CC BY
10Использование щ>смжесщхсредстА, технологий и геоинформационныхсистем для мониторинга и моделирования природной среды
Достигнутая точность прогнозов составляет по магнитуде АМ ±0,5; по времени А? ±1-15 суток; по местоположению эпицентра А5" от 100 до 500 км. Низкая точность определения положения эпицентров сейсмических событий связана с принципиальной невозможностью равноточного определения сопряжённых величин: магнитуды и положения эпицентра.
С другой стороны, уровень комплексирования различных методов геодинамического мониторинга не обеспечивает надёжный прогноз положения эпицентра (А5* ± 50-100 км). Для повышения надёжности определения положения эпицентров землетрясений необходимо увеличить плотность сетей регистрации электромагнитного и газгидрогеохимического методов, а также дополнить применяемый геолого-
геофизический комплекс данными спутниковых инфракрасной и геохимической съёмок.
Как показали исследования очаговых зон, в последние годы является весьма перспективным для усиления прогностических возможностей созданной системы геомониторинга учет внешних геофизических факторов в рамках концепции барицентра системы Земля-Луна-Солнце.
Разработанная комплексная методика позволяет выполнять оперативные оценки геодинамической опасности Алтае-Саянского региона и оценки напряженно-деформированного состояния геосреды, что актуально также для решения прикладных задач в ракетно-космической тематике.
© Сибгатулин В. Г., Перетокин С. А., Худобердин И. Р., Кабанов А. А., Симонов К. В., 2016
УДК 537.86
ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ЛЕСНОГО ПОЛОГА НА ЭФФЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ИЗЛУЧЕНИЕМ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВ
А. В. Сорокин1'2, С. В. Фомин2'3, М. А. Белоусов1
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
2Красноярский научный центр Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50 3Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38 E-mail: [email protected],[email protected]
Представлен расчет значений комплексной диэлектрической проницаемости модели лесного полога в зависимости от влажности и объемного содержания древесины для частот спутников ГЛОНАСС и GPS. Получены количественные данные для оценки диэлектрической проницаемости лесного полога с разными таксационными характеристиками и состоянием усыхания.
Ключевые слова: комплексная диэлектрическая проницаемость, влажность древесины, лесной полог, сигналы навигационных спутников, таксационные характеристики.
THE INFLUENCE OF WOOD MOISTURE IN THE FOREST CANOPY INTERACTION EFFECTS WITH RADIATION OF NAVIGATION SATELLITES
A. V. Sorokin1,2, S. V. Fomin2,3, M. A. Belousov1
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Krasnoyarsk Scientific Center SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 3Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation E-mail: [email protected], [email protected]
The paper presents sstimated values of a complex dielectric permittivity of model of a forest canopy depending on humidity of wood for frequencies of the GLONASS and GPS satellites. Quantitative data to evaluate the dielectric constant of the forest canopy with different forest characteristics and the condition of drying.
Keywords: moisture content of wood, the forest canopy, the signals of navigation satellites, inventory characteristics.
Методы пассивного мониторинга земных покровов с использованием сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) группировок
ГЛОНАСС и GPS в настоящее время интенсивно разрабатываются [1-3]. Однако в приложении к лесным покровам методики получения лесотаксационных и
<Тешетневс^ие чтения. 2016
физических характеристик лесного полога с применением сигналов ГНСС до сих пор находятся в стадии исследований.
В данной работе представлена диэлектрическая модель лесного полога с учетом анизотропных свойств древесины [4] и рассмотрено влияние таксационных характеристик и влажности древесины на диэлектрическую проницаемость (ДП) леса.
Лесной полог представляет собой неоднородную слоистую среду, включающую слои крон и стволов.
Характерные средние диаметры стволов зрелого леса в сравнении с размерами ветвей, хвои, листвы различаются на 1-2 порядка, отношение объемов древесины в стволах и кронах составляет несколько единиц.
Древесина является неоднородным анизотропным материалом, что существенным образом влияет на состояние поляризации проходящих в лесном пологе сигналов ГНСС, селективное по поляризации ослабление мощности сигнала.
Учет анизотропии диэлектрической проницаемости древесины дает возможность структурировать лесной полог на статистически изотропный слой крон и анизотропный слой стволов.
Объемные доли древесины в слое стволов и крон определялись на основе измерений геометрических параметров древостоя, определенных для лиственничных посадок стационара Института леса «Пого-
рельский бор». Доли древесины и воздуха составляют: для стволов 0,002 и 0,998; крон - 0,0015 и 0,9985.
В расчетах использованы значения плотности древесины лиственницы 0,63 г/см3 с влажностью Ж в интервале от 0 (абсолютно сухое древесинное вещество) до 80 % с шагом в 10 %. Значения диэлектрических характеристик древесины для температуры 20 оС в частотном диапазоне Ь\ получены методом экстраполяции на основе данных, представленных в монографии [5]. Рассмотрены иные соотношения долей древесины и воздуха с уменьшением и увеличением объемных долей древесины в п раз, где п = 1/2, 1, 2, 3. На рисунке приведены зависимости действительной части комплексной ДП от влажности и массовых долей воздуха и древесины.
Параметры ДП лесного полога для анизотропного слоя стволов имеют продольную е"ь и поперечную е'с, е"с компоненты относительно вертикали. Слой кроны в приближении хаотической ориентации элементов ветвей оказывается изотропным со средними значениями £к = 0,5(е'с + е'£). Выражение для ДП слоев крон и стволов определяется общей формулой (в ™ ) =
= ТУ I (в Г ) [3], где У У2, У3 - объемные доли стволов, крон и воздуха; в Г - соответствующие элементы тензора ДП слоев стволов, крон и воздуха. Влажный воздух как изотропная среда в широком диапазоне частот -величина в'В не выше 1,001, е"В близка к нулю.
е'к
1,2 4-
1,15
1,05
________2У
........-..... V
-.........0,5У
0 10
20 30 40 50 га 70
80
е'с 12
1.1В 1,1
... зу
_________™
V
0,5У
10 20 30 40 50 60 70
е'ь 1,2-
1,05
______ ЗV
________24
.............. V
---------- 0,51/
УК»
0 10 20 30 40 50 60 70 80
щ%
Зависимости ДП лесного полога от влажности и массы древесины
Использование космичесщхсредстА, технологий и геоинформационныхсистем для мониторинга и моделирования природной среды
На рисунке представлены графики для действительной части ДП. Вариации мнимых частей e"L и е"с в интервале влажности 10-80 % ограничены величинами 0,002 < e"L < 0,036 и 0,002 < e"C <0,016 для слоя стволов. Изотропный слой кроны имеет величину е"~ 0,002.
Рост абсолютных величин e"L и е"с зависит от количества древесины и сопровождается увеличением анизотропии e"L-e"c , что приводит к изменению состояния правокруговой поляризации сигнала ГНСС на трассе прохождения по лесному пологу.
В рамках рассмотренной модели проведен расчет численных значений комплексной ДП лесного полога при различных величинах влажности и объемного содержания древесины для частот спутников ГЛО-НАСС и GPS.
Выявлены отличия эффективных диэлектрических констант слоя крон и стволов, зависимость анизотропии ДП слоя стволов от влажности древесины и таксационных характеристик.
Библиографические ссылки
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London. 2014. 286 p.
2. Кашкин В. Б., Кокорин В. И., Миронов В. Л., Сизасов С. В. Экспериментальное определение электрофизических параметров лесного покрова с использованием сигналов глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, № 7. С. 825-830.
3. Wu X., Jin Sh. GNSS-Reflectometry: Forest canopies polarization scattering properties and modeling // Advances in Space Research. 2014. Vol. 54. P. 863-870.
4. Сорокин А. В., Фомин С. В., Михайлов М. И. Адаптивная модель взаимодействия сигналов навига-
ционных спутников с лесным пологом с учетом анизотропных свойств древесины // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли : материалы III междунар. науч. конф. (13-16 сентября 2016, Красноярск) / Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2016. С. 186-189.
5. Torgovnikov G. I. Dielectric Properties of Wood and Wood-Based Materials. Springer-Verlag. 1993. 194 p.
References
1. Jin S., Cardellach E., Xie F. GNSS Remote Sensing Springer Dordrecht Heidelberg, New York, London. 2014. 286 p.
2. Kashkin V. B., Kokorin V. I., MironovV. L., Sizasov S. V. [Experimental determination of the electrophysical parameters of forest cover using signals of global navigation systems GLONASS and GPS] // Radiotehnika I electronika. 2006. Vol. 54, № 4. P. 825-830 (In Russ.)
3. Wu X., Jin Sh. GNSS-Reflectometry: Forest canopies polarization scattering properties and modeling // Advances in Space Research. 2014. Vol. 54. P. 863-870.
4. Sorokin A. V., Fomin S. V., Mikhailov V. I. [Adaptive interaction model of navigation satellite signals with the forest canopy taking into account the anisotropic properties of wood] // Regionalnie problem distantsionnogo zondirovaniya Zemli:materiali III mejdunar. nauch. konf. 13-16 sentyabrya 2016, Krasnoyarsk) Sib. Fed. Un-t. Krasnoyarsk, 2016. Р. 186-189. (In Russ.)
5. Torgovnikov G. I. Dielectric Properties of Wood and Wood-Based Materials. Springer-Verlag. 1993. 194 p.
© Сорокин А. В., Фомин С. В., Белоусов М. А., 2016
УДК 537.86
БАЗА ДАННЫХ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ВАРИАЦИЙ АМПЛИТУДЫ ПРЯМЫХ СИГНАЛОВ ГЛОНАСС И GPS ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
С. В. Фомин1,2, А. В. Сорокин 2,3 Д. В. Харламов3
1Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38
2Красноярский научный центр Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50
3Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: [email protected], [email protected]
Представлены результаты непрерывной регистрации прямых сигналов ГЛОНАСС и GPS в открытом пространстве в течение 12 дней. Сформулированы условия использования пространственно-временных зависимостей их амплитуды для калибровки сигнала при измерениях затухания в лесном пологе и рефлектометрии земной поверхности.
Ключевые слова: лесной полог, земные покровы, сигналы навигационных спутников, калибровка.
