Скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове


https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-1-45-56

Полный текст:


Аннотация

Представлены результаты расчётов скорости распространения радиоволн в снежном покрове в зависимости от плотности, влажности, структуры снега и прослоек в нём льда по разным эмпирическим и теоретическим зависимостям. Различие в скорости распространения радиоволн в сухом снеге плотностью 300  кг/м3 с преобладающей вертикальной или горизонтальной ориентацией включений воздуха достигает 32  м/мкс и уменьшается до 5  м/мкс во льду плотностью 700  кг/м3. Выполненные оценки показывают заметное влияние структуры на скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове, что позволяет обнаруживать и идентифицировать рыхлые слои глубинной изморози и плотные слои инфильтрационного и наложенного льда.

Об авторах

В. М. Котляков
Институт географии РАН
Россия
Москва


Ю. Я. Мачерет
Институт географии РАН
Россия
Москва


А. В. Сосновский
Институт географии РАН
Россия
Москва


А. Ф. Глазовский
Институт географии РАН
Россия
Москва


Список литературы

1. Lundberg A., Granlund N., Gustafsson D. «Ground Truth» snow measurements – Review of operational and new measurement methods for Sweden and Finland // 65th Eastern Snow conference. Fairlee (Lake Morey), USA, Vermont, 2008. P. 215–237.

2. Arcone S.A. Airborne radar stratigraphy and electrical structure of temperate firn: Bagley Ice Field, Alaska. U.S.A. // Journ. of Glaciology. 2002. V. 48. №161. P. 317–334.

3. Arcone S.A., Spikes V.B., Hamilton G.S. Phase structure of radar stratigraphic horizons within Antarctic firn // Annals of Glaciology. 2005. V. 41. P. 10–16.

4. Arcone S.A., Kreutz K. GPR reflection profiles of Clark and Commonwealth glaciers, Dry Valley, Antarctica // Annals of Glaciology. 2009. V. 50 (51). P. 112–120.

5. Dunse T., Schuler T.V., Hagen J.O., Eiken T. Recent fluctuation in extent of the firn area of Austfonna, Svalbard, inferred from GPR // Annals of Glaciology. 2009. V. 50 (51). P. 155–162.

6. Forte E., Dossi M., Colucci R.R., Pipan M. A new fast methodology to estimate the density of frozen materials by means of common offset GPR data // Journ. of Applied Geophysics. 2013. V. 99. P. 135–145.

7. Forte E., Dossi M., Pipan M., Colucci R.R. Velocity analysis from common offset GPR data inversion: theory and application to synthetic and real data // Geophys. Journ. International. 2014. V. 197. P. 1471–1483.

8. Попов С.В., Эберляйн Л. Опыт применения георадиолокации для изучения строения снежно-фирновой толщи и грунта Восточной Антарктиды в сезон 2012/13 г. // Лёд и Снег. 2014. № 4 (128). С. 95–106.

9. Holbrook W.S., Miller S.N., Pwovart M.A. Estimating snow equivalent over long mountain transects using snowmobile–mounted ground penetrating radar // Geophysics. 2016. V. 81. № 1. P. WA183–WA193.

10. Мачерет Ю.Я. Радиозондирование ледников. М.: Научный мир, 2006. 392 с.

11. Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. Вода в ледниках. Методы и результаты геофизических и дистанционных исследований. М.: ГЕОС, 2014. 528 с.

12. Dowdeswell J.A., Evans S. Investigations of the form and flow of ice sheets and glaciers using radio-echo sounding // Reports on Progress in Physics. 2004. V. 67. P. 1821–1861.

13. Endres A.L., Murray T., Booth A.D., West L.J. A new framework for estimating englacial water content and pore geometry using combined radar and seismic wave velocities // Geophys. Research Lеtters. 2009. V. 36. L0450. doi: 10.1029/2008GL036876.

14. Mätzler C., Wegmüller U. Dielectric properties of fresh–water ice at microwave frequencies // Journ. of Physics. D: Applied Physics. 1987. V. 20. № 12. P. 623–630.

15. Фролов А.Д., Мачерет Ю.Я. Оценка содержания воды в субполярных и теплых ледниках по данным измерений скорости распространения радиоволн // МГИ. 1998. Вып. 84. С. 148–154.

16. Frolov A.D., Macheret Yu.Ya. On dielectric properties of dry and wet snow // Hydrological processes. 1999. V. 13. P. 1755–1760.

17. Denoth А. On the calculation of the dielectric constant of snow // Rencontre internationale sur la neige et les avalanches. Association nationale pour 1′etude de la neige et des avalanches. 1978. P. 61–70.

18. Denoth A. Effect of grain geometry on electrical properties of snow at frequencies up to 100 MHz // Journ. of Applied Physics. 1982. V. 53. Pt. 1. № 11. P. 7496–7501.

19. Denoth A. Snow dielectric measurements // Advance Space Research. 1989. V. 9. № 1. P. 233–243.

20. Denoth А., Schittelkopf Н. Mixing formulas for determining the free water content of wet snow from measurements of the dielectric constant // Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie. 1978. Bd. 14. Нt. 1. S. 73–80.

21. Mätzler C. Microwave permittivity of dry snow // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1996. V. 34. № 2. P. 573–581.

22. Stiles W.H., Ulaby F.T. Dielectric properties of snow // Proc. of the Workshop on the Properties of Snow, Snowbird, Utah, April 8–10, 1981. U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory. Special report. № 82–18. United States. P. 91–103.

23. .Tiuri M., Sihvola A., Nyfors E., Hillikainen M. The complex dielectric constant of snow using microwave techniques // IEEE Journ. of Oceanic Engineering. 1984. V. OE–9. № 5. P. 377–382.

24. Узлов В.А., Шишков Г.И., Щербаков В.В. Основные физические параметры снежного покрова // Тр. Нижегородского гос. техн. ун-та им. Р.Е. Алексеева. 2014. Т. 103. № 1. С. 119–129.

25. Богородицкий В.В., Пасынков В.П. Материалы в радиоэлектронике. М.-Л.: Мосэнергоиздат, 1961. 352 с.

26. Looyenga H. Dielectric constants of heterogeneous mixture // Physica. 1965. V. 31. № 3. P. 401–406.

27. Robin G. de Q. Velocity of radio waves in ice by means of interferometric technique // Journ. of Glaciology. 1975. V. 15. № 73. P. 151–159.

28. Kovacs A., Gow A., Morey R.M. A reassessment of the in-situ dielectric constant of polar firn. CREEL Report 93–26. 1993. P. 1–29.

29. Cumming W.A. The dielectric properties of ice and snow at 3.2 centimeters // Journ. of Applied Physics. 1952. V. 23. № 7. P. 768–773.

30. Nyfors E. On dielectric properties of dry snow in the 800 MHz to 13 GHz region. Helsinki University of Technology. Radio Laboratory. Report S13. 1982. 29 p.

31. Hempel L., Thyssen F., Gundestrup N., Clausen H.B., Miller H. A comparison of radio–echo sounding data and electrical conductivity of the GRIP ice core // Journ. of Glaciology. 2000. V. 46. № 154. P. 369–374.

32. Achammer T., Denoth A. Snow dielectric properties: from DC to microwave X–band // Annals of Glaciology. 1994. V. 19. P. 92–96.

33. Denoth A. An electronic device for long-term snow wetness recording // Annals of Glaciology. 1994. V. 19. P. 104–106.

34. Schneebeli M., Coléuo C., Touvier F., Lesaffre B. Measurement of density and wetness in snow using time–domain reflectometry // Annals of Glaciology. 1998. V. 26. P. 69–72.

35. Macheret Yu.Ya., Glazovsky A.F. Estimation of absolute water content in Spitsbergen glaciers // Polar Research. 2000. V. 19. № 2. P. 205–216.

36. Sihvola A., Nyfors E., Tiuri M. Mixing formulae and experimental results for the dielectric constant of snow // Journ. of Glaciology. 1985. V. 31. № 108. P. 163–170.

37. Bradford J.H., Nichols J., Mikesell D., Harper J. Continuous profiles of electromagnetic velocity and water content in glaciers: an example from Bench glacier, Alaska, USA // Annals of Glaciology. 2009. V. 50 (51). P. 1–9.

38. Kuroiwa D. The dielectric properties of snow // IASH Publ. № 4. 1956. P. 52–63.

39. Sweeny B.D., Colbeck S.C. Measurements of the dielectric properties of wet snow using a microwave technique // CREEL Res. Report 325, 1974.

40. Ambach W., Denoth A. Studies on the dielectric properties of snow // Zeitschrift für Gletscherkunde und Glazialgeologie. 1972. Bd. 8. Нt. 1–2. S. 113–123.

41. Giordano S. Order and disorder of heterogeneous material microstructure: electric and elastic characterization of dispersions of pseudo–oriented spheroids // Intern. Journ. of Engineering Science. 2005. V. 43. P. 1033–1058.

42. Bradford J.H., Nichols J., Harper J.T., Meirbachtol T. Compressional and EM velocity anisotropy in a temperate glacier due to basal crevasses, and implications for water content estimation // Annals of Glaciology. 2013. V. 54 (64). P. 168–178.

43. van Beek L.K.H. Dielectric behavior in heterogeneous systems // Progress in dielectrics. 1967. V. 7. P. 69–114.

44. Ackley S.F., Keliher T.E. Ice sheet internal radio–echo reflections and associated physical property changes with depth // Journ. of Geophys. Research. 1979. V. 84-B10. P. 5675–5680.

45. Stratton J.A. Electromagnetic theory. New York, McGraw–Hill, 1941. 615 p.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Котляков В.М., Мачерет Ю.Я., Сосновский А.В., Глазовский А.Ф. Скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове. Лёд и Снег. 2017;57(1):45-56. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-1-45-56

For citation: Kotlyakov V.M., Macheret Y.Y., Sosnovsky A.V., Glazovsky A.F. Speed of radio wave propagation in dry and wet snow. Ice and Snow. 2017;57(1):45-56. (In Russ.) https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-1-45-56

Просмотров: 2588

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2076-6734 (Print)
ISSN 2412-3765 (Online)