Радиофизические параметры снежного покрова - Студенческий научный форум

XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Радиофизические параметры снежного покрова

Кашапов Раиль Рафаилович 1
1РГГМУ
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Снежный покров в горах является сложной и динамической средой, которая подвержена постоянным преобразованиям в результате воздействия метеорологических условий. Значение снега и льда обусловлено непосредственной связью их состояния на планете с проблемой глобального потепления и другими критическими процессами. Информация о состоянии снежного покрова является ключевым фактором для определения потенциальных угроз, связанных со снеголавинными процессами, и разработки эффективных мер безопасности.

Для наблюдения за снежным покровом широко используются дистанционные методы зондирования, работающие в СВЧ-диапазоне, которые позволяют измерять радиофизические параметры снежного покрова (СП), а по ним восстанавливать его физико-механические параметры. Наиболее важным радиофизическим параметром является относительная диэлектрическая проницаемость. Снег представляет собой смесь из трех фаз воды: твердой (кристаллы льда, снежинки), жидкой (вода), газообразной (пары воды и воздух), – то есть является смесью трех компонент, радиофизические параметры которых существенным образом различны.

Целью работы явилось расчет диэлектрической проницаемости сухого и влажного снега по данным о его плотности, полученным на перевале Камчик горного массива Тянь-Шань Республики Узбекистан. Горные районы территории Республики Узбекистан имеют большое значение для народного хозяйства республики. Район исследования относится к лавиноопасным зонам с высокой степенью лавиной опасности.

Комплексная диэлектрическая проницаемость (ДП) состоит из действительной
и мнимой частей. Действительная часть диэлектрической проницаемости (εr') является
мерой того, сколько энергии внешнего электрического поля запасено в
материале. Мнимая часть диэлектрической проницаемости (εr'') обусловлена потерями энергии или тем, как сильно материал поглощает энергию внешнего электрического поля. Если представить комплексную диэлектрическую проницаемость в виде векторной диаграммы - рисунок 1, то действительная и мнимая составляющие будут отличаться по фазе на 90°. Векторная сумма образует угол δ с действительной осью (εr').

Рисунок 1 Векторная диаграмма составляющих диэлектрической проницаемости

Значения мнимой части диэлектрической проницаемости для снега не превышают 10–4−10–2 и много меньше действительной, поэтому в работе осуществлен расчет только действительной части. В зависимости от плотности снега расчет выполнялся по формулам (1) или (2) [1].

(1)

(2)

где =1; =3,215; = , - плотность СП.

Значения плотности ρ могут быть заключены в пределах от 0,02–0,25 для свежевыпавшего снега и 0,3–0,5 перед периодом таяния.

. В работе были использованы данные по снеговым характеристикам на перевале Камчик. Для примера на рисунке 2 представлена статиграфия снега с шурфа в период с ноября 2018 по апрель 2019 г. На протяжении холодного периода толщина снежного покрова колебалась от 10 см до 2 метров и более, количество слоев – от одного до пяти, каждый слой имел свою толщину и плотность. Минимальная плотность наблюдалась у свежевыпавшего снега и составила 0,06 г/см3, максимальная – у крупнозернистого снега 0,5 г/см3.

По полученным данным была рассчитана действительная часть диэлектрической проницаемости для сухого и влажного снега и построены графики зависимости диэлектрической проницаемости от плотности снега - рисунки 3 и 4 для сухого и влажного снега соответственно.

   

МЗ – мелкозернистый

СЗ – среднезернистый

КЗ – крупнозернистый

СВ – свежевыпавший

УП – уплотненный

Рисунок 2. Статиграфия снега с шурфа

 

Рисунок 3. График диэлектрической проницаемости для сухого снега

 

Рисунок 4. График диэлектрической проницаемости для влажного снега

Также были построены гистограммы распределения ДП для сухого и влажного снега - рисунки 5 и 6 соответственно.

   

Рисунок 5. Гистограмма распределения ДП для сухого снега

Рисунок 6. Гистограмма распределения ДП для влажного снега

ДП сухого снега находится в диапазоне 1,1-1,9, мода составляет 1,6. ДП влажного снега находится в диапазоне 7,9-10,9, максимум повторяемости 7,9-9,5.

Опираясь на эмпирически-выявленную зависимость коэффициента отражения от диэлектрической проницаемости из работы [2] - рисунок 7, можно сделать следующий вывод. Высокая чувствительность отраженной волны от снежного покрова с различной ДП. Более влажный снег отражает больше, чем сухой.

 

Рисунок 6. Зависимость коэффициента отражения от диэлектрической проницаемости [2]

Список использованных источников

1.Макаров, В.С. Статистический анализ характеристик снежного покрова // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 1; URL: http://www.science-education.ru/107-8289 (дата обращения: 05.01.2024).

2. Воейков А. И. Снежный покров, его влияние на почву, климат и погоду и способы исследования. — СПб.: Тип. Имп. Акад. наук, 1889. — 213 c.

3. Малышкина И. А. Основы метода диэлектрической спектроскопии (учебное пособие) // Изд-во физического ф-та МГУ, М.: 2012 — 81 с.

Просмотров работы: 12