Методы дистанционного обнаружения очагов саморазогревания торфа и подземных торфяных пожаров

Исследования возможности обнаружения методом микроволновой радиометрии очагов саморазогревания, развивающихся скрытно от внешнего наблюдения под поверхностью торфяников и способных порождать торфяные пожары, позволили в начале 80-х годов выявить информативный в плане решения задачи диапазон радиоволн. Была экспериментально установлена и на моделях проверена различимость трёх стадий развития саморазогревания торфа, уложенного в штабели. Модели базируются на теории однократного рассеяния радиоволн и данных измерений электродинамических параметров образцов торфа. Вместе с тем остались открытыми вопросы о границах применения полученных результатов, о возможности распространить их на случай саморазогревания торфа в залежах с целью развития методики дистанционного обнаружения мест возможного возникновения подземных пожаров.
Доклад содержит результаты дополнительного изучения этих вопросов. Рассмотрены модели рассеивающей среды с гауссовой и экспоненциальной функцией корреляции флуктуаций поля диэлектрической проницаемости. Исследовано влияние параметров индикатрисы рассеяния на форму спектральных характеристик собственного теплового радиоизлучения и оценены радиояркостные контрасты в моделях термически однородной среды. Затем для термически неоднородной среды рассмотрены профили температуры с ограниченной производной и с резко обозначенными границами термической неоднородности. Наконец, изучены радиационная динамическая модель термически неоднородной среды с учетом теплопереноса влаги, присущего процессу саморазогревания.
В результате работы:
- обобщены сведения об излучательных свойствах в диапазоне СВЧ гетерогенных сред со случайно-неоднородным полем комплексной диэлектрической проницаемости и частотной дисперсией комплексной диэлектрической проницаемости жидкой фазы по типу Дебая, предложена уточнённая модель взаимосвязи температурно-влажностных и плотностных характеристик рассеивающей среды со спектральными характеристиками собственного теплового радиоизлучения;
- объяснены с позиций теории однократного рассеяния радиоволн особенности спектральных характеристик радиояркостной температуры и радиотепловых контрастов гетерогенной среды как в отсутствие, так и при наличии температурно-влажностной неоднородности под её поверхностью; показано, что аномальное (по сравнению со средой, рассеяние в которой отсутствует) снижение радиояркостной температуры максимально проявляется на частоте, инвариантно связанной со средним значением показателя преломления и радиусом корреляции поля диэлектрической проницаемости;
- показано, что радиотепловые контрасты рассеивающих сред с температурно-влажностной неоднородностью могут быть выше, чем у нерассеивающих сред с теми же эффективными параметрами температурно-влажностного поля и поля диэлектрической проницаемости;
- отмечены условия инверсии в зависимости радиояркостной температуры от влагосодержания частиц среды (радиояркостная температура повышается с ростом влагосодержания);
- подтверждены с использованием уточнённой модели ранее полученные результаты относительно динамики спектральных характеристик излучения торфа в процессе теплопереноса влаги, возникающего при саморазогревании.
К важным итогам работы можно отнести вывод о применимости результатов моделирования структуры гетерогенных сред, сопряженной с наличием рассеивающих свойств, не только для пассивного зондирования, но и для развития методов активной радиолокации мест с характерными подповерхностными температурными аномалиями.