее подходящих эквивалентных электрических схем, радиотехнические компоненты которых позволяют понять основные механизмы прохождения переменного электрического тока через сложную неоднородную структуру зерна. Установлено, что увлажнение зерна подсоленной водой усиливает процесс накопления электрических зарядов и влияет на дисперсию действительной и мнимой компонент импеданса.The authors presented the results of a study of the electrical and dielectric characteristics of wetted wheat grains by measuring their complex electrical resistance (impedance Z) in a wide frequency range (from 1 Hz to 100 MHz). The results of electrical impedance measurements of grains with surface or volumetric moisture content under different experimental conditions can provide useful information on the properties of the biological tissues of grain crops. These results can also be used to develop a new type of impedance sensor for testing grain quality and moisture content. The authors used well-dried wheat grains and grains saturated with moisture and saline as objects of research. A major problem in grain impedance measurements is the selection of a suitable electrode material to be placed on the end surfaces of the samples. The electrodes must ensure reliable contact with the grain and have a minimum transient resistance. The end surfaces of the pressed samples were reinforced with a protective dielectric ring to prevent transverse deformation. These contacts provided a transition resistance between 1-2 ohms. The authors have identified processes of accumulation of electric charges near the surface of metal electrodes at low frequencies and on internal grain structures, leading to an increase in the dielectric permittivity and dissipation factor. The behavior of the active and reactive components of the impedance at higher frequencies is determined by dielectric relaxation processes. The obtained impedance spectra were compared with the spectra of the most suitable equivalent electrical circuits. The radio components of the circuits provide information about the basic mechanisms of alternating electric current flow through the complex inhomogeneous structure of the grain. The authors found that moistening the grain with saline water enhances the process of accumulation of electric charges and affects the dispersion of the real and imaginary components of the impedance.
Смотреть статью,
РИНЦ
Найти похожие

15.

Вид документа : Статья из сборника (выпуск продолж. издания)
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V.
Заглавие : Numerical-analytical model of reflection coefficient for rough soil surface in wide frequency range
Коллективы : IEEE All-Russian Microwave Conference
Место публикации : 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
Примечания : 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,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

16.

Вид документа : Статья из сборника (выпуск продолж. издания)
Шифр издания :
Автор(ы) : Fomin S. V., Muzalevskiy K. V., Karavayskiy A. Yu., Romanov V., Lipshin A., Mikhailets M.
Заглавие : Validation of Dobson's, Schmugge's, and Mironov's dielectric models at four typical agrosoils of Krasnoyarsk and Krasnodar krais
Коллективы : IEEE All-Russian Microwave Conference
Место публикации : 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.349-352. - , DOI 10.1109/RMC55984.2022.10079332
Примечания : Cited References: 16. - The investigation supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Science Foundation, project №22-17-20042
Аннотация: In this article, in a wide frequency range from 300 MHz to 2 GHz at a temperature of 20C, the validation of Dobson's, Schmugge's, and Mironov's (with one, two, and three soil water relaxations) dielectric models was carried out using four samples of typical agrosoils taken from the arable layer. Variations in the clay fraction, dry bulk density, and organic matter content of soil samples ranged from 32% to 56%, from 1.1 g/cm3 to 1.7 g/cm3, up to 6.9%, respectively. It is shown that the Mironov's model with two relaxations (M2) has the best accuracy in describing the measured relative complex permittivity (RCP) spectra for all soils in average. The coefficient of determination (R2) and root-mean square error (RMSE) appeared to be equal of Rε'2=0.907 (RMSEε'=0.83) for real and Rε''2=0.960 (RMSEε'' =0.89) for imaginary parts of RCP, when comparing the measured and calculated RCPs. Error of soil moisture retrieval, based on M2 dielectric model and the observations of reflection coefficient at nadir was estimated. For four agricultural soils, it is shown that the retrieved volumetric soil moisture values with the determination coefficient R2=0.975 and RMSE =2% coincide with the true values of soil moisture. It has also been found that small inaccuracies (several tens of percent) in determining the dry bulk density and clay content of soils have practically no effect on the error in retrieving the volumetric soil moisture.
Смотреть статью,
Scopus
Найти похожие

17.

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

18.

Вид документа : Статья из сборника (выпуск продолж. издания)
Шифр издания :
Автор(ы) : Muzalevskiy K. V., Fomin S. V., Karavayskiy A. Yu.
Заглавие : Optimum frequency range for remote sensing of soil moisture with various texture, density and organic matter content
Коллективы : IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences 2022
Место публикации : 2022 IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences, SIBIRCON 2022: IEEE, 2022. - P.1130-1133. - , DOI 10.1109/SIBIRCON56155.2022.10017095
Примечания : Cited References: 28. - The investigation supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Science Foundation, project №22-17-20042
Аннотация: In this article, the frequency range, within which the dependence of reflectivity on soil moisture is invariant respect to changes in soils texture, dry bulk density and organic matter content, has been established. The analysis is based on dielectric measurements of 16 natural mineral nonsaline soils in the frequency range from 45-100 MHz to 2 GHz. The moisture of soils varied from air dry to the field capacity. The clay, silt and sand content in the soil samples are ranging from 0% to 76%, from 1% to 93%, and from 0 to 100%, respectively. The dry bulk density and organic matter content in soil samples are ranging from 0.7 g/cm3 to 1.8g/cm3, and from 0.6% to 69%, respectively. As a result, it is shown, that the variations in texture, dry bulk density, and organic matter content of soils have the least effect in the frequency range from 125 MHz to 820 MHz (with minimum at a frequency of 350 MHz) on the dispersion of the dependence of refractive index on volumetric moisture. As an example, the case of smooth bare soil surface remote sensing at a frequency of 435 MHz is considered. It is shown that for the entire set of soils, a single calibration curve for conversion of reflectivity to volumetric soil moisture is sufficient to retrieve soil moisture with a root-mean square error of 2.1% and a determination coefficient of 0.981. The established frequency range can be recommended for microwave remote sensing methods of soil moisture measurement, not depended on soils texture.
Смотреть статью,
Scopus,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

19.

Вид документа : Статья из журнала
Шифр издания :
Автор(ы) : Savin I. V., Muzalevskiy K. V.
Заглавие : Dielectric Model for Thawed Organic Soils at Frequency of 435 MHz
Место публикации : IEEE Geosci. Remote Sens. Lett. - 2021. - Vol. 18. Is. 2. - P.218-221. - ISSN 1545-598X (ISSN), DOI 10.1109/LGRS.2020.2975027. - ISSN 1558-0571 (eISSN)
Примечания : Cited References: 16
Аннотация: To date, models describing the complex dielectric constant (CDC) of tundra soils with different contents of organic matter (more than 30%) in the P-band were poorly reported and not developed. In this letter, a refractive dielectric model for moist organic soils at a frequency of 435 MHz was developed. The model was developed on the basis of dielectric measurements of five samples of organic soils with different organic content from 35% to 80% and the soil moisture from air-dry to field capacity at a temperature of 20 °C. The developed model is a function of only two parameters, namely, the organic content by weight and volumetric soil moisture. The new model and future BIOMASS mission will be creating the bases for developing new soil moisture profile retrieving algorithms in the root zone.
Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Найти похожие

20.

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