• Українська
  • English
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ СНІГУ. ОГЛЯД

Рубрика: 
ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ, РАДІОЛОКАЦІЯ ТА ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ
Веселовська, ГБ
Organization: 

Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Україна
E-mail: veselovskaya3@ukr.net
https://doi.org/10.15407/rej2015.03.038
Мова: російська
Анотація: 

Сніг є найпоширенішим видом твердих опадів, тому значний інтерес представляє розробка методів дистанційного дослідження характеристик снігу шляхом розв’язання обернених задач на основі детального вивчення властивостей подібних явищ. Загалом проблема обчислення характеристик відбиття частинок опадів несферичної форми має давню історію, однак найбільшою завершеністю відрізняються дослідження зворотного радіолокаційного розсіяння часток тільки рідких опадів. У цій статті наведено огляд фізико-механічних і електрофізичних властивостей снігу, також аналізуються особливості фізичного і чисельного моделювання характеристик радіолокаційного розсіяння частинок опадів. У роботі показано доцільність вивчення характеристик радіолокаційного розсіяння частинок опадів і проаналізовано переваги та недоліки відомих сучасних методів розрахунку радіолокаційних характеристик розсіяння діелектричних об’єктів. Дистанційне вимірювання інтегральних характеристик снігопадів на великих площах дозволяє визначати запаси води для потреб сільського господарства, а також складати гідрологічні прогнози для забезпечення сніголавинної безпеки в гірських районах.
Ключові слова: інтенсивність опадів, ефективна площа розсіяння, кристал снігу

Стаття надійшла  02.07.2015 г.
PACS     07.07.Vx
УДК 528.88:551.578.41(047)
Radiofiz. elektron. 2015, 20(3): 38-48
Повний текст (PDF)
 

References: 
  1. 1.Дюнин А. К. В царстве снега / А. К. Дюнин. – Новосибирск: Наука, 1983. – 161 .
  2. Nakaya U. Snow crystals: Natural and artificial / U. Nakaya. – 1st ed. – Harvard Univ. Press, 1954. – 510 р.
  3. Относительная влажность [Электронный ресурс]. – Режим доступа: /: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B2%D0%BB%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C. – Заглавие с экрана.
  4. Kobayashi T. The growth of snow crystals at low supersaturations / T. Kobayashi // Phil. Mag. – 1961. – 6, Iss. 71. – P. 1363–1370.
  5. Pruppacher H. R. / Microphysics of Clouds and Precipitation / H. R. Pruppacher, J. D. Klett. – 2nd ed. – Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1997. – 954 p.
  6. Auer A. H. The dimension of ice crystals in natural clouds / A. H. Auer, D. L. Veal // J. Atmos. Sci. – 1970. – 27, N 6. – P. 919–926.
  7. Davis 1974: PhD. Thesis, Depart. Environ. Sciences, Univ. of Wyoming, Laramie, Wyoming.
  8. Heymsfield A. J. Ice crystal terminal velocities / A. J. Heyms-field // J. Atmos. Sci. – 1972. – 29, N 7. – P. 1348–1357.
  9. Hobbs P. V. The Dimensions and Aggregation of Ice Crystals in Natural Clouds / P. V. Hobbs, S. Chang, J. D. Locatelli // J. Geoph. Res. – 1974. – 79, N 15. – P. 2199–2206.
  10. Klaassen W. Radar observations and simulation of the melting layer of precipitation / W. Klassen // J. Atmos. Sci. – 1988. – 45, N 24. – P. 3741–3753.
  11. Matsuo T. Melting of snowflakes below freezing level in the atmosphere / T. Matsuo, Y. Sasyo // J. Meteorological Society of Japan. – 1981. – 59, N 1. – P. 10–24.
  12. Magono C. Aerodynamic study of falling snowflakes / C. Magono, T. Nakamura // J. Meteor. Soc. Japan. – 1965. – 43. – P. 139–143.
  13. Диэлектрическая проницаемость доступа: /: 0%94%0%8%1%8%0%%0%5%0%%1%82%1%80%0%8%1%87%0%5%1%81%0%%0%0%1%8_%0%%1%80%0%%0%%0%8%1%86%0%0%0%5%0%%0%%1%81%1%82%1%8. – Заглавие с экрана.
  14. Hallikainen M. Measurements of the dielectric properties of snow in the 4–18 GHz frequency range / M. Hallikainen, F. T. Ulaby, M. Abdel-Razik // 12th Eur. Microwave Conf. Proc. – Kent: Microwave Exhibitions and Publ. Ltd., 1982. – P. 151–156.
  15. Ambach W. The dielectric behavior of snow: A study versus liquid water content / W. Ambach, A. Denoth // NASA Workshop on the Microwave Remote Sensing of Snowpack Properties. – Ft. Collins, CO, NASA CP-2153, 1980. – P. 69.
  16. A comparative study of instruments for measuring the liquid water content of snow / A. Denoth, A. Foglar, P. Weiland et al. // J. Appl. Phys. – 1984. – 57, N 7. – P. 2154– 2160.
  17. Gunn K. L. S. The distribution with size aggregate of snowflakes / K. L. S. Gunn, J. S. Marshall // J. Met. – 1958. – 15, N 5. – P. 452–461.
  18. Абшаев М. Т. Исследования микроструктуры снегопадов / М. Т. Абшаев, Ю. А. Дадали, С. М. Сижажев // Труды ВГИ. – 1971. – Вып. 19. – С. 49–56.
  19. Литвинов И. В. Опыт изучения распределения частиц снегопадов по величине / И. В. Литвинов // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. – 1959. – № 10. – С. 22–27.
  20. Harimaya T. Characteristics of snowflake size distributions connected with the difference of formation mechanism / T. Harimaya, H. Ishida, K. Muramoto // J. Meteor. Soc. Japan. – 2000. – 78. – Р. 233–239.
  21. Senn P. In-situ observations and modeling of aggregation of snowfall / P. Senn, E. Barthazy // Proc. Europ. Conf. on Radar Meteorology (ERAD-2004). – Visby, 2004. – P. 253–256.
  22. Gunn K. L. S. The distribution with size of aggregate snowflakes / K. L. S. Gunn, J. S. Marshall // J. Meteorol. – 1958. – 15. – P. 452–461.
  23. Sekhon R. S. Snow size spectra and radar reflectivity / R. S. Sekhon, R. C. Srivastava // J. Atmos. Sci. – 1970. – 27, Iss. 2. – P. 299–307.
  24. Львова Л. А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов / Л. А. Львова. – Снежинск: РФЯЦ – ВНИИТФ, 2003. – 232 с.
  25. Experimental determinations of the back-scattering cross-sections of water drops and of wet and dry ice spheres at 3.2 centimeters / J. R. Gerhardt, C. W. Tolbert, S. A. Brun-stein, W. W. Bahn // J. Meteorol. – 1961. – 18. – P. 340–347.
  26. Allan L. E. Measurements of the backscatter matrix of dielectric spheroids / L. E. Allan, G. C. McCormick // IEEE Trans. Antennas Propagat. – 1978. – AP-26, Iss. 4. – P. 579–587.
  27. Allan L. E. Measurements of the backscatter matrix of dialect-ric bodies / L. E. Allan, G. C. McCormick // IEEE Trans. Antennas Propagat. – . – 1980. – AP-28, .2 – . 166–169.
  28. Хлопов Г. И. Когерентная радиолокация в миллиметровом диапазоне / Г. И. Хлопов // Зарубежная радиоэлектрон. Успехи современной радиоэлектрон. – 1999. – № 9. – C. 3–27.
  29. Коростелев В. С. Экспериментальные исследования спект-ров когерентных сигналов, отраженных от снегопада в диапазоне 140 ГГц / В. С. Коростелев, Г. И. Хлопов, В. П. Шестопалов // Изв. вузов. Радиофизика. – 1991. – 34, № 3. – C. 227–233.
  30. Khlopov G. I. Spectra of the Coherent Millimeter Wave Signals, reflected from Hydrometeors / G. I. Khlopov // Telecommunications and Radio Engineering. – 1997. – 51, N 1. – P. 17–24.
  31. Yurkin M. A. The discrete dipole approximation: an overview and recent developments / M. A. Yurkin, A. G. Hoekstra // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. – 2007. – 106, Iss. 1–3. – P. 558–589.
  32. Taflove A. Review of FDTD Numerical Modeling of Electromagnetic Wave Scattering and Radar Cross Section / A. Taflove, K. R. Umashankar // IEEE Transactions on Antenna and Propagation. – 1989. – 77, N 5. – P. 682–699.
  33. Shankar V. A Time-Domain Differential Solver for Electromagnetic Scattering Problems / V. Shankar, W. F. Hall, A. H. Mohammadian // IEEE Transactions on Antenna and Propagation. – 1989. – 77, N 5. – P. 709–721.
  34. Cole J. B. High-Accuracy Yee Algorithm Based on Nonstandard Finite Differences: New Development and Verifications / J. B. Cole // IEEE Transactions on Antenna and Propagation. – 2002. – 50, N 9. – P. 1185–1191.
  35. Rylander T. Application of Stable FEM-FDTD Hybrid to Scattering Problems / T. Rylander, A. Bondeson // IEEE Transactions on Antenna and Propagation. – 2002. – 50, N 2. – P. 141–144.
  36. Radar Cross Section (RCS) Modeling and Simulation, Part 1: A Tutorial Review of Definitions, Strategies, and Canonical Examples / Ç. Uluişik, G. Çakir, M. Çakir, L. Sevgi // IEEE Antennas and Propagations Magazine. – 2008. – 50, N 1. – P. 115–126.
  37. Sun W. Finite-difference timedomain solution of light scattering by dielectric particles with a perfectly matched layer absorbing boundary condition / W. Sun, Q. Fu, Z. Chen // Appl. Optics. – 1999. – 38, Iss. 15. – P. 3141–3151.
  38. Mishchenko M. I. Light scattering by nonspherical particles: Theory, measurements, and applications / M. I. Mishchenko, J. W. Hovenier, L. D. Travis. – Academic Press, 2000. – 690 p.
  39. Barber P. Scattering of electromagnetic waves by arbitrarily shaped dielectric bodies / P. Barber, C. Yeh // Appl. Opt. – 1975. – 14, Iss. 12. – P. 2864–2872.
  40. Вычислительные методы в электродинамике / под ред. Р. Митры; пер. с англ. под ред. Э. Л. Бурштейна. – М.: Мир, 1977. – 485 с.
  41. Васильев Е. Н. Возбуждение тел вращения / Е. Н. Васильев. – М.: Радио и связь, 1987. – 272 с.
  42. Дмитриев В. И. Интегральные уравнения в краевых задачах электродинамики / В. И. Дмитриев, Е. В. Захаров. – М.: МГУ, 1987. – 167 с.
  43. Harrington R. F. Boundary Integral Formulations for Homogeneous Material Bodies / R. F. Harrington // J. Electromagnetic Waves and Applications. – 1989. – 3, N 1. – P. 1–15.
  44. Хижняк М. А. Теорія хвильових процесів: навч. посібник / М. А. Хижняк – Х.: Штріх, 2003. – 308 с.
  45. Ylä-Oijala P. Application of Combined Field Integral Equation for Electromagnetic Scattering by Dielectric and Composite Objects / P. Ylä-Oijala, M. Taskinen // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2005. –53, N 3. – P. 1168–1173.
  46. Ylä-Oijala P. Well-Conditioned Müller Formulation for Electro-magnetic Scattering by Dielectric Objects / P. Ylä-Oijala, M. Taskinen // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2005. – 53, N 10. – P. 3316–3323.
  47. Ylä-Oijala P. Surface integral equation method for General Composite Metallic and Dielectric Structures with Junctions / P. Ylä-Oijala, M. Taskinen, J. Sarvas // Progress in Electromagnetics Research. – 2005. – 52. – P. 81–108.
  48. Yan S. Improving the Accuracy of the Second-Kind Fredholm Integral Equations by Using the Buffa-Christiansen Functions / S. Yan, J. M. Jin, Z. Nie // IEEE Transactions on Antenna and Propagation. – 2011. – 59, N 4. – P. 1299–1310.
  49. Ubeda E. Taylor-Orthogonal Basis Functions for the Discretization in Method of Moments of Second Kind Integral Equations in the Scattering Analysis of Perfectly Conducting or  Dielectric Objects / E. Ubeda, J. M. Tamayo, L. M. Rius //    Progress in Electromagnetics Research. – 2011. – 119. – P. 85–105.
  50. Volakis J. L. Integral Equation Methods for Electromagnetics / J. L. Volakis, K. Sertel. – Raleigh: SciTech Publ., Inc. –  2012. – 391 p.
  51. Сухаревский О. И. Расчет характеристик радиолокацион-ного рассеяния гидрометеоров методом интегральных уравнений / О. И. Сухаревский, Г. С. Залевский, А. Б. Весе-ловская // Прикладная радиоэлектрон. – 2015. – 14, № 1. – С. 111–118.
  52. Oguchi T. Scattering and absoption of a millimeter wave due to melting hailstones / T. Oguchi // J. Radio Res. Labs. – 1966. – 13. – P. 141–172.
  53. Holt A. R. Electromagnetic wave scattering by spheroids: A comparison of experimental and theoretical results / A. R. Holt // IEEE Trans. Antennas Propagat. – 1982. – AP-30. – P. 758–760.
  54. Nomarich J. Backscatter and Attenuation by Falling Snow and Rain at 96, 140 and 225 GHz / J. Nomarich, R. J. Welman, J. Lacomb // IEEE Trans. in Geosc. And Remote Sens.  – 1988. – 26, 3. – . 39–329.
  55. Кулемин Г. П. Обратное рассеяние радиоволн санти-метрового и миллиметрового диапазонов осадками и другими атмосферными образованиями / Г. П. Кулемин. – Х.: ИРЭ НАН Украины, 1985. – 34 с. – (Препр. / АН Украины, Ин-т радиофизики и электрон., № 287).
  56. Гейстер С. Р. Статистические характеристики спектраль-ного портрета помех от дождевых облаков в сантиметро-вом диапазоне / С. Р. Гейстер // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2000. – 5, № 2. – С. 25–34.
  57. Wallace A. B. Millimeter-wave propagation measurements at the ballistic research laboratory / A. B. Wallace // IEEE Trans on Geosc. and Remote Sensing. – 1988. – 26, N 3. – P. 253–258.
  58. Richard V. W. Rain backscatter measurements at millimeter wavelengths / V. W. Richard, J. F. Kammerer, A. B. Wallace // IEEE Trans. on Geosc. and Remote Sensing. – 1988. – 26, N 3. – P. 244– 252.
  59. Ван-де-Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами / Г.Ван-де-Хюлст; пер. с англ. под ред. В. В. Соболева. – М.: Изд. иностр. лит. – 1961. – 536 с.
  60. Веселовская А. Б. Обратное рассеяние электромагнитных волн полидисперсной средой несферических капель в задачах двухачстотного дистанционного зондирования: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03 / А. Б. Веселовская. – Х., 2014. – 147 с.
  61. Шупяцкий А. Б. Радиолокационное измерение интенсивности и некоторых других характеристик осадков / А. Б. Шупяцкий. – М.: Гидрометеоиздат, 1960. – 119 с.
  62. Kane Yee. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media / Yee. Kane // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 1966. – 14, Iss. 3. – P. 302–307.