Радиофизика дистанционного зондирования поверхности Земли

В лекции дан обзор современного состояния научных исследований в области аэрокосмического дистанционного зондирования поверхности Земли из космоса с применением радаров, радиометров, и космических навигационных систем, работающих в микроволновом диапазоне длин волн. Представлены основные достижения и проведен анализ возможностей и перспектив современных космических систем и информационных технологий радарного и радиометрического зондирования и их применения в области климатологии, геологии, геодезии, гидрологии, геокриологии, лесоведения, сельскохозяйственных наук, экологии и природопользования.
Сформулированы основные научные задачи радиофизики радарного и радиометрического зондирования поверхности Земли. Они охватывают следующие разделы:
- развитие методов молекулярной микроволновой спектроскопии почв, растительных, водных и ледовых покровов;
- создание теоретических и эмпирических моделей собственного радиоизлучения и радарного рассеяния электромагнитных волн на земных покровах;
- разработка принципов построения алгоритмов обработки данных радиолокации и радиометрии земных покровов, основанных на физических закономерностях взаимодействия зондирующего излучения с земной поверхностью, и создание баз данных, необходимых для их практического применения;
- тестирование алгоритмов дистанционного зондирования в условиях натурного эксперимента с использованием данных аэрокосмической радиолокации и радиометрии совместно с результатами наземных радио и геофизических измерений.
Обсуждаются некоторые новые научные результаты, полученные в области радиофизики дистанционного зондирования земных покровов, которые могут быть сформулированы следующим образом:
1. Разработаны экспериментальные методы микроволновой спектроскопии связанной воды, содержащейся в почвах и растительных покровах. Впервые измерены зависимости параметров релаксации Де6ая для связанной почвенной влаги в зависимости от типа почв, температуры, и наблюдались фазовые переходы в связанной воде, содержащейся в мерзлых грунтах.
2. Экспериментально обнаружен новый механизм радарного рассеяния с участием боковых волн, возникающие в лесных покровах, как случайно-неоднородных слоистых средах. Получены пространственные спектры флуктуаций сигнала наносекундного радара при зондировании леса, которые позволяют построить электрофизическую модель лесного покрова, как эквивалентной непрерывной случайно-неоднородной среды.
3. Разработана радиофизическая модель радарного зондирования процессов замерзания и оттаивания в активном слое вечной мерзлоты.
4. Предложены методы измерения эквивалентной комплексной диэлектрической проницаемости лесного покрова с помощью микроволновой интерферометрии, использующей излучение глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.
5. Разработан и тестирован алгоритм высокоточной радиометрии влажности почвенного покрова, учитывающий в процессе обработки базы данных по электрофизическим характеристикам почв.
Обсуждаются перспективы развития исследований в области радиофизики дистанционного зондирования земных покровов и применения их результатов как в программах комплексных научных исследований в науках о Земле, так и для разработки новых информационных технологий в отраслях управления природными ресурсами и промышленной разработки природных ресурсов на территории Сибири.