CC BY
22Дистанционное зондирование Земли
N. N. Kolchigin
A. Ya. Usikov Institute of Radiophysics and Elektronics, National Academy of Science of Ukraine, Ukraine, Kharkov
K. V. Muzalevsky
L. V. Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk
AUXILIARY SOURCE METHOD FOR CALCULATING CURRENT ON THE INSULATED ANTENNAS
The auxiliary source method is developed for the currents calculating on the vibrator surface, located in the cylindrical borehole, drilled in the rock. Testing algorithm is achieved in the case, when borehole is filled with oil and air is drilled in the sandstone with the mobile fluids of the salt solution.
© KOmHHH H. H., My3a®2BCKHH K. B., 2009
УДК 528.48
В. Л. Миронов, И. В. Савин Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
Роджер Де Ру Мичиганский университет, США, Энн Арбор
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТУНДРОВОЙ ПОЧВЫ ПРИ ЗАМЕРЗАНИИ ВОДЫ В ПОЧВЕННЫХ КАПИЛЛЯРАХ
Представлены результаты измерения диэлектрической проницаемости тундровой почвы в диапазоне частот и температур от 1 до 16 ГГц и от -30 до +25 °С соответственно. Изучено влияние на величину диэлектрической проницаемости незамерзшей воды в капиллярах почвы. Получена зависимость максимального количества незамерзшей воды в почве от температуры.
В высоких широтах разложение растений медленное, и поэтому в почве накапливается органическое вещество [1]. Микроволновое дистанционное зондирование дает возможность проводить мониторинг почвенного покрова в удаленном и обширном Арктическом регионе. Однако для осуществления мониторинга гидрологического состояния вечной мерзлоты с помощью микроволнового аэрокосмического зондирования должны быть известны зависимости диэлектрической постоянной почвы от влажности и температуры почвы.
В данной работе проводились измерения спектров диэлектрической проницаемости влажной тундровой почвы Аляски (см. таблицу). Измерения проводились в частотном диапазоне от 1 до 16 ГГц и температурном диапазоне от -30 до +25 °С.
Для измерений использовался векторный анализатор цепей 2УК, способный измерять элементы матрицы рассеяния для измерительного коаксиального контейнера, содержащего образец почвы. Для определения комплексной диэлектрической проницаемости применялась методика, опи-
санная в [2]. Температурный режим обеспечивался с помощью термокамеры Б8рее SU-241.
Наибольший интерес представляют зависимости диэлектрической проницаемости от температуры в условиях замерзания почвы. Мы наблюдали снижение точки замерзания воды в почве до значения около -6 °С. Температура замерзания определялась как точка, в которой показатель преломления и коэффициент затухания влажной почвы имеют разрыв. Представлены зависимости приведенного показателя преломлении от температуры при различных значениях объемной влажностях образца (рис. 1). Зависимость показателя преломления от температуры в области значений Т < -6 °С существенно зависит от влажности образца. Мы объяснили это явление за счет постепенного замерзания почвенной воды, содержащейся в мелких капиллярах. Диапазон влажно-стей для зависимостей, показанных на рис. 1 справа, соответствует присутствию в капиллярах почв незамерзшей воды, которая может существовать, согласно нашим измерениям, вплоть до температур меньше - 20 °С.
Решетневские чтения
Минеральный состав исследуемой почвы
Минеральный состав Процентное содержание Минеральный состав Процентное содержание
Органика 80...90 Плагиоклаз 0,75
Кальцит 4,5 Слюда 0,75...1,5
Кварц 7,5...8,2 Смектит 0,75
Рис. 1. Зависимость приведенного показателя преломления влажного образца почвы от температуры
Показана зависимость приведенного показателя преломления влажной почвы от влажности при различных температурах (рис. 2). Область существования незамерзшей капиллярной влаги определяется неравенством mg1 < mg < mg2(T), где mg1 = 0; 0,307 г/г - максимальное количество связанной влаги в почве, а mg2 - максимальное количество почвенной влаги, отличной от льда. Диапазон влажностей mg2 (7) < mg соответствует присутствию в почве льда.
*=ja ггц т^Л;
а.о г.2 оа о.е о.в 1 о
оеыглчйн алйл^носгь (ш}
Рис. 2. Зависимость приведенного показателя преломления образца почвы от объемной влажности при различных температурах
Нами впервые для тундровой почвы получена зависимость максимального количества незамерзшей капиллярной почвенной влаги от температуры:
mgl{T) - mgl= 0,029 + 0,544 exp(T(°C)/3,9), -30 °C < T< -7 °C.
В результате проделанной работы были получены экспериментальные зависимости комплексного показателя преломления образца влажной и мерзлой тундровой почвы от влажности и температуры. Найдена простая формула для описания количества капиллярной незамерзшей влаги от температуры.
Библиографический список
1. Stokstad, E. Defrosting the Carbon Freezer of the North / E. Stokstad // Science. Vol. 304. P. 1618-1620.
2. Комаров, С. А. Исследование диэлектрического спектра комплексной диэлектрической проницаемости влажных почвогрунтов / С. А. Комаров, В. Л. Миронов, Ю. И. Лукин // Изв. высш. учеб. заведений. Физика. 2006. Т. 49. № 9. С. 29-34.
V. L. Mironov, I. V. Savin L. V. Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Science, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk Roger DeRoo University of Michigan, USA, Ann Arbor
TEMPERATURE DEPENDENCE OF PERMITTIVITY OF TUNDRA SOIL WITH WATER FREEZING IN THE SOIL CAPILLARY
The permittivities measured for a tundra soil in the ranges offrequencies and temperatures from 1 to 16 GHz and -30 to 25 °С are discussed. The impact on permittivity of unfrozen soil water contained in the soil capillaries was considered. The dependence of the maximum unfrozen water fraction on the temperature is obtained.
© Миронов В. Л., Савин И. В., Де Ру Роджер, 2009
