Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Дистанционные микроволновые методы для геоэкологического мониторинга засоленных и подтопленных почвогрунтов

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Дистанционные микроволновые методы для геоэкологического мониторинга засоленных и подтопленных почвогрунтов"

На правах рукописи

РОМАНОВ Андрей Николаевич

ДИСТАНЦИОННЫЕ МИКРОВОЛНОВЫЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗАСОЛЕННЫХ И ПОДТОПЛЕННЫХ ПОЧВОГРУНТОВ

25.00.36 — геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора технических наук

Барнаул —

2004

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем СО РАН и Научно-исследовательском институте экологического мониторинга при Алтайском государственном университете

Научный консультант

доктор физико-математических наук, профессор Суторихин Игорь Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Бордонский Георгий Степанович

доктор биологических наук, профессор Горяев Владимир Егорович

доктор технических наук, профессор Тищенко Андрей Иванович

Ведущая организация:

Сибирский физико-технический институт при Томском государственном университете

Защита состоится 14 мая 2004 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 в Институте водных и экологических проблем СО РАН.

Адрес: 656038, Алтайский край, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ИВЭП

СО РАН

Автореферат разослан "УЦ " О^) 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 003.00 кандидат географических наук,

!.Н. Ротанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена разработке микроволновых методов дистанционной диагностики геоэкологического состояния почвенного покрова, развивающегося под непрерывным воздействием совокупностиразличныхприродныхи антропогенных факторов.

Актуальность. Значительное количество земель на Земном шаре засолены или подтоплены. Около 200-5-300 тысяч гектар высокоценных поливных земель теряется в мире ежегодно за счет вторичного засоления, возникающего в результате неправильного проведения мелиоративных мероприятий. В целом, более 40% поливных земель подвержены процессам засоления.

Важной задачей является своевременное выявление и прогнозирование возможных экологических угроз, включая оценку природных и техногенных факторов, вызывающих негативные экологические последствия.

Основными геоэкологическими показателями, характеризующими экологическое состояние почвогрунтов и направленность процессов деградации, являются влажность, засоленность, гранулометрический состав почвы, уровень грунтовых вод. Использование наземных методов для определения этих параметров на больших территориях оказывается неэффективным, вследствие их трудоемкости.

Для геоэкологического мониторинга почвогрунтов целесообразно комплексное использование космической съемки, применяемой для оценки экологической обстановки территории в глобальном масштабе, данных мезо-масштабного зондирования с помощью средств малой авиации, и наземных измерений в реперных точках, местоположение которых определено с помощью аэрокосмической информации.

Использование дистанционных микроволновых методов позволяет получать информацию о поверхностном слое почвы толщиной от нескольких сантиметров до десятков дециметров. Но возможность интерпретации этих данных ограничивалась недостаточной исследованностью радиоизлучательных свойств почвообразующих минералов и минеральных солей, отсутствием модели, адекватно описывающей диэлектрические свойства засоленных почв в микроволновом диапазоне.

Поэтому экспериментальные и теоретические исследования диэлектрических и радиоизлучательных свойств почвогрунтов представляют значительный интерес, так как лежат в основе разработки новых дистанционных методов геоэкологического мониторинга засоленных и подтопленных почвогрунтов.

1(>ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

Цель исследования состоит в разработке и совершенствовании микроволновых методов геоэкологического мониторинга почвенного покрова с использованием эмпирических и теоретических моделей комплексного показателя преломления (КПП) и комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) почвогрунтов, основанных на учете диэлектрических свойств составляющих их компонент.

В задачи входило:

1. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств почвообразующих минералов, минеральных солей и засоленных почв в диапазоне частот 0.5...4.5 ГГц при вариациях объемной влажности, гранулометрического состава, температуры и засоленности.

2. Теоретическое моделирование диэлектрических характеристик почвообразующих минералов, минеральных солей, засоленных почв и водно-солевых растворов.

3. Разработка микроволновых методов дистанционной оценки влажности и засоленности почвы, глубины залегания грунтовых вод;

4. Создание комплекса радиометрической аппаратуры и установка его на самолет для измерения интенсивности радиоизлучения земной поверхности в инфракрасном и микроволновом диапазонах.

5. Разработка методов калибровки самолетных радиометрических измерений на тестовых участках в летний и зимний периоды.

Научная новизна

1. Впервые предложен дистанционный микроволновый способ определения гранулометрического состава почвы, основанный на измерении коэффициента излучения мерзлой незасоленной почвы.

2. Впервые предложен дистанционный микроволновый способ определения засоленности, основанный на измерении коэффициентов излучения почв, находящихся при отрицательной температуре.

3. Разработан дистанционный микроволновый способ определения объемной влажности почвы, основанный на учете диэлектрических свойств сухой почвы, свободной и связанной воды.

4. Разработан новый дистанционный микроволновый метод оценки глубины залегания грунтовых вод, основанный на измерении радиоизлучения почвы на двух длинах волн.

5. Развита методика аэрокосмического картирования глубины залегания грунтовых вод в региональном масштабе, основанная на использовании орбитальной съемки в инфракрасном диапазоне, самолетной микроволновой съемки, а также модельных представлений о распределении влаги в капиллярной кайме.

6. Впервые экспериментально установлены температурные дисперсии КДП различных по химической природе влажных

минералов. Впервые обнаружено скачкообразное возрастание КДП для кристаллогидрата Ш3СО) содержащего кристаллизационную воду, и монтмориллонита, содержащего связанную воду. Сделан вывод о существовании температурной дисперсии КДП воды, связанной на минеральных частицах.

7. Впервые разработана диэлектрическая модель водно-солевого раствора, основанная на зависимости КПП растворов МзС/, СаС/г, №1^0,, М&Оа, СаВОь ИагСОъ, МёСОъ, СаСОг, от массовой концентрации соли и включающая в себя параметры, учитывающие изменение диэлектрических свойств растворов за счет образования гидратных оболочек вокруг ионов растворенных солей;

8. Впервые экспериментально установлены новые зависимости диэлектрических характеристик почвогрунтов, содержащих соли ИаС1, СаС12, ЛЪ^О,, MgS04, СаБ04, Ыа2СО^ MgC03, СаСОъ.

9. Впервые разработана модель КДП влажной засоленной почвы, учитывающая процессы образования кристаллогидратов и растворения почвенных солей.

Предметом защиты являются новые микроволновые методы определения почвенных параметров, характеризующих экологическое состояние засоленных и подтопленных почвогрунтов.

На защиту выносятся:

1. Дистанционный микроволновый способ определения объемной влажности почвы, основанный на выделении вкладов в радиоизлучение почвенного покрова от сухой почвы, свободной и связанной воды.

2. Дистанционный микроволновый метод определения глубины залегания грунтовых вод, основанный на измерении радио-излучательных параметров почвенного покрова на двух длинах волн.

3. Дистанционный микроволновый способ определения гранулометрического состава почвы, основанный на измерении коэффициента излучения мерзлой почвы, содержащей, в зависимости от гранулометрического состава, различное количество незамерзшей воды, относящейся к категории связанной.

4. Дистанционный микроволновый способ определения степени засоленности, основанный на измерении коэффициентов излучения почв, находящихся при отрицательной температуре и содержащих, в зависимости от засоления, разное количество почвенного раствора.

5. Методология дистанционного определения засоленности почвы и качественной оценки типа почвенного засоления, основанная на измерении в микроволновом диапазоне радиоизлучательных характеристик почвы, находящейся при положительной температуре.

Научное значение полученных результатов заключается в выявлении новых взаимосвязей между диэлектрическими и физико-химическими характеристиками почвенно-минеральных смесей, водно-солевых растворов, засоленных и переувлажненных почвогрунтов в микроволновом диапазоне и разработке теоретических моделей комплексной диэлектрической проницаемости.

Практическая значимость

Выполненные экспериментальные и теоретические исследования явились научной основой для разработки новых микроволновых методов определения физико-химических и структурных параметров почвогрунтов, использованных для геоэкологического мониторинга на территории Алтайского края и Кемеровской области.

Найдены технические решения по созданию и установке на самолет АН-2 7-канального радиометрического комплекса, используемого для измерения интенсивности теплового излучения земной поверхности в инфракрасном и микроволновом диапазонах. Развита методика калибровки самолетных микроволновых измерений в зимний период.

Разработаны новые способы дистанционного определения объемной влажности, гранулометрического состава и засоленности почвы (получены патенты).

Для студентов радиофизических специальностей вузов разработан спецкурс "Радиоволновые методы зондирования", читаемый на физико-техническом факультете Алтайского государственного университета, и опубликовано учебное пособие "Микроволновые методы дистанционного зондирования земных покровов".

Достоверность результатов экспериментальных исследований и базирующихся на их основе защищаемых научных положений подтверждается достаточным с позиций теории вероятности и математической статистики количеством проведенных измерений исследуемых параметров, использованием современных методов и аттестованных метрологической службой измерительных приборов, применением современных компьютерных технологий, обеспечивающих заданный уровень надежности, проведением контрольных измерений, совпадающих с экспериментальными данными полученными другими авторами, многочисленными публикациями в рецензируемых изданиях в России и за рубежом, обсуждением основных результатов на российских и международных научных конференциях и симпозиумах, проведением государственной экспертизы при оформлении патентов.

Научная апробация результатов

Основные результаты работ, составляющих содержание диссертации, обсуждались на совещаниях, семинарах, конференциях, симпозиумах всероссийского, всесоюзного и международного уровня, таких как: Всесоюзное совещание "Роль мелиораций в природопользовании" (Владивосток, 1990), I и II Всесоюзные конференции "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды", (Ереван, 1990, Муром, 1990), XVI-XVIII Всесоюзные и XIX Всероссийская конференции по распространению радиоволн (Харьков, 1990, Ульяновск, 1993, Санкт-Петербург, 1996, Казань, 1999), Межрегиональная конференция "Проблемы региональной экологии" (Томск, 1992), Международный научный семинар по аэрокосмическому мониторингу земных покровов и атмосферы (Киев, 1993), International Symposium on Radio Propagation (Beijing, China, 1993), International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'93) (Tokyo, Japan, 1993), IGARRS'95 (Firence, Italia, 1995), IGARSS'98 (Seattle, USA, 1998), IGARSS'99 (Hamburg, German, 1999), 26th International Symposium on Remote Sensing of Environment and the 18th Canadian Symposium on Remote Sensing (Vancouver, Canada, 1996), Всероссийская научная конференция "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами" (Муром, 2001), Всероссийская конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", (Москва, 2003) и др.

Практическая апробация результатов

Разработанные дистанционные методы использованы при дистанционном определении влажности почвы в 12 районах Алтайского края, при оценке зон фильтрации Кулундинского магистрального канала, аэрокосмическом картировании влажности почвы и уровней грунтовых вод вблизи отстойников Алтайского горнообогатительного комбината (пос. Горняк) и Беловского водохранилища (Кемеровская обл.).

Внедрены в практику Алтайским институтом мониторинга земель и экосистем и Главным управлением природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Алтайскому краю "Дистанционный микроволновый метод определения глубины залегания грунтовых вод" и "Технология картирования объемной влажности почвы и уровней грунтовых вод по данным аэрокосмического зондирования в инфракрасном и микроволновом диапазонах".

Связь с плановыми научно-исследовательскими работами

В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных в Институте водных и экологических проблем СО РАН и Научно-исследовательском институте экологического мониторинга при АлтГУ в рамках плановых научно-исследовательских работ по федеральным научным программам "Университеты России" (1993, 2000), "Экология России" (1993), "Комплексная программа оценки последствий испытаний ядерных устройств на Семипалатинском полигоне на население Алтайского края", госбюджетным темам "Разработка научных основ системы регионального экологического мониторинга", "Дистанционное зондирование природных ресурсов в условиях антропогенного воздействия", грантам РФФИ №99-02-16816 (19992000) и №02-02-30007 (2002 г.), ФЦКП "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 19972000 годы", проект № 252 "Учебно-научный центр РАН и МО и ПО-Научно-исследовательский институт экологического мониторинга при АлтГУ", проект И0615 "Разработка научных основ мониторинга объектов природной среды Сибирского региона с использованием спутниковой информации", (2002 г.) и др.

Личный вклад автора при выполнении работы заключался в формулировании основных научных идей, проведении теоретических расчетов по моделированию диэлектрических характеристик почв и воды, организации и проведении самолетных и полигонных измерений радиоизлучательных параметров мерзлых и незамерзших почв, внутренних водоемов в Алтайском крае и Кемеровской области. Все лабораторные измерения диэлектрических параметров минералов, солей, засоленных почв выполнены автором лично.

Автор выражает искреннюю признательность за сотрудничество соавторам научных работ и, в первую очередь, научному консультанту д.ф.-м.н., профессору И.А. Суторихину, за методологическую помощь в представлении экспериментальных и теоретических данных-

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 работ, в том числе: 3 монографии (общий объем 14,5 уч.-изд. л.), 1 коллективная монография (5,9 уч.-изд. л.), 1 учебно-методическое пособие (5 уч.-изд. л.), более 20 статей в центральной печати, 3 патента на изобретение. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 261 наименования, содержит 92 рисунка, 16 таблиц. Общий объем диссертации составляет 255 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, проводится анализ состояния исследований по изучаемой проблеме, формулируются цели и задачи исследования. Оценены научная новизна полученных результатов и их практическая значимость, Обозначены основные положения диссертации, выносимые на защиту. Дана общая характеристика работы.

В первой главе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований диэлектрических характеристик почвообразующих минералов и минеральных солей, формирующих почвенное засоление.

В 1.1 описаны основные законы радиотеплового излучения, приведены соотношения между излучательными, диэлектрическими и водно-физическими параметрами почв, используемые в дальнейшем при разработке диэлектрической модели засоленной почвы.

В 1.2 описана лабораторная установка, собранная на базе измерителя разности фаз ФК2-18 и набора генераторов сигналов типа Г-4, использованная для измерений диэлектрических характеристик дисперсных смесей и жидкостей в диапазоне 0.4-5-4.5 ГГц. Изложена методика приготовления образцов, оценены погрешности измерений.

В 1.3 приведены результаты исследований в диапазоне 0,4...4,5 ГГц зависимостей показателей преломления п и поглощения к от частоты f для минералов (кварц, каолинит, монтмориллонит) и солей (ЫаС1,

различающихся по

характеру взаимодействия с водой. Показано, что зависимости п(Г) и K(F) неодинаковы для влажных минералов и солей, имеющих разный химический состав. Это связано с тем, что в дисперсной смеси образуются разные категории воды, которые на одних и тех же частотах характеризуются различными значениями пи к.

На примере солей образующих

кристаллогидраты, исследовано частотное поведение п Л кристаллизационной воды. Показано, что в этом диапазоне частот диэлектрические характеристики кристаллизационной воды частотной дисперсии не имеют. По данным измерений п и к на разных частотах для сухого и влажного каолинита, оценены значения п иk адсорбированной воды.

В 1.4 исследованы закономерности поведения диэлектрических характеристик почвообразующих минералов и минеральных солей от объемной влажности W. Установлено, что влияние W на п и к минералов зависит от специфических особенностей их взаимодействия с водой.

Зависимости п("" и К("" нерастворимых и слабо растворимых в воде минералов (кварц, каолинит, кальцит, магнезит и др.) имеют точку излома, соответствующую максимальной доле связанной воды и могут быть описаны двумя прямыми линиями (рис. 1а-б).

Зависимости п("" и К("" легкорастворимых минеральных солей ЫагСОз и N82804, при увлажнении образующих кристаллогидраты, интерполированы прямыми линиями (рис. 1в-г) в диапазоне от 0 до где "" — объемная влажность, соответствующая максимальному содержанию кристаллизационной воды в дисперсной минеральной смеси. При " > "" происходит разрушение кристаллогидратов и образование насыщенного раствора, обусловливающее за счет высоких значений лик резкое возрастание п и к всей смеси с увеличением ""

Существенно отличающийся вид зависимостей п("") и К("), приведенных на рисунке 1д, наблюдается для ангидрита (СаБО^, образующего при \Ук(0.5) и W|I(2) 0.5-водный (алебастр) и 2-х-водный (гипс) кристаллогидраты. При этом возникающий из ангидрита гипс характеризуется слабой растворимостью. Зависимости п("") и К("" ДЛЯ имеют два излома, соответствующие (исходя из массовых соотношений воды и сухой соли) образованию алебастра и гипса.

Значения пик соли ИаС1, не образующей кристаллогидратов, линейно возрастают с увеличением \¥. Причем скорость возрастания оказывается значительно выше, чем для Ыа2СОз И Ыа2804. Это связано с тем, что при увлажнении в безводной соли с п=1.8, к<0.01, образуется насыщенный раствор с п=14,7...15,1 и к=13,2...13,5.

Из рисунка 1е видно, что появление насыщенного раствора способствует значительному возрастанию п ик увлажненной соли, в зависимости, прямо пропорциональной величине увлажнения.

Для описания диэлектрических свойств минералов и солей предложено использовать рефракционную модель, применявшуюся ранее для нерастворимых минералов, модифицировав ее, путем добавления компонент, учитывающих изменение фазового состава воды, происходящее при взаимодействии с минеральными солями с образованием кристаллогидратов или насыщенного раствора.

В 1.5 приведены результаты измерений действительной б' и мнимой е" частей КДП минералов и солей от температуры 1 Вид е'(1) и £"(0 оказывается различным для образцов с разной химической природой.

На рис. 2а приведены зависимости е'(1) И Б"(1) для кристаллогидрата соды. В диапазоне 15...90°С значения z' ие" остаются постоянными, а при 1 = 9О...1О2°С наблюдается резкое возрастание б' И б". Затем скорости возрастания заметно снижаются и остаются

постоянными вплоть до 140°С.

5Л-, 7-

□ 0 0.1 02 0,3 0.4 05 ое

0,00 0.02 0.04 0.00 V/ 0.08

Рис. 1. Зависимости показателей преломления п (1) и поглощения к (2) кварцевого песка (а), каолинита (б), ЛГа2С03 (в),, (г), СаБО* (д),

ШС1 от объемной влажности Wна частоте 1.11 ГТц

На рисунке 26 приведены зависимости е'(1) и е"(*) для промытого монтмориллонита ^=0.04), содержащего только связанную воду. В диапазоне 20...1Ю°С с ростом I наблюдается близкое к линейному возрастание значений е' и в". Далее, при 111°С, наблюдается скачкообразное увеличение е' и £" примерно на 10% и 5%. После чего, до 140°С, значения £' и г" возрастают линейно. Наблюдаемый скачок е'и е" может быть обусловлен отрывом водных молекул от минеральных частиц, в результате чего связанная вода становится свободной.

С использованием измеренных значений были рассчитаны

зависимости е'(0 и £"(1) связанной воды, для которой скачок при 111°С составляет 15% для г' и 20% для е" (рис. 2в).

На рисунке 2г приведены зависимости влажного

монтмориллонита, содержащего как связанную, так и свободную воду.

в) г)

Рис. 2. Зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей КДП Ыа2СОэ с \¥ = 0.17 (а), №С1 с \¥ = 0.12 (б), монтмориллонита с№ = 0.04 (в) и W = 0.45 (г) от термодинамической температуры.

В 1.6 исследовано на примере МагСОз влияние гидратации на диэлектрические свойства солей, образующих кристаллогидраты. Диэлектрические свойства водно-солевой смеси зависят от соотношения масс безводной соли и воды. Показано, что гидратацию следует учитывать при измерении КДП солей, образующих кристаллогидраты, и засоленных почв, так как значения диэлектрических параметров могут изменяться от долей единиц до десятков раз.

Диэлектрические свойства засоленных почв зависят от диэлектрических свойств почвенного раствора.

В 1.7 приведены результаты исследований диэлектрических свойств водных растворов ЫаС1, СаСЬ, N32804, N^804, СаБ04, ЫагСОз, М£С03, СаС03 при вариациях массовой концентрации соли 8 от 0 до насыщенного раствора. Для исследований выбирали химически чистые образцы солей и дистиллированную воду. Требуемой концентрации солевого раствора достигали путем растворения в соответствующих пропорциях соли в воде. Измерения проводили при I = 24±1°С.

На рисунке За-б приведены зависимости п(8) и К(8) ДЛЯ ВОДНЫХ растворов характеризуемых высокой растворимостью.

Видно, что влияние 8 на п и к проявляется неодинаковым образом для исследованных солей, что связано с их структурными различиями.

На зависимостях п(8) и К(8) выделяются три области концентраций, в которых поведение диэлектрических свойств раствора изменяется. Это связано с тем, что при растворении соли в воде, ионы в той или иной степени искажают структуру растворителя, образуя вокруг иона гидратные оболочки, относящиеся к координационным сферам дальней и ближней гидратации. Степень искажения связана с размерами иона и характером его взаимодействия с водой.

Структурные изменения, происходящие в водно-солевом растворе, заключаются в переходе от структуры чистого растворителя (воды), сохраняющейся вплоть до 8 = Б], когда вся вода в растворе оказывается распределенной между сферами дальней и ближней гидратации, к структуре насыщенного раствора, характерной для высоко концентрированных растворов с концентрациями Б > Эг- Здесь Бг - концентрация, при которой сфера дальней гидратации исчезает и вода локализуется в сфере ближней гидратации. В интервале видимо, одновременно существуют области со структурой чистой воды и структурой концентрированного раствора.

В области соответствующей слабо концентрированному

раствору со структурой, близкой к структуре чистой воды наблюдается значительное возрастание п икс увеличением 8. В области Б = Б^..Бг, скорость возрастания п ик заметно снижается. Подобное изменение

диэлектрических параметров раствора обусловлено переходом от структуры воды, присущей разбавленному раствору, к квазикристаллической структуре насыщенного раствора путем дегидратации вторичной гидратной сферы. Величина, переходной области минимальна для водных растворов слаборастворимых солей и максимальна для водных растворов легкорастворимых солей.

В конечной области, соответствующей концентрированному раствору, имеющему структуру насыщенного раствора, для солей М§304, Ыа2504, Иа2С03 наблюдается уменьшение значений п и^ видимо, за счет уменьшения ионной проводимости, обусловленного увеличением вязкости раствора.

а) б)

Рис. 3. Зависимости показателей преломления (1) и поглощения (2) водных растворов .Маг^СОз (а) и ЫаС1 (б) от массовой концентрации соли

Для слаборастворимых солей СаСОз, Х^СОз наблюдаемые из эксперимента начальная и переходная области малы и для их обнаружения требуется проведение более детальных измерений диэлектрических параметров.

На основе выявленных зависимостей п^) и K(S) разработана модель КДП водно-соевого раствора, включающая в себя определенные из эксперимента значения концентраций и диэлектрических параметров водно-солевых растворов, соответствующих насыщенному раствору, а также предельным случаям существования в растворах сфер дальней и ближней и только ближней гидратации.

Во второй главе "Диэлектрические и радиоизлучательные характеристики незаселенных почв в микроволновом диапазоне"

исследовано влияние объемной влажности W на диэлектрические и радиоизлучательные свойства незаселенных почв.

В 2.1 описаны методики самолетных и наземных измерений, а также бортовой радиометрический комплекс, устанавливаемый на самолет и используемый для- дистанционных измерений радиоизлучательных характеристик земной поверхности.

В 2.2 исследовано влияние на коэффициент излучения % незаселенных почв. На основе самолетных измерений х» контактных измерений W и лабораторных измерений диэлектрических параметров почвы разработан дистанционный способ определения W незасоленной почвы. Объемная влажность почвы определяется по формуле

где — объемная доля связанной воды в почве, Хш> Хсух> XI» — коэффициенты излучения воды, сухой почвы и почвы с объемной влажностью определяемые в лабораторных условиях с

использованием образцов почвы и воды, отобранных в зоне проведения дистанционных измерений.

Относительная погрешность определения W диапазоне 0.10...0.30 составила 10-12%.

В 2.3 исследовано влияние близко залегающих к поверхности уровней грунтовых вод (УГВ) на радиоизлучение почвенного покрова. Выявлена устойчивая зависимость которая характеризуется

общими закономерностями для различных почвенно-климатических зон и прослеживается до глубины 1-3 м. По данным самолетной микроволновой съемки территории с нарушенной гидрологической обстановкой разработан- дистанционный 2-волновый метод определения глубины залегания грунтовых вод.

Физической основой дистанционного определения УГВ является влияние режимов поверхностного увлажнения скин-слоя /э, вносящего основной вклад в излучение, на зависимость почвенного покрова в зонах фильтрации и подтопления.

Различают следующие режимы увлажнения поверхностного слоя за счет грунтовых вод:

1. Полное насыщение слоя /э грунтовыми водами.

2. Капиллярное увлажнение скин-слоя. Выражение для определения Нупз имеет следующий вид:

нугв =1э+К \yT_Ji

шах шш

где Wx — объемная влажность поверхностного слоя почвы толщиной /Э(Л), определенная по данным радиометрических измерений на длине волны X, W"max Wmm - объемные влажности, соответствующие полной (ПВ) и наименьшей (НВ) влагоемкостям.

Величины ПВ и йк, входящие в выражение, являются константами для почвы данного типа и гранулометрического состава. Величина Ак зависит от размеров пустот и структуры порового пространства и изменяется в пределах от нескольких сантиметров (для песков) до нескольких метров (для глин). Wm,„ определяется по результатам измерений в сантиметровом диапазоне.

3.Отсутствие капиллярного насыщения. В этом случае реализуется третий режим, для которого выполняется условие Влажность почвы в этой зоне не зависит от УГВ, а определяется осадками, орошением и испарением с почвы.

На рисунке 4 в качестве примера приведены уровни грунтовых вод по профилю стационарных скважин Кулундинского магистрального канала (Алтайский край).

50 0... О 50 100 150 200 250 300 L, м

Рис. 4. Уровни грунтовых вод по профилю стационарных скважин: 1-профиль земной поверхности; 2 — контактные измерения УГВ в стационарных скважинах, 3 —дистанционные измерения УГВ

В 2.4 приведены результаты дистанционного картирования W и УГВ по данным аэрокосмической съемки в оптическом (инфракрасном) и микроволновом диапазонах, осуществленной с использованием дистанционных методов определения W и УГВ.

Аэрокосмическое зондирование в оптическом и микроволновом диапазонах позволяет получить информацию о распределении переувлажненных участков почвы на больших площадях. Помимо этого аэрокосмические снимки в оптическом диапазоне используются для построения карт-основ исследуемых территорий, на которые в последствии наносятся данные самолетной микроволновой съемки и наземных измерений УТВ.

Коэффициенты излучения % почвы, измеренные с самолета на длинах волн 2,25 и 27 см интерпретировали в объемные влажности почвы в поверхностном слое и в слое с помощью зависимостей построенных по данным лабораторных измерений КДП почвенных образцов, отобранных с тестовых участков. Помимо этого КДП почв использовали для построения зависимости /э(W).

На рисунке 5 приведена карта-схема распределения УГВ на исследованной территории. Для сравнения приведены данные контактных измерений уровней фунтовых вод на тестовых участках.

В третьей главе "Диэлектрические и радиоизлучательные характеристики засоленных почв в микроволновом диапазоне" исследованы диэлектрические характеристики засоленных почв.

В 3.1 изложены основные проблемы дистанционной диагностики засоленных почв, связанные с неоднородностью их физико-химических свойств по глубине, пространственной "пестротой" и динамикой процессов засоления-рассоления, существенным образом изменяющих радиоизлучательные характеристики почвенного покрова.

В 3.2 исследовано влияние W на диэлектрические характеристики засоленных почв на частоте 1,1 ГТц. Показано, что n(W) и К^) ПОЧВ, содержащих различные соли, существенно различаются за счет разного фазового состава почвенного раствора. При оценке влияния W на п и к засоленных почв следует учитывать, что помимо засоленности, это влияние будет зависеть от типа соли.

Слаборастворимые соли СаСОз, М^СОз, связывают почвенную влагу за счет физической адсорбции, с образованием связанной воды, объемная доля которой зависит от Ъ. На зависимостях п(\¥) и К(\¥) ДЛЯ почв, содержащих такие соли, наблюдается излом при соответствующей объемной доле воды, адсорбированной почвой и солью.

Для почв, содержащих растворимые соли, диссоциирующие при взаимодействии с водой на ионы без образования кристаллогидратов (например, ЫаС1), влияние W проявляется в возрастании п и к почвы с увеличением \¥ за счет образования насыщенного раствора, переходящего в разбавленный раствор при соответствует максимальной доле насыщенного раствора в смеси.

Рис. 5. Карта-схема распределения уровней грунтовых вод на

территории, прилегающей к Беловскому водохранилищу: -200-

изолинии уровней залегания грунтовых вод в см, построенные по данным - самолетной радиометрической съемки; о — скважины - с УГВ>1 м; + — скважины с УГВ<1 м

Для почв, содержащих соли NaiCOz, Na^SO*, MgSO4, образующие кристаллогидраты, вид зависимостей n(W) и K(W) В значительной мере определяется соотношением между W и Z, но, кроме того, зависит от дисперсности почвенно-минеральных частиц. Диэлектрические свойства засоленных песчаных и глинистых почвогрунтов исследовали на частоте 1.11 ГГц. По результатам эксперимента были построены зависимости n(W) и K(W) ДЛЯ песка и глины, содержащих NaiCOi, на основе которых была разработана модель влажностной зависимости КДП засоленных содой почв.

На рисунках 6а-б приведены зависимости n(W) и k(W) ДЛЯ незасоленного и засоленного песка. Из их сравнения видно, что присутствие солей в песке способствует существенному изменению диэлектрических свойств засоленных почв.

Наблюдаемое на рисунке 6 нелинейное поведение n(W) и k(W) для песка, содержащего Na2COï, объясняется тем, что эта соль при взаимодействии с водой связывает ее химическими силами, с образованием кристаллизационной воды, доля которой зависит от Z При W < Wвода находится в состоянии физически связанной влаги (адсорбируется на поверхности частиц песка) или химически связанной (входит в состав кристаллогидратов). Так как n ик для ЫагСОз и песка оказываются близкими по численным значениям, то замена части песка кристаллогидратами не вызывает заметного изменения n ик смеси.

Величина УУ\, отмеченная на рисунке 6а, представляет собой объемную влажность, соответствующую суммарной доле связанной и кристаллизационной воды, находящейся в образце. В диапазоне

соответствует растворению всей содержащейся в смеси соли, наблюдается значительный рост пике увеличением W, так как происходит растворение кристаллогидратов и появление насыщенного раствора Na£0-}, с я=11.3... 11.8, к=7.5...7.8. При раствор становится разбавленным.

На рисунке 6б приведены зависимости n(W) (1) и K(W) (2) для песка, содержащего NaCl. Видно, что, n ига увеличением W возрастают линейным образом, причем, скорость возрастания значительно выше, чем для незасоленного песка. Подобный вид экспериментальных зависимостей может быть обусловлен образованием в песке насыщенного раствора NaCl.

Как правило, в естественных почвах присутствует комплекс солей, которые, взаимодействуя с водой, в присутствии других солей могут изменять свои физико-химические свойства. Для изучения поведения диэлектрических свойств почв, содержащих разные соли, проводили

исследования зависимостей и К("^ ДЛЯ песка, содержащего

массовые солевые добавки 2.5% Na2CO3 и 2.5% N0.01, результаты которых представлены на рисунке 66.

На п{Ж) и К(Ц9 выделяются два влажностных диапазона, характеризуемых разными наклонами. В диапазоне в

засоленном песке, видимо, появляется кристаллизационная вода, образующаяся в кристаллогидратах ЫаъСО}. Однако, в отличие от рисунка 6а (2, 2'), скорость возрастания п ик смеси оказывается более высокой, что может быть обусловлено одновременным растворением соли ШС1 и появлением в смеси насыщенного раствора, наряду с образовавшимися кристаллогидратами.

Рис. 6. Влажностные зависимости показателей преломления (1, 2) и поглощения (1', 2') незасоленного песка (1, 1') (а) и песка с массовым содержанием солей: 5% Ш2С03, (2, 2') (а), 5% №С1 (1, 1') (б), 2.5% №гСОъ и 2.5%ЫаС1(2,2') (б).

В диапазоне Ж>Ж„скорость возрастания пик увеличивается, что может служить косвенным доказательством растворения кристаллогидратов и образования насыщенного раствора наряду с насыщенным раствором ШС1.

Из анализа рисунков 6а-б следует, что диэлектрические свойства почвогрунта зависят от того, какие из категорий почвенной воды и в каких пропорциях в нем присутствуют: а) физически связанная адсорбированная вода; б) химически связанная кристаллизационная вода; в) насыщенный раствор соли, г) разбавленный раствор соли.

Величина влажностных диапазонов каждой из перечисленных категорий зависит от дисперсности почвогрунта и засоленности.

На рисунке 7 приведены зависимости Х(^) для песка, построенные по данным лабораторных измерений КДП, имеющие следующий вид: для незасоленного песка:

X = (0.94 ± 0.005) - (1.45 ± 0.095) ■»'+(1.4+0.3) • IV2,

для песка, содержащего 5%№зСОз:

_ Г(0.94 ± 0.002) - (0.21 ± 0.03) ■ 0 < IV < 0.12, = {(1.4 ± 0.1)-(4.7 ± 0.9)-Г + (5 +3)^,0.12 < ^ < 0.30,

для песка, содержащего 5% №С1:

Рис. 7. Зависимости коэффициента излучения песка с массовым содержанием ЫагСО3 0% (1) и 5% (2) от объемной влажности.

В диапазоне 0<W<Wк+Wcвяз> где "" и "связ- объемные доли кристаллизационной и связанной воды в песке, значения X для засоленного песка изменяются слабо, в отличие от незасоленного песка. Наблюдаемый эффект слабой зависимости X от "" связанный с образованием в почве кристаллогидратов, может служить основой для дистанционного обнаружения участков почв с содовым засолением.

В отличие от соды, присутствие в почве ШС1 способствует более резкому уменьшению коэффициента излучения с увеличением ""

Дистанционное обнаружение засоленных участков почвы, оценка засоленности и типа засоления могут быть осуществлены на основе зависимостей хОЮ с использованием априорной информации о W.

В 3.3 исследовано на частоте 1.11 ГГц влияние засоленности на поведение КДП влажных почв. Установлено, что диэлектрические свойства засоленных почв зависят от соотношения между W и Ъ почвы, показывающего, какие категории почвенной влаги в данной почве присутствуют, и какие количества соли находятся в растворенном и нерастворенном состояниях.

Рис. 8 Зависимости показателей преломления (1, 2) и поглощения (Г, 2') влажного песка от засоленности. 1, V - IV = 2'

^=0.15...0.17.&-Иа2СОъ б -Л/ят,, в -СаЮ4, г-МзС/.

Зависимости п(Ъ) и К(Ъ) минеральных солей, находящихся при влажности Жмг, соответствующей образованию в песке связанной воды, и представлены на рисунке 8а-г.

Видно, что при — значения пик песка, содержащего соли КагСОз, М§804) СаБОд, ЫаС1 от / зависят слабо. Аналогичные зависимости получены для песка, содержащего Отметим, что соли сами адсорбируют воду, количество которой зависит от типа соли и времени адсорбирования.

При \У==0.15-;-0.18 объем связанной воды остается постоянным, в то время как свободная вода, взаимодействующая с солью, в зависимости от типа соли и засоленности переходит в солевой раствор разной концентрации или связывается химически, образуя кристаллогидраты. При этом почвенный раствор не является диэлектрически однородным, а представляет собой сумму объемов гидратированных ионов и воды, попадающей в сферы дальней и ближней гидратации. В результате изменения в засоленной почве объемов воды, относящейся к разным категориям и имеющим разные значения п и к, наблюдается различие диэлектрических свойств засоленной почвы.

Зависимости п(Х) и К(Х) ДЛЯ почвогрунта с \У=0.15-г-0.18, содержащего соли имеют максимум при

некотором значении 21, зависящем от W и соответствующем существованию соли в почве в виде почвенного раствора. При Ъ < Ъ', вся соль в почвогрунте находится в растворенном состоянии. С ростом Ъ увеличивается концентрация почвенного раствора, обусловливающая изменение п и к за счет ионной проводимости. При Ъ>Ъ', соль в почвогрунте присутствует как в виде насыщенного раствора, так и в виде сухой соли, выпавшей в осадок. С увеличением Ъ объемная доля насыщенного раствора, имеющего высокие значения п и к, уменьшается, а количество соли, выпавшей в осадок и характеризующейся более низкими значениями диэлектрических параметров, увеличивается. Соответственно с этим происходит уменьшение значений п и к, наблюдаемое на рисунках 8а-в.

Несколько отличное поведение зависимостей п(2) и к(2) наблюдается для засоленного почвогрунта, содержащего ИаС1, с АУ=О.15*0Л7. Как видно из рисунка, пик резко возрастают до некоторого значения Ъ, затем скорость возрастания уменьшается. Это объясняется тем, что, достигая при некотором значении максимального значения, содержание насыщенного раствора в засоленной почве не уменьшается с ростом Ъ, а остается постоянным. При этом добавленная порция соли находится в безводном виде.

Установленные экспериментальные зависимости послужили основой для разработки модели КДП засоленной почвы. Используемые в этой модели параметры легли в основу базы данных диэлектрических характеристик минералов, минеральных солей и засоленных почв и

могут быть применены при разработке методов дистанционной микроволновой диагностики засоленных почв.

В четвертой главе "Радиоизлучательные характеристики мерзлых почв и почв, находящихся при отрицательной температуре" приведены результаты исследований влияния физических параметров на радиоизлучение мерзлых почв в микроволновом диапазоне. Дистанционные исследования проводили на территории равнинной части Алтайского края и охватывали в трех почвенно-климатических зонах.

В 4.1. описана методика проведения дистанционных измерений радиоизлучательных характеристик почвенного покрова и внутренних водоемов в зимний период с борта самолета АН-2. В этом же параграфе изложена методика проведения наземных измерений водно-физических параметров почвы. Описаны возможности применения нейтронных влагомеров для определения плотности снежного покрова.

В 4.2 исследовано влияние W на радиоизлучение мерзлой почвы.

В 4.3 исследовано влияние гранулометрического состава и температуры на коэффициент излучения мерзлой почвы.

Разработан дистанционный способ определения

гранулометрического состава почвы, основанный на зависимости коэффициента излучения мерзлой почвы от объемной доли незамерзшей воды, количество которой при данной температуре зависит от дисперсности почвенных частиц.

Зависимость радиояркостного контраста Дх=Х(0)_от процентного содержания физической глины О, установленная на частоте 13.3 ГГц для модельных грунтов с 1=-5...-3°С, приготовленных путем смешивания песка и глины, приведена на рис. 9.

0 00 ¿Ъ ^¿о

Рис. 9. Зависимость радиояркостного контраста модельного грунта от процентного содержания физической глины

Как видно, наблюдается нелинейное возрастание Дх с увеличением в в почвенном образце.

Зависимость Дх(С), изображенная на рисунке 9 имеет вид

В 4.4 исследовано влияние засоленности на радиояркостную температуру Тя почвы, содержащей №С1 и находящейся при К0°С. Приведено описание дистанционного способа определения засоленности почвы, основанного на экспериментально установленной для разных термодинамических температур зависимости

Физической основой определения засоленности по радиоизлучению почвы, находящейся при отрицательной температуре, является существование в ней водно-солевого раствора, количество которого зависит от гранулометрического состава, температуры почвы и типа соли, а также значительное различие диэлектрических характеристик раствора, сухой почвы и льда в сантиметровом диапазоне.

Как видно из зависимостей Тя(Х)у приведенных на рисунке 10, Тя уменьшается с возрастанием Ъ. Так как в сантиметровом диапазоне радиоизлучение засоленных почв, находящихся при I > 0°С зависит от I и W и практически не зависят от Ъ, то при X < 0°С уменьшение Тя с увеличением Ъ связано с возрастанием объемной доли незамерзшей воды, находящейся в мерзлой почве при данной X.

Рис. 10. Зависимость радиояркостной температуры на длине волны 2.25 см от засоленности модельного грунта с X = -15°С (1), -12°С (2), -8°С(3),-5°С(4),-1°С(5)

Дх = (0.00610.001)-С - (7 ± 4)-10'5-С2 + (3 ± 2)-10"7-С3.

Тя

0 0.2 0.4 0.6 0.8 7°/а

В 4.5 исследовано влияние глубины промерзания с/м на коэффициент излучения % почвенного покрова с мерзлым верхним слоем. На рисунке 11 приведена зависимость хМи) на длине волны 50 см, которая была интерполирована соотношением

X = (0.55±0.08)+(0-002±0.001)^м + (5 ± 4)-10^м2.

При наличии априорной информации о влажности и температуре поверхностного слоя почвы, возможно использование приведенного соотношения для оценки глубины промерзания почвенного покрова по данным микроволнового зондирования.

1.0 X

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0Л

0,3ч—i—■—i—.—■—,—.-,—■—.

40 80 120 160 200, 240

ducm

Рис. 11. Зависимость коэффициента излучения почвенного покрова от толщины мерзлого верхнего слоя на длине волны 50 см

В Заключении сформулированы некоторые важные направления исследования диэлектрических свойств засоленных почвогрунтов, не нашедшие отражения в данной работе.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Установлены новые закономерности в частотном, влажностном, температурном поведении диэлектрических характеристик минералов, минеральных солей в микроволновом диапазоне.

1.1. Исследованы зависимости диэлектрических характеристик сухих и влажных дисперсных минералов и минеральных солей от частоты в диапазоне 0.5...4.5 ГТц. Показано, что в этом диапазоне КДП кристаллизационной воды частотной дисперсии не имеет. Оценены значения КДП воды, адсорбированной на каолините и высказано предположение, что ее частота релаксации смещена в область низких частот по сравнению со свободной водой.

1.2. Исследовано влияние влажности на диэлектрические свойства минералов и минеральных солей. Показано, что зависимости показателей преломления и поглощения от влажности для минералов и солей зависят от характера их взаимодействия с водой и могут быть описаны кусочно-ломаными линиями с различным количеством изломов, наблюдаемых при влажностях, соответствующих появлению в минеральной смеси новых категорий воды. Для описания КДП предложено использовать рефракционную модель, учитывающую переменность компонентного состава.

1.3. Исследованы диэлектрические свойства дисперсных сухих и влажных минералов и минеральных солей температурном диапазоне 20... 140°С. Выявлена температурная дисперсия КДП связанной воды.

1.4. Исследованы диэлектрические свойства водно-солевых растворов от массовой концентрации. На зависимостях показателей преломления и поглощения от массовой концентрации обнаружены области, соответствующие концентрациям насыщения сфер ближней и дальней гидратации, образующихся вокруг ионов. Разработана диэлектрическая модель водно-солевого раствора, учитывающая различия диэлектрических параметров воды, заключенной в гидратных сферах.

2. Исследовано влияние гидрофизических характеристик почвы и глубины залегания грунтовых вод на радиоизлучение почвенного покрова.

2.1. Разработан уточненный дистанционный радиометрический способ определения объемной влажности почвы в поверхностном слое толщиной зависящей от длины волны и диэлектрических характеристик почвы. Проведена апробация способа на территории Алтайского края и Кемеровской области.

2.2. Разработан дистанционный радиометрический способ определения глубины залегания грунтовых вод, основанный ни

измерении радиоизлучательных характеристик почвенного покрова на двух длинах волн в сантиметровом и дециметровом диапазонах.

2.3. Разработана методика дистанционного картирования глубины залегания грунтовых вод, основанная на комплексной обработке данных орбитальных и самолетных измерений в оптическом (инфракрасном) и микроволновом диапазонах.

3. В микроволновом диапазоне исследованы диэлектрические характеристики засоленных почв.

3.1. Диэлектрические свойства засоленных песчано-глинистых почвогрунтов зависят от фазового состава присутствующей в них воды. Вид зависимостей показателей преломления и поглощения засоленного почвогрунта от объемной влажности определяется содержанием и химическими свойствами солевых добавок. Разработана модель КДП засоленного почвогрунта, учитывающая изменения фазового состава воды в почве.

32. Для разных типов почвенного засоления установлены зависимости диэлектрических свойств песчано-глинистых почвогрунтов от засоленности.

3.3. Рассчитаны зависимости коэффициентов излучения почвенного покрова от засоленности, с помощью которых можно дистанционно определять степень засоленности почвы при условии, что значения влажности почвенного покрова известны.

4. Исследованы в микроволновом диапазоне зависимости радиоизлучательных характеристик мерзлых почв от влажности, засоленности, глубины промерзания почвы.

4.1. Разработан дистанционный метод определения гранулометрического состава почвы основанный на зависимости радиояркостной температуры мерзлой незаселенной почвы от объемной доли незамерзшей воды, количество которой зависит от процентного содержания физической глины в почве.

4.2. Оценено влияние засоленности на радиоизлучение почвы, находящейся при отрицательной температуре. Установлены эмпирические зависимости радиояркостной температуры почвы от засоленности. Разработан дистанционный способ определения засоленности почвы, основанный на образовании в засоленной почве почвенного раствора, объемная доля которого зависит от температуры и степени засоленности.

4.3. Исследовано влияние глубины промерзания на радиоизлучение почвенного покрова с мерзлым верхним слоем. Разработана методика определения глубины промерзания по данным дистанционных измерений коэффициента излучения почвенного покрова.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Романов А Н. Диэлектрические и радиоизлучательные свойства засоленных почв в микроволновом диапазоне. Барнаул: Изд-во АлтГУ. 2002. 120 с.

2. Романов Л. Н. Микроволновые методы дистанционного зондирования земных покровов. Барнаул: Изд-во АГУ, 2002.100 с.

3. Романов А. Н. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств почвообразующих минералов и минеральных солей в микроволновом диапазоне. Барнаул: Изд-во АГУ. 2002.52 с.

4. Романов А. //. Диэлектрические свойства зерна и древесины в микроволновом диапазоне. Барнаул: Изд-во АГУ. 2002.66 с.

5. Романов А. Н. Влияние минералогического состава на диэлектричес-кие свойства дисперсных смесей в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. № 5. С. 537544.

6. Романов А. Н. Влияние термодинамической температуры на диэлектрические характеристики минералов и связанной воды в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2004. Т.49.№1.С.91-95.

7. Романов А. Н. Радиовзгляд с высоты // Химия и жизнь. 2003. №6. С. 34-35.

8. Романов А.Н. Диэлектрические и радиоизлучательные свойства водно-солевых растворов в микроволновом диапазоне. // Сб. докл. Всерос. научн. конф. "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами". Муром, 2001. С. 127-131.

9. Романов А.Н. Диэлектрические и радиоизлучательные характеристики засоленных почв в микроволновом диапазоне. // Сб. докл. Всерос. научн. конф. "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами". Муром, 2001. С. 131-135.

10.Комаров С. А., Миронов В. Л., Романов А.Н. Аэрокосмическое зондирование гидрологического состояния почв радиофизическими методами. Барнаул: Изд-во АГУ, 1997.104 с.

11. Дистанционный способ определения влажности почв // Патент RU № 2010219. кл. G01 N 22/00. 1991. 3 с. / Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Рычкова Н.В.

12. Дистанционный радиофизический способ определения засоленности почв // Патент RU № 2081407. кл. G01 N/22/00. Опубл.

10.06.1997. Бюл. № 16. 3 с. / Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н.

13. Дистанционный способ определения гранулометрического состава почв // Патент RU №2088906, Kn.GOl N22/04, Опубл. 27.08.1997. Бюл. № 24.5 с/ Комаров С.А., Миронов В Л., Романов А.Н.

14. Комаров С. А, Миронов В. Л., Романов А. Н, Рычкова Н. В Дистанционное определение влажности почв на территории Алтайского края // Почвоведение. 1992. № 11. С. 136-139.

15. Миронов В.Л., Евтюшкин А.В, Комаров С.А., Оскорбин Н.М., Романов А.Н. Методы дистанционного зондирования техногенных загрязнений в оптическом и радиодиапазонах /Оптика атмосферы и океана, 1993. Т. 66. №11. С. 1471-1477.

16. Комаров С. А., Миронов В. Л., Романов А.Н. Дистанционное определение уровней грунтовых вод с использованием региональных баз данных // Исслед. Земли из космоса 1993. № 4. С. 79-82.

17. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н., Евтюшкин А.В. Определение площадей подтопленных земель дистанционными методами // Метеорология и гидрология. 1994. № 1. С.87-91.

18. Миронов В. Л., Комаров С. А, Романов А. Н, Клещенко В. Н. Влияние влажности и засоленности на радиоизлучение мерзлых почв в СВЧ-диапазоне // Исслед. Земли из космоса. 1995. № 6. С.22-30.

19. Комаров С.А., Миронов В.Л, Романов А.Н, Евтюшкин А.В., Измерение и алгоритм обработки данных в задаче дистанционного зондирования уровней грунтовых вод // Исслед. Земли из космоса. 1998. №4. С. 98-106.

20. Комаров С. А., Миронов В Л., Романов А.Н, Рычкова Н.В. Разработка дистанционных методов мониторинга орошаемых земель в Алтайском крае // Проблемы региональной экологии. Вып. 3. Региональный мониторинг. Томск. 1994. С. 72-76.

21. Влияние плотности и влажности на диэлектрические свойства зерна в микроволновом диапазоне. /Комаров С.А., Миронов В Л. Романов А.Н. НИзв. вузов. 2000. № 3. Per. № 3523-B99 от 29.11.99.15 с.

22. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Влияние засоленности на диэлектрическую проницаемость влажных почвогрунтов в микроволновом диапазоне //Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47. № 5. С. 700-705.

23. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н., Евтюшкин А.В. Влияние системы отстойников Алтайского горно-обогатительного комбината на экологическую обстановку окружающей среды // Ядерные испытания, окружающая среда и здоровье населения Алтайского края: Материалы научных исследований. Барнаул: Изд-во АГУ, 1993. Т. 2. Кн. 2. С. 150-158.

24.Комаров С.А., Миронов В. Л., Романов А.Н. и др. Комплексное исследование радиофизических характеристик земных покровов // "Физика. М.: Изд-во МГУ, 1994. С. 224-232.

25. Комаров СЛ.У Романов А.Н. Перспективы использования длинноволновой части СВЧ-диапазона для радиофизического мониторинга земной поверхности // ВНИЦ "АИУС-агроресурсы". М., 1991.С.141-146.

26. Комаров С.А., Романов А.Н. Использование природных объектов для калибровки самолетных СВЧ-влагомеров // ВНИЦ "АИУС-агроресурсы". М., 1991. С. 147-150.

27.Романов А.Н., Сурнаков И.В., Иванченко В.И. Применение нейтронного влагомера ВНП-1 для определения плотности снега /Труды Западносиб. регионального научно-исслед. гидрометеорологического ин-та. 1991, № 5. С. 131-139

28. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. и др. Мониторинг процессов фильтрации и подтопления земель от промышленных отстойников с использованием аэрокосмической информации // Алтайское ХРП НПО "Прогресс". Барнаул, 1995. С. 409-412.

29. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. и др. Оценка процессов фильтрации и переноса токсикантов в окрестности промышленных отстойников // Алтайское ХРП НПО "Прогресс". Барнаул, 1995. С. 413-424.

30. Mironov V.L Komarov S.A. Romanov A.N. Yevtyushkin A.V. Remote sensing of filtration and inundation processes using microwave radiometry //Proceedings of 1993 Int. Symp. on Radio Propagation, Beijing, China, 1993. P. 618-4521.

31. Komarov S.A., Mironov V.L, Romanov A.N. Remote Sensing of frozen Soils in VHF-Range //IGARSS'93. Tokio, 1993. P. 1988-1990.

32. Komarov S. A., Mironov V. L, Romanov A. N, and Kleshchenko V. N. Combined Influence of Moisture and Texture on Emissivity of Frozen Soils. // 26th Int. Symp. on Remote Sens, of Environment and the 18th Canadian Symp. on Remote Sensing, Vancouver, March, 25-29 of 1996, ВС, Canada. 1996. P. 398-400.

3 3. Komarov S.A., Mironov V.L, Romanov A.N., and Kleshchenko V.N. The Influence of Depth of Freezing on Emissivity of Soil Cover //Proceedings of 26th Int. Symp. on Remote Sensing ofEnvironment and the 18th Canadian Symp. on Remote Sensing, Vancouver, March, 25-29 of 1996, ВС. Canada. P. 488-489.

34. Kleschenko V.N, Komarov S.A., Mironov V.L. and Romanov A.N. Dielectric Properties of Salted Grounds in Microwave Band //Proceed, ofInt. Geosci. and Remote Sensing Symp. Seattle, USA. 1998.

p-77 27

35. Komarov S.A., Mronov V.L., Romanov A.N. and Yevtushkin A.V. Research on the Earth Cover Remote Sensing Problem Carried Out at the Altai Region //Proceed, of Int. Geosci. and Remote Sensing Symp. Seattle, USA. 1998.

36. Komarov S.A., Mironov V.L., Romanov A.N. Frequency dispersion in micro Wave for complex permittivity of bound Water stored in soils and Wet salts Proceedings of Int. Geosci. and Remote Sensing Symp. (IGARSS'99) Hamburg. 1999.

37. Kleschenko V.N., Komarov S.A., Mironov V.L, Romanov A.N. Microwave remote sensing of soil cover // Proceedings of SPIE - The Int. Society for Optical Engineering, VII International Symp. on Atmospheric and Ocean Optics. 19-22 July 2000. P. 351-357.

©

Подписано в печать 6.04.2004. Формат 60x84 1/16. Печать - ризография. Усл.п.л. 1,86. Уч.изд,л. 1,4. Тираж 120 экз. Заказ 35/2004.

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 656038, г. Барнаул, пр-тЛенина, 46. Лицензии: ЛР № 020822 от 21.09.98 года, ПЛД№ 28-35 от 15.07.97 Отпечатано в ЦОП АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46

Содержание диссертации, доктора технических наук, Романов, Андрей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Диэлектрические характеристики дисперсных минералов и минеральных солей в микроволновом диапазоне.

1.1. Основные электродинамические и гидрофизические свойства дисперсных почвенно-минеральных смесей.

1.1.1. Формирование микроволнового излучения почвенным покровом. Связь радиоизлучательных и диэлектрических характеристик.

1.1.2. Основные физические свойства почвенно-грунтовых смесей.

1.1.3. Классификация засоленных почв.

1.2. Лабораторные измерения диэлектрических характеристик дисперсных смесей и жидкостей в микроволновом диапазоне.

1.2.1. Метод и аппаратура для измерения диэлектрических характеристик дисперсных минералов и их водных растворов.

1.2.2. Методика приготовления образцов.

1.3. Частотные зависимости диэлектрических характеристик почвообразующих минералов и минеральных солей в микроволновом диапазоне.

1.3.1. Частотные зависимости диэлектрических характеристик сухих и влажных минералов.

1.3.2. Частотные зависимости диэлектрических характеристик влажных минеральных солей.

1.4. Влияние объемной влажности и минералогического состава на диэлектрические характеристики дисперсных минеральных смесей в микроволновом диапазоне.

1.4.1. Влажностные зависимости диэлектрических характеристик минеральных смесей, различающихся по минеральному составу.

1.4.2. Модели влажностных зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости минеральных смесей.

1.5. Влияние температуры на диэлектрические свойства минералов и минеральных солей.

1.5.1. Температурные зависимости диэлектрических характеристик кристаллогидратов Na2C02.

1.5.2. Температурные зависимости диэлектрических характеристик NaCl.

1.5.3. Температурные зависимости диэлектрических характеристик слаборастворимых минералов.

1.5.4. Модель температурной зависимости диэлектрических характеристик минералов и минеральных солей в температурном диапазоне от 25 до 80°С.

1.6. Влияние гидратации на диэлектрические характеристики кристаллогидратов минеральных солей.

1.7. Влияние массовой концентрации минеральных солей на диэлектрические характеристики их водных растворов.

1.7.1. Диэлектрические характеристики водных растворов минеральных солей.

1.7.2. Модель комплексной диэлектрической проницаемости водных растворов минеральных солей. 1 И

1.7.3. Чувствительность радиоизлучательных характеристик водно-солевых растворов к вариациям массовой концентрации.

1.7.4. Диэлектрические и радиоизлучательные характеристики некоторых пресных и соленых водоемов Алтайского края.

1.8. Выводы по главе.

ГЛАВА 2. Диэлектрические и радиоизлучательные характеристики незасоленных почв в микроволновом диапазоне.

2.1. Метод и аппаратура дистанционных самолетных измерений радиоизлучательных характеристик почвенного покрова и внутренних водоемов в микроволновом диапазоне.

2.1.1. Цели и задачи самолетной микроволновой съемки.

2.1.2. Бортовой радиометрический комплекс дистанционного зондирования.

2.1.3. Калибровка радиометрической аппаратуры дистанционного зондирования.

2.1.4. Регистрация и обработка данных радиометрических измерений.

2.1.5. Методика проведения наземных исследований физических параметров почв в подспутниковом и подсамолетном экспериментах.

2.2. Влияние объемной влажности и гранулометрического состава на диэлектрические и радиоизлучательные свойства незасоленной почвы. Метод дистанционного определения влажности незасоленной почвы.

2.3. Влияние близко залегающих к поверхности грунтовых вод на радиоизлучение почвенного покрова. Дистанционный 2-волновый метод определения глубины залегания грунтовых вод.

2.4. Дистанционное определение глубины залегания грунтовых вод в зоне Кулундинского магистрального канала (Алтайский край).

2.5. Картирование объемной влажности почвы и глубины залегания грунтовых вод по данным аэрокосмического зондирования в инфракрасном и микроволновом диапазонах.

2.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. Диэлектрические и радиоизлучательные характеристики засоленных почв в микроволновом диапазоне.

3.1. Проблемы дистанционного зондирования засоленных почв.

3.2. Влияние объемной влажности на диэлектрические свойства засоленных почв.

3.2.1. Результаты измерений.

3.2.2. Радиационно-влажностные зависимости засоленных почв.

3.2.3. Модель влажностной зависимости диэлектрических характеристик засоленной почвы.

3.3. Влияние засоленности на диэлектрические характеристики влажных почв, находящихся при положительной температуре.

3.3.1. Результаты эксперимента.

3.3.2. Чувствительность радиоизлучательных характеристик почвы к вариациям засоления.

3.3.3. Моделирование зависимостей диэлектрических характеристик сухих и влажных почвогрунтов от засоленности.

3.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. Радиоизлучательные характеристики мерзлых почв и почв, находящихся при отрицательной температуре.

4.1. Методика проведения дистанционных самолетных измерений радиоизлучательных характеристик почвенного покрова и внутренних водоемов в зимний период.;.

4.2. Влияние объемной влажности на радиоизлучение мерзлой почвы.

4.3. Влияние гранулометрического состава и термодинамической температуры на радиоизлучение мерзлой почвы. Метод дистанционного определения гранулометрического состава незасоленной почвы.

4.4. Влияние засоленности на радиоизлучательные характеристики почвы, находящейся при отрицательной температуре. Дистанционный способ определения степени засоленности почвы.

4.5. Влияние глубины промерзания на радиотепловое излучение почвенного покрова.

4.6. Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Дистанционные микроволновые методы для геоэкологического мониторинга засоленных и подтопленных почвогрунтов"

Диссертация посвящена разработке новых и совершенствованию известных микроволновых методов дистанционной диагностики геоэкологического состояния почвенного покрова как элемента взаимодействия литосферы и биосферы Земли, развивающегося под непрерывным воздействием совокупности различных природных и антропогенных факторов.

Актуальность. Значительное количество земель на Земном шаре являются засоленными или подтопленными. Процессы почвенного засоления являются динамичными и протекают неодинаково в разных регионах Земного шара. Во всем мире около 200^-300 тысяч гектар высокоценных поливных земель теряется ежегодно за счет вторичного засоления, возникающего в результате неправильного проведения мелиоративных мероприятий. В целом, в мире около 40-50% поливных земель подвержены процессам засоления [1].

Важнейшей задачей является своевременное выявление и прогнозирование возможных экологических угроз, включая оценку природных и техногенных факторов, вызывающих негативные экологические последствия [2-5].

Мониторинг земель в Российской Федерации осуществляется исходя из единой системы показателей на основе методических и нормативно-технических документов, утверждаемых по согласованию с федеральными органами исполнительной власти, и производится с использованием наземных наблюдений и аэрокосмического зондирования [6].

В качестве основных геоэкологических показателей, адекватно характеризующих текущее экологическое состояние почвенного покрова и направленность процессов деградации, могут быть использованы влажность и засоленность почвы, уровень грунтовых вод, гранулометрический и макроагрегатный состав почвы.

Важная роль в оценке состояния земельных ресурсов отводится развитию методов дистанционного геоэкологического мониторинга подтопленных и засоленных почв, характеризующихся значительной ландшафтной пестротой и сезонной изменчивостью. Наземные методы, позволяющие определять почвенные параметры с высокой точностью, оказываются неэффективными при использовании на больших территориях, вследствие их трудоемкости.

Для геоэкологического мониторинга почвогрунтов целесообразно комплексное использование данных космического зондирования, применяемых для предварительной оценки экологической обстановки территории в глобальном и региональном масштабах, данных мезо-масштабного зондирования с помощью средств малой авиации, и наземных измерений почвенных параметров в реперных точках, местоположение которых определено с помощью аэрокосмической информации.

Для дистанционной диагностики состояния земельных ресурсов в настоящее время все шире используются микроволновые методы дистанционного зондирования, позволяющие получать информацию о поверхностном слое почвы толщиной от нескольких сантиметров до десятков дециметров [7]. Эти методы, основанные на существовании зависимостей между диэлектрическими и водно-физическими свойствами почв, применимы в основном только для незаселенных почв, так как присутствие в почве химических соединений и воднорастворимых солей существенным образом изменяет вид зависимостей и делает невозможным определение с приемлемой точностью требуемых физических параметров.

Возможность интерпретации данных микроволнового зондирования почвенного покрова ограничивалась недостаточной исследованностью диэлектрических и радиоизлучательных характеристик почвообразующих минералов и минеральных солей, отсутствием модели, адекватно описывающей диэлектрические свойства засоленных почв в микроволновом диапазоне.

Поэтому экспериментальные и теоретические исследования диэлектрических и радиоизлучательных характеристик почвенного покрова представляют значительный интерес, так как лежат в основе разработки новых дистанционных методов геоэкологического мониторинга засоленных и подтопленных почвогрунтов.

Состояние исследований. Интерес к изучению радиоизлучательных свойств земных покровов в радиодиапазоне, наблюдаемый с середины 60-х годов XX века связан с разработкой высокоточной, малогабаритной радиометрической аппаратуры, устанавливаемой на летательные аппараты, с целью дистанционного зондирования земной поверхности, и связан с необходимостью интерпретации данных дистанционного зондирования.

Первые дистанционные измерения радиоизлучательных параметров почв и воды, осуществленные в Институте радиотехники и электроники, связаны с изучением возможности использования данных СВЧ-зондирования для оценки влажности почвы, температуры и минерализации воды. Результаты этих исследований изложены в работах Н.А. Арманда, А.Е. Башаринова, А.С. Гурвича, С.Т. Егорова, В.М. Полякова, А. М. Шутко и др. [8-11].

Подобные исследования проводили К.Я. Кондратьев, Ю.М. Рабинович, Е.М. Шульгина, Г.Г. Щукин, В.В. Мелентьев, В.В. Богородский, А.И. Козлов, JI.T. Тучков, B.C. Эткин, Е.А. Шарков и др. [12-16].

За рубежом основные результаты исследований диэлектрических и радиоизлучательных характеристик земных покровов представлены в трудах E.G. Njoku, J.A. Kong, F. Т. Ulaby, Т. J. Shmugge, T. J. Jackson, M. T. Hallikainen, M.C. Dobson, M. A. El-Rayes [17-22] и др.

Большой объем осуществленных к настоящему времени исследований диэлектрических и радиоизлучательных характеристик земных покровов в микроволновом диапазоне обобщен в ряде монографий и обзоров [23-40].

На основе использования результатов теоретических и экспериментальных исследований влияния физико-химических параметров на радиоизлучение почв разработан ряд дистанционных методов зондирования почвенного покрова и водной поверхности [41-46].

При разработке дистанционных микроволновых методов зондирования почвенного покрова одной из ключевых является проблема создания моделей комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) почв. КДП почвы обычно оценивают, исходя из соотношений теории многокомпонентных систем, учитывающих диэлектрические параметры и объемные доли присутствующих в почве компонент.

К настоящему времени для описания диэлектрических характеристик дисперсных смесей разработан ряд эмпирических моделей, наиболее известными из которых являются модели Клаузиуса-Мосотти-Лоренц-Лорентца, Рэлея, Лихтенекера, Ландауэра, Брауна, Бруггемана-Ханаи, Винера, Оделевского, Ландау-Лифшица, Лоэнга, Пьекара, Бетчера, Пиаса, Полдера-ван Сантона, Эванса, Тинга, , Бирчака (рефракционная модель) и т.д. [47-58]. Однако ни одна из этих моделей не обеспечивает полного согласия с экспериментальными значениями КДП реальных сред в микроволновом диапазоне при вариациях физических параметров этих сред.

Для уточнения модельных соотношений при моделировании диэлектрических характеристик почвогрунтов многими авторами была высказана идея о необходимости количественного учета влияния связанной воды, объемная доля которой зависит от гранулометрического состава, на величину КДП и радиоизлучательные свойства почв микроволновом диапазоне. Попытки построения эмпирических моделей, учитывающих диэлектрические свойства связанной воды, были предприняты в [59-62]. При этом численные значения связанной воды, рассчитанные разными авторами, существенно отличались и варьировали от 3 до 27 [62-67].

Однако вопрос о количественном определении электродинамических характеристик связанной воды, ее доли в суммарном содержании влаги в почве и способах введения этих параметров в модель КДП оставался открытым. Впоследствии в [68] был найден способ измерения предельного количества связанной влаги в почве и величины ее КДП. На этой основе была создана модифицированная рефракционная модель, которая содержит в качестве параметров величины, доступные для измерения [68].

Оказалось, что применение рефракционной модели для учета объемных долей и диэлектрических параметров связанной и свободной воды, позволяет рассчитать КДП и коэффициент излучения почвы с точностью, достаточной для практического применения при дистанционной оценке влажности [68].

Помимо влажности, важным фактором, оказывающим существенное влияние на КДП почв, является температура. Ее влияние на диэлектрические свойства дисперсных минералов и: воды исследуется в течение последних 50 лет. За это время; накоплен большой экспериментальный и теоретический материал. При этом основная масса исследований была проведена в диапазоне от -50 до +50°С. Значительная часть экспериментальных результатов, проведенных до 1982 года, изложена в [29];

Исследование влияния температуры на коэффициент излучения мерзлых почвогрунтов, различающихся по гранулометрическому составу (песок, глина) в температурном диапазоне от -20 до +20°С показало [69, 70], что для глины, имеющей область интенсивных фазовых переходов от -10 до 0°С, наблюдается плавное возрастание значений; коэффициента излучения с понижением температуры глины, в то время, как для песка, характеризующегося узкой областью интенсивных фазовых переходов (от -1 до 0°С) наблюдается резкое возрастание коэффициента излучения песчаной смеси при переходе к отрицательным температурам.

В диапазоне от -50 до +50°С диэлектрическая проницаемость песчаных грунтов с малым содержанием связанной воды изменяется скачкообразно в температурной области фазовых переходов (t~0°C) [70], в то время как для глинистых грунтов фазовый переход размыт и наблюдается плавное изменение диэлектрической проницаемости. Это связано с тем, что при переходе через 0°С свободная вода, присутствующая в дисперсной почве, замерзает, превращаясь в лед, в то время, как связанная вода имеет гораздо более низкую температуру замерзания, зависящую от близости к минеральной поверхности грунта. Так, например, прочно связанная вода в монтмориллонитовых глинах замерзает при температуре ниже -60°С.

Исследование диэлектрических характеристик сухих и влажных почв в диапазоне от 3 до 7 ГГц при температурах от -50 до +23°С показало, что температурная дисперсия диэлектрической проницаемости отсутствует для сухих и наблюдается для влажных почв в области интенсивных фазовых переходов, ширина которых зависит от гранулометрического состава и влажности грунта [71]. Этот факт был объяснен влиянием присутствующей в почве связанной воды, не имеющей резкого фазового перехода в лед.

Влияние связанной воды на КДП почвы исследовалось в [72], где было показано, что влажностные зависимости КДП почвы в области отрицательных температур описываются рефракционной моделью, учитывающей объемную долю связанной воды в почве и значения ее диэлектрических параметров. В результате применения этой модели и использования измеренных значений диэлектрических параметров почв, содержащих только связанную воду, была проведена оценка действительной и мнимой частей КДП связанной воды.

В [73] предложена модель диэлектрической проницаемости влажных и мерзлых почв в микроволновом диапазоне, в которой водная компонента почвы представлена одновременно как в виде отдельных капель, так и в виде пленки, покрывающей частицы почвы. Использующая известные ранее представления о категориях почвенной влаги, данная модель сводится к модели Бруггемана, в которой повышение точности достигается за счет введения для почвенной частицы, покрытой оболочкой связанной воды, фазовой функции рассеяния вперед, рассчитываемой по теории Ми.

Исследование влияния влажности и гранулометрического состава на радиоизлучательные свойства мерзлых почв [74] показало, что радиояркостная температура и коэффициент излучения мерзлой почвы уменьшаются с увеличением процентного содержания физической глины. Это объясняется тем, что с увеличением процентного содержания глины в почве увеличивается количество незамерзшей воды, относящейся к категории связанной, КДП которой значительно выше КДП льда, образующегося при замерзании свободной воды.

Исследование радиоизлучательных свойств почв, находящихся при отрицательных температурах, позволило разработать дистанционные методы определения гранулометрического состава и засоленности почвы [45, 46]. В [75-79] приведены экспериментальные данные по влиянию температурного профиля и глубины промерзания на радиоизлучение почвенного покрова. В [76] предложен метод дистанционной оценки глубины промерзания почвы, основанный на эмпирической зависимости глубины промерзания почвы от яркостной температуры при коэффициенте излучения почвы х= 1 > что достигалось путем установления над приемной антенной металлического экрана.

В [80-82] приведены результаты исследований диэлектрических свойств мерзлого песка, в которых авторы для объяснения полученных аномально высоких значений диэлектрической проницаемости рассматривают возможность образования в мерзлых грунтах льда, обладающего сегнетоэлектрическими свойствами. Так как установленные результаты не подтверждаются известными экспериментальными данными, полученными другими исследователями (например, в [70-72]) в сходных условиях, то существование в мерзлой почве компонент с сегнетоэлектрическими свойствами требует проведения дополнительных исследований.

В [83] приведены влажностные зависимости КДП раздробленного до мелкодисперсной фракции замороженного гранита для объяснения которых автор предполагает возможность существования условий, когда мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости связанной воды становится отрицательной. Данный результат также не подтвержден результатами исследований других авторов и требует тщательной проверки.

Влияние температуры на диэлектрические характеристики воды в диапазоне от 0 до 40°С исследовалось Л.А. Клейном, С.Т. Свифтом, А. Стогриным [50, 84]. Ими были установлены в диапазоне от 0 до 40°С температурные зависимости для статической и оптической диэлектрических проницаемостей и времени релаксации дистиллированной и соленой воды, используемые для расчета частотных зависимостей КДП воды.

В значительной степени диэлектрические и радиоизлучательные свойства почв зависят от содержащихся в них растворимых минеральных солей. Возможность и эффективность использования дистанционных СВЧ методов (пассивных и активных) для определения засоленности почв и обнаружения районов потенциального засоления рассматриваются в [85-92].

В [85] установлено, что по радиоизлучению можно выделять участки влажных почв с сильным засолением (солончаки), однако почвы со слабым засолением точно не идентифицируются, так как в данном случае наблюдается сильное экранирующее влияние влажности.

В [86] показано, что совместное использование радиометрических данных в сантиметровом и дециметровом диапазонах позволяет отделить эффекты влажности и засоленности. Однако не конкретизируется, к какому именно типу почвенного засоления относились исследованные почвы.

В дальнейшем была разработана эмпирическая модель, описывающая КДП засоленных почв [89], однако при этом не указывалось, для какого типа почвенного засоления создавалась данная модель. Проведенные исследования по радиометрическому обнаружению засоленных участков почвенных покровов методами самолетной радиометрии, качественно подтвердили применимость созданной авторами этих работ модели радиоизлучательных свойств засоленных почв. Однако проблема учета влияния связанной влаги и типа соли при расчете радиоизлучательных характеристик засоленных почв осталась не решенной.

Результаты экспериментальных работ [91-95] по изучению зависимости КДП почв от влажности и засоленности при контролируемом содержании связанной влаги указывают на то, что КДП почвы существенно зависит от содержания воднорастворимых солей. Это в значительной степени определяет величины действительной и мнимой частей КДП, как в области положительных, так и отрицательных температур.

Из анализа известных теоретических и экспериментальных данных, имеющих существенное значение для изучения взаимосвязей между диэлектрическими и физическими свойствами почв, следует, что этих данных недостаточно для разработки количественной модели диэлектрических характеристик засоленных почв, учитывающей влияние различных категорий почвенной влаги и применимой для разных типов почвенного засоления.

Основная цель работы состоит в разработке новых и совершенствовании известных дистанционных микроволновых методов геоэкологического мониторинга почвенного покрова с использованием эмпирических и теоретических моделей комплексного показателя преломления (КПП) и комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) почв, основанных на учете диэлектрических свойств составляющих их компонент.

В соответствии с поставленной основной целью в задачи исследований входили:

I. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств почвообразующих минералов, минеральных солей и засоленных почв в частотном диапазоне от 0.5 до 4.5 ГГц при вариациях объемной влажности, гранулометрического состава, температуры и засоленности.

2. Теоретическое моделирование диэлектрических характеристик почвообразующих минералов, минеральных солей, засоленных почв и водно-солевых растворов на основе результатов экспериментальных исследований.

3. Разработка новых и совершенствование известных микроволновых методов дистанционного определения влажности и засоленности почвы, глубины залегания грунтовых вод;

4. Создание комплекса радиометрической аппаратуры и установка его самолет для измерения интенсивности радиоизлучения земной поверхности в инфракрасном и микроволновом диапазонах.

5. Разработка методов калибровки самолетных радиометрических измерений и проведения синхронных наземных измерений физических параметров почв на тестовых участках в летний и зимний периоды.

Научная новизна

1. Впервые предложен метод определения гранулометрического состава почвы, основанный на микроволновом зондировании влажной мерзлой почвы, содержащей, зависимости от ее гранулометрического состава, различное количество незамерзшей влаги, относящейся к категории связанной.

2. Впервые предложен алгоритм оценки засоленности почвы, основанный на различии радиоизлучательных параметров засоленных почв, содержащих, в зависимости от степени засоления, различное количество незамерзшей воды, относящейся к категории свободной.

3. Разработан новый дистанционный микроволновый способ определения объемной влажности почвы, основанный на учете диэлектрических характеристик сухой почвы, свободной и связанной воды.

4. Разработан новый дистанционный микроволновый метод определения глубины залегания грунтовых вод, основанный на измерении радиоизлучательных характеристик почвенного покрова на двух длинах волн, учитывающий различие диэлектрических параметров сухой почвы, свободной и связанной воды.

5. Развита методика дистанционного картирования глубины залегания грунтовых вод в региональном масштабе, основанная на использовании орбитальной съемки в оптическом (инфракрасном) диапазоне, самолетной микроволновой съемки, а также модельных представлений о распределении влаги в капиллярной кайме.

6. Впервые экспериментально установлены температурные дисперсии КДП различных по химической природе влажных минералов. Впервые обнаружено скачкообразное возрастание действительной и мнимой частей КДП для кристаллогидрата Na2C03 содержащего кристаллизационную воду, и для нерастворимого минерала, содержащего связанную воду. Сделан вывод о существовании температурной дисперсии КДП воды, связанной на минеральных частицах.

7. Впервые разработана диэлектрическая модель водно-солевого раствора, основанная на экспериментально установленных зависимостях КПП растворов NaCl, CaCl2, Na2S04, MgS04, CaS04, Na2C03, MgC02, CaC03, от массовой концентрации соли и включающая в себя параметры, учитывающие изменение диэлектрических свойств растворов за счет образования гидратных оболочек вокруг ионов растворенных солей;

8. Впервые экспериментально установлены новые зависимости диэлектрических характеристик засоленных почвогрунтов, содержащих соли NaCl, CaCU, Na2S04, MgS04, CaS04, Na2C03, MgC03, СаСОъ.

9. Впервые разработана модель КДП влажной засоленной почвы, учитывающая процессы образования кристаллогидратов и растворения почвенных солей.

Предметом защиты являются новые микроволновые методы определения почвенных параметров, характеризующих экологическое состояние засоленных и подтопленных почв и направленность процессов деградации.

На защиту выносятся:

1. Дистанционный микроволновый способ определения объемной влажности почвы, основанный на выделении вкладов в радиоизлучение почвенного покрова от сухой почвы, свободной и связанной воды.

2. Дистанционный микроволновый метод определения глубины залегания грунтовых вод, основанный на измерении радиоизлучательных характеристик почвенного покрова на двух длинах волн, учитывающий высоту поднятия капиллярной каймы над зеркалом грунтовых вод.

3. Дистанционный микроволновый способ определения гранулометрического состава почвы, основанный на различии радиоизлучательных характеристик мерзлой почвы, содержащей, в зависимости от гранулометрического состава, различное количество незамерзшей воды, относящейся к категории связанной.

4. Дистанционный микроволновый метод определения засоленности почвы, основанный на различии радиоизлучательных характеристик засоленных почв, содержащих, в зависимости от степени засоления, различное количество незамерзшей воды, относящейся к категории свободной.

5. Методология дистанционного определения засоленности почвы и качественной оценки типа почвенного засоления, основанная на измерении в микроволновом диапазоне радиоизлучательных характеристик почвы, находящейся при положительной температуре.

Научное значение работы

Научное значение полученных результатов заключается в установлении новых экспериментальных данных о диэлектрических и радиоизлучательных характеристиках почвенно-минеральных смесей, водно-солевых растворов в микроволновом диапазоне при вариациях их физико-химических параметров, разработке эмпирических и теоретических моделей диэлектрических свойств почвенно-минеральных смесей.

Практическая значимость

Выполненные экспериментальные и теоретические исследования явились научной основой для разработки новых и усовершенствования известных микроволновых методов определения физико-химических, структурных параметров почвогрунтов, используемых для геоэкологического мониторинга земельных угодий.

Найдены технические решения по созданию и установке на борт самолета АН-2 7-канального бортового радиометрического комплекса дистанционного зондирования, используемого для измерения интенсивности собственного теплового излучения подстилающей поверхности в инфракрасном и микроволновом диапазонах. Развита методика калибровки дистанционных измерений и проведения синхронных наземных измерений физических параметров почв на тестовых участках в летний и зимний периоды.

Разработаны новые способы дистанционного определения объемной влажности, гранулометрического состава и засоленности почвы.

Опубликовано учебное пособие "Микроволновые методы дистанционного зондирования земных покровов". Для студентов радиофизических специальностей вузов разработан спецкурс "Радиоволновые методы зондирования", читаемый на физико-техническом факультете Алтайского государственного университета, по специальности "Радиофизика".

Достоверность результатов экспериментальных исследований и базирующихся на их основе защищаемых научных положений подтверждается достаточным с позиций теории вероятности и математической статистики количеством проведенных измерений исследуемых параметров, использованием современных методов и аттестованных метрологической службой измерительных приборов, применением современных компьютерных технологий, обеспечивающих заданный уровень надежности, проведением контрольных измерений, совпадающих с экспериментальными данными полученными другими авторами, многочисленными публикациями в рецензируемых изданиях в России и за рубежом, обсуждением основных результатов на российских и международных научных конференциях и симпозиумах, проведением государственной экспертизы при оформлении патентов.

Научная апробация результатов

Основные результаты работ, составляющих содержание диссертации, обсуждались на 20 совещаниях, семинарах, конференциях, симпозиумах всероссийского, всесоюзного и международного уровня, таких как: Всесоюзное совещание "Роль мелиораций в природопользовании" (Владивосток, 1990), I Всесоюзная конференция "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды", (Ереван, 1990), II научная конференция "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды", (Муром, 1990), XVI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн (Харьков, 1990), V Всесоюзная научно-практическая конференция "Дистанционный мониторинг экосистем" (Барнаул, 1990), Всесоюзная школа-семинар "Дистанционные радиофизические методы исследования природной среды", (Барнаул, 1991), Межрегиональная конференция "Проблемы региональной экологии" (Томск, 1992), XVII Всероссийская конференция по распространению радиоволн (Ульяновск, 1993), International

Symposium on Radio Propagation (Beijing, China, 1993), International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'93) (Tokio, Japan, 1993), Международный научный семинар по аэрокосмическому мониторингу земных покровов и атмосферы (Киев, 1993), International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARRS'95) (Firence, Italia, 1995), XVIII Всероссийская конференция по распространению радиоволн (Санкт-Петербург, 1996), 26th International Symposium on Remote Sensing of Environment and the 18th Canadian Symposium on Remote Sensing (Vancuver, Canada, 1996), International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'98) (Seattle, USA, 1998), International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'99) (Gamburg, German, 1999), XIX Всероссийская конференция по распространению радиоволн (Казань, 1999), Всероссийская научная конференция "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами" (Муром, 2001), II Международная конференция "Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики" (EESFEA-2003) (Томск, 2003), Всероссийская конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", (Москва, 2003).

Практическая апробация результатов

Разработанные дистанционные методы были использованы при дистанционном определении влажности поверхностного слоя почвы на территории 12 административных районов Алтайского края, при оценке зон фильтрации Кулундинского магистрального канала, аэрокосмическом картировании влажности почвы и глубины залегания грунтовых вод вблизи промышленных отстойников горно-обогатительного комбината (пос. Горняк Алтайского края) и Беловского водохранилища (Беловский район Кемеровской области).

Внедрены в практику "Дистанционный микроволновый метод определения глубины залегания грунтовых вод" и "Технология картирования объемной влажности почвы и глубины залегания грунтовых вод по данным аэрокосмического зондирования в оптическом, инфракрасном и микроволновом диапазонах".

Связь с плановыми научно-исследовательскими работами

В диссертации обобщены результаты исследований, выполненных в Институте водных и экологических проблем СО РАН и Научно-исследовательском институте экологического мониторинга при АлтГУ в рамках плановых научно-исследовательских работ по федеральным научным программам "Университеты России" (1993 г.), "Экология России" (1993 г.), "Комплексная программа оценки последствий испытаний ядерных устройств на Семипалатинском полигоне на население Алтайского края", госбюджетным темам "Разработка научных основ системы регионального экологического мониторинга" и "Дистанционное зондирование природных ресурсов в условиях антропогенного воздействия", проекту № 252 "Учебно-научный центр РАН и МО и ПО-Научно-исследовательский институт экологического мониторинга при Алтайском госуниверситете", Федеральной целевой комплексной программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы", грантам РФФИ №99-02-16816 (1999-2000 г.) и №02-02-30007 (2002 г.), научной программы "Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук. Университеты России" (тема "Исследование диэлектрических характеристик засоленных почвогрунтов в микроволновом диапазоне") (2000 г.), Федеральной целевой комплексной программы "Интеграция", проект И0615 "Разработка научных основ мониторинга объектов природной среды Сибирского региона с использованием спутниковой информации", (2002 г.).

Личный вклад автора при выполнении работы заключался в формулировании основных научных идей, организации и проведении лабораторных, полигонных, самолетных экспериментальных исследований, обработке экспериментальных данных, проведении теоретических расчетов по моделированию диэлектрических и радиоизлучательных характеристик исследуемых объектов. При непосредственном участии автора организованы и проведены самолетные, полигонные измерения излучательных характеристик мерзлых и незамерзших почв, внутренних водоемов на территории Алтайского края и Кемеровской области, а также измерения водно-физических параметров исследуемых почв в наземном эксперименте. Все лабораторные измерения диэлектрических параметров минералов, минеральных солей и засоленных почвогрунтов выполнены автором лично.

Результаты исследований, изложенные в главах 2 и 4, получены в соавторстве и использованы С.А. Комаровым и В.Л. Мироновым в монографии "Микроволновое зондирование почв" Новосибирск. НИЦ СОР АН, 2000.

Автор выражает искреннюю признательность за научное сотрудничество поддержку всем соавторам научных работ и, в первую очередь, научному консультанту д.ф.-м.н., профессору И.А. Суторихину, оказавшему значительную методологическую помощь в представлении экспериментальных и теоретических данных.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 работ, в том числе: 3 монографии (общий объем 14,5 уч.-изд. л.), 1 коллективная монография (5,9 уч.-изд. л.), 1 учебно-методическое пособие (5 уч.-изд. л.), получено 3 патента на изобретение, 20 статей в центральной печати. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 261 наименования, содержит 93 рисунка, 16 таблиц. Общий объем диссертации составляет 255 страниц.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Романов, Андрей Николаевич

Основные результаты главы опубликованы в [34, 45, 46, 79, 91, 94, 240, 246-252, 261].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований сделано следующее:

1. Исследованы диэлектрические характеристики почвенно-минеральных смесей в частотном диапазоне от 0.4 до 4.5. ГГц:

1.1. Исследованы частотные зависимости комплексного показателя преломления и комплексной диэлектрической проницаемости связанной и кристаллизационной воды в микроволновом диапазоне.

1.2. Установлены новые зависимости диэлектрических характеристик от объемной влажности для минеральных солей NaCl, CaCU, Na2S04, MgS04, CaS04, Na2C03, MgC03, CaC03.

1.3. Установлены новые зависимости диэлектрических характеристик от массовой концентрации солей для водных растворов NaCl, CaCU, Na2S04, MgS04, CaS04, Na2C03, MgC02, CaC03.

1.4. Экспериментально установлены радиационно-влажностные зависимости для почв Алтайского края и Кемеровской области, на основе которых разработаны и апробированы на территории юга Западной Сибири дистанционные радиометрические методы определения влажности поверхностного слоя почвы и глубины залегания фунтовых вод.

1.5. Установлены новые влажностные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости засоленных почв, относящихся к карбонатному, сульфатному и хлоридному типам засоления.

1.6. Установлены новые зависимости диэлектрических характеристик сухих и влажных почв от засоленности солями NaCl, CaCl2, Na2S04, MgS04, CaS04, Na2C03, MgC02, CaC03.

1.7. Установлено, что влияние легкорастворимых солей на диэлектрические свойства почвы, находящейся при отрицательной температуре, проявляется в понижении температуры замерзания почвенного раствора, в результате чего в засоленной почве содержится свободная вода, объемное содержание которой зависит от температуры и засоленности.

2. На основе использования экспериментальных данных разработаны модели описания комплексной диэлектрической проницаемости засоленных почв и водных растворов солей.

2.1. Для описания диэлектрических характеристик водных растворов солей разработана параметрическая модель, основанная на рефракционной формуле, в которую введен ряд новых параметров, учитывающих изменение диэлектрических характеристик водных растворов за счет образования гидратных оболочек вокруг ионов растворенных солей.

2.2. Для описания влажностных зависимостей комплексного показателя преломления и комплексной диэлектрической проницаемости засоленных почв, относящихся к карбонатному, сульфатному и хлоридному типам засоления предложено использовать рефракционную модель, включив в неё дополнительные компоненты, учитывающие изменение фазового состава почвенной влаги.

2.3. Для описания зависимостей диэлектрических характеристик сухих и влажных почв от засоленности солями NaCl, CaCU, Na^SO^, MgSO.\, CaSO.\, Na2COz, MgCOi, CaCO^. осуществлена модификация рефракционной модели комплексной диэлектрической проницаемости применительно к засоленной почве в микроволновом диапазоне, учитывающая изменение фазового состава почвенной влаги и изменение объемных долей компонент почвы.

3. Разработаны дистанционные микроволновые методы зондирования почвенного покрова:

3.1. Разработан дистанционный радиометрический способ определения объемной влажности почвы в поверхностном слое толщиной /эф, зависящем от длины волны и диэлектрических характеристик почвы.

3.2. Разработан дистанционный радиометрический метод определения глубины залегания грунтовых вод, основанный на измерении радиоизлучательиых характеристик почвенного покрова на двух длинах волн в сантиметровом и дециметровом диапазонах.

3.3. Развита технология дистанционного картирования в региональном масштабе глубины залегания грунтовых вод, основанная на использовании орбитальных и самолетных измерений в оптическом, ближнем ИК- и микроволновом диапазонах, а также наземных баз данных, содержащих в себе почвенные параметры и модельные представления о распределении влаги в капиллярной кайме.

3.4. Разработан дистанционный микроволновый способ определения гранулометрического состава почвы, основанный на различии радиоизлучательиых характеристик мерзлой почвы, содержащей, в зависимости от гранулометрического состава, различное количество незамерзшей воды, относящейся к категории связанной.

3.5. Разработан дистанционный микроволновый способ определения засоленности почвы, основанный на различии радиоизлучательиых характеристик засоленной почвы, содержащей, в зависимости от типа соли и степени засоления, различное количество незамерзшей воды, относящейся к категории свободной.

Важными проблемами, не нашедшими отражения в данной работе, являются: исследование влияния органических веществ на диэлектрические свойства почвы с целью разработки методов дистанционной диагностики содержания почвенного гумуса, а также исследование диэлектрических и радиоизлучательиых характеристик влажных почв, содержащих две и более растворимые соли, что является важным для разработки дистанционного метода определения компонентного состава содержащихся в почве растворимых солей.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Романов, Андрей Николаевич, Барнаул

1. Ковда В.А. Проблемы борьбы с опустыниванием и засолением орошаемых почв. М.: Колос, 1984. 304 с.

2. Кондратьев К.Я. Исследование Земли из космоса: научный план системы EOS //Исследование земли из космоса. 2000. № 3. С. 82-91.

3. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф., Глобальные изменения реальные и возможные в будущем //Исследование Земли из космоса. 2003. № 4. С. 4-12.

4. Глазовский Н.Ф. Десять лет после Рио итоги и перспективы перехода к устойчивому развитию // Известия АН. Серия географическая . 2003. № 1. С.5-19.

5. Экологическая доктрина Российской Федерации // Использование и охрана природных ресурсов в России. 2002. № 7-8. С. 119-127.

6. Постановление Правительства Российской Федерации от 28.11.2002 г. №846 "Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга земель" // Собрание законодательства Российской Федерации. 9 дек. 2002 г. № 49. Ст. 4882. С.11436-11438.

7. Космическое землеведение / Под редакцией В.А. Садовничего. М.: Изд-во МГУ, 1992. 269 с.

8. Ъ.Башаринов А.Е., Тучков JI.T., Поляков B.C., Ананов Н.И. Измерение радиотепловых и плазменных СВЧ-излучений. М.: Советская редакция, 1968. 390 с.

9. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиотепловое излучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974. 188 с.

10. Шутко A.M. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986. 189 с.

11. Арманд Н.А., Крапивин В.Ф., Мкртчян Ф.А. Методы обработки данных радиофизического исследования окружающей среды. М.: Наука, 1987. 270с.

12. Богородский ВВ., Козлов А.И., Тучков Л. Т. Радиотепловое излучение земных покровов. Д.: Гидрометеоиздат, 1977. 223 с.

13. Богородский В.В., Канарейкин Д.Б., Козлов A.PL Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 280 с.

14. Богородский ВВ., Козлов A.PI. Микроволновая радиометрия. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.287 с.

15. Эткин B.C., Шарков Е.А. Возможности дистанционного исследования Земли при помощи радиофизических систем. / В кн.: Космические исследования земных ресурсов. М.: Наука, 1976. С. 99.

16. Кондратьев К.Я., Мелентъев ВВ., Назаркин В:А. Космическая дистанционная: индикация акваторий и водосборов (Микроволновые методы). СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 247 с.

17. Schmugge Т.J., Gloersen P. W. WilheitT., Geiger F. Remote Sensing of Soil Moisture with Microwave Radiometry //J. Geophys. Res. 1974. V. 79. № 2. P. 317-323.

18. Njoku E. G. and Kong J. A. Theory for Passive Microwave Remote Sensing of Near-Surface Soil Moisture //J. Geophys. Res. 1977. 82. P. 3108-3118.

19. Jackson T.J. and Schmugge T.J. Passive Microwave Remote Sensing Sistem for Soil Moisture: Some Supporting Research //IEEE Trans, on Geoscience and Remote Sensing. 1989. Vol.27, № 26. P. 225-235.

20. Ulaby F. T. Passive Microwave Remote Sensing of the Earth's Surface //IEEE Trans. Antennas and Propagation. 1976. FP-24. P. 112-115.

21. Schmuge T.J. Effect of Texture on Microwave Emission from Soils //IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1980. GE-18. P. 353-361.

22. Jackson T.J. and Schmugge T.J. Passive Microwave Remote Sensing Sistem for Soil Moisture: Some Supporting Research //IEEE Trans, on Geoscience and Remote Sensing. Vol.27, № 26. 1989. P.225-235.

23. Черняк F.R, Мясковский O.M. Радиоволновые методы исследования в гидрологии и инженерной практики. М.: Недра, 1973. 175 с.

24. Романов А. Н. Диэлектрические свойства зерна и древесины в микроволновом диапазоне. Барнаул: Изд-во АлтГУ. 2002. 66 с.

25. Митник JI.M. Излучательные характеристики водной поверхности. Серия Океанология (обзор). Обнинск: Информ. центр, 1978. 66 с.

26. Митник JI.M. Состояние и перспективы исследований глобального водообмена с применением спутниковой информации (обзор). Обнинск: Информ. центр, 1982. Вып. 2. 128 с.

27. Ulaby F.T., Moor R.K., Fung А.К. Microwave Remote Sensing: Active and Passive (in three volumes). Volume I: Microwave Remote Sensing Fundamentals and Radiometry. Addison-Wesley Publishing Company. 1981. 455 p.

28. Ulaby F.T., Moor R.K., Fung A.K. Microwave Remote Sensing: Active and Passive (in three volumes). Volume II: Radar Remote Sensing and Surface Scattering and Emission Theory. Addison-Wesley Publishing Company. 1982. P. 457-1063.

29. Ulaby F.T., Moor R.K., Fung A.K. Microwave Remote Sensing: Active and Passive (in three volumes). Volume III: From Theory to Applications. Addison-Wesley Publishing Company. 1982. P. 1065-1645.

30. Njoku E. G. Passive Microwave Remote Sensing of Earth's from Space //A Reviev. Proc. IEEE, 1982. 70. P. 728-749.

31. Dobson M. C., Ulaby F. Т., Hallikainen M, El-Rayes M. A. Microwave Dielectric Behavior of Wet Soil. Part II: Dielectric Mixing Models //IEEE Trans, on Geosci. and Remote Sens. 1985. V. GE-23, № 1, P. 35-45;

32. Шанда Э. Физические основы дистанционного зондирования. Пер. с англ. И.А. Столярова. М: Недра, 1990. 208 с.

33. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Дистанционное зондирование почвенного покрова методами СВЧ-радиометрии. /Препринт АГУ-93/1. Барнаул, 1993. 29 с.

34. Миронов В.Л., Евтюшкин А.В., Комаров С.А., Оскорбин Н.М., Романов А.Н. Методы дистанционного зондирования техногенных загрязнений в оптическом и радиодиапазонах // Оптика атмосферы и океана.1993. 66. № 11. С. 1471-1477.

35. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. и др. Комплексное исследование радиофизических характеристик земных покровов //В кн. Физика /Ред. кол.: А.Н. Тихонов, В.А. Садовничий М.: Изд-во Моск. ун-та.1994. С.224-232.

36. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Аэрокосмическое зондирование гидрологического состояния почв радиофизическими методами. Барнаул: Изд-во АРУ, 1997. 104 с.

37. Комаров С.А., Миронов В.Л. Микроволновое зондирование почв. Новосибирск. Научно-издательский центр СОРАН, 2000. 289 с.

38. Романов А. Н. Диэлектрические и радиоизлучательные свойства засоленных почв в микроволновом диапазоне. Барнаул. Изд-во Алтайского ун-та. 2002. 118 с.

39. Романов А. Н. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств почвообразующих минералов и минеральных солей в микроволновом диапазоне. Барнаул. Изд-во Алт. ун-та. 2002. 52 с.

40. А.с. 1020791 СССР МКИ G 01 S 71/6 Способ определения влажности почв /Зотова Е.Н., Геллер А.Г. Опубл. 30.12.82. Бюл. № 48. 4 с.

41. А.с. 779864 СССР МКИ G 01 N 23/00 Способ определения влажности почв в их естественном залегании /Никифоров М.В., Пегоев Н.Н., Шукаров И.И. Опубл. 15.12.83. Бюлл. 46. 3 с.

42. А.с. 985741 СССР МКИ G 01 N 22/04, Способ дистанционного определения профиля влажности и интегрального влагосодержания почвы /Реутов Е.А., Шутко A.M. Опубл. 07.87. Бюл. № 28. 4 с.

43. Патент RU №2010219, кл.С01 N 22/00 Дистанционный способ определения влажности почв /Комаров С.А., Миронов B.JL, Романов А.Н. Рычкова Н.В. Опубл. 1991. 3 с.

44. Патент RU №2081407, кл. G01, N22/00 Дистанционный радиофизический способ определения засоленности почв. /Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Опубл. 10.06.1997. Бюл. №16. 3 с.

45. Патент RU №2088906, кл.С01 N22/04 Дистанционный способ определения гранулометрического состава почв /Комаров С.А., Миронов B.JL, Романов А.Н. Опубл. 27.08.1997. Бюл. № 24. 5 с.

46. Оделевский В.И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем //ЖТФ. 1951. Т. 21. С. 667.

47. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. 620 с.

48. De Loor G.P. Dielectric Properties of Heterogeneous Mixtures containing water // J. Microwave Power, 1968. V. 3. P. 67-73.

49. Klein L.A., Swift C.T. An Improved Model for the Dielektric Constant of Sea Water at Microwave Frequencies //IEEE Trans. Antennas Propag. 1977. AP-25. P. 104-111.

50. Tinga W.R., Voss W.A.G., Blossey D.F. Generalized Approach to Multiphase Dielectric Mixture Theory //J. Appl. Phys. 1973. 44. P. 3897.

51. Бирчак Дж. P., Гарднер К. Дж., Хипп Дж., Виктор Дж. М. Определение влажности грунта с помощью СВЧ-датчиков из диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью //ТИИЭР (пер. с англ.). 1974. Т.62. № 1.С. 115-121.

52. Shutko A.M., Reutov Е.М. Mixture Formulas Applied in Estimation of Dielectric and Radiative Characteristics of Soils and Grounds a Microwave Freqencies //IEEE Trans, on Geosci. and Remote Sens. 1982, V. GE-20, № 1. P. 29-32.

53. Бензаръ В. К. Техника СВЧ-влагометрии. Минск: Вышэйшая школа, 1974. 352 с.

54. Берлинер М. Л. Измерения влажности. М.: Энергия, 1973. 399 с.

55. Федоткин И. М., Клочков В. П. Физико-технические основы влаго-метрии в пищевой промышленности. Киев: Изд-во "Техника", 1974. 320 с.

56. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов /Кричевский Е. С., Бензарь В. К., Венедиктов М. В. и др. Под общ. ред. Е. G. Кричевского. М.: Энергия, 1980. 240 с.

57. Контроль влажности твердых и сыпучих материалов /Е.С. Кричевский, А. Г. Волченко, С. С. Галушкин. // Под ред. Е. С. Кричевского. М.: Энергоатомиздат, 1986. 136 с.

58. Wang J.R., Shmugge T.J. An Empirical Model for the Complex Dielectric Permittivity of Soils as a Function of Water Content //IEEE Trans, on Geosci. and Remote Sens. 1980. V. GE-18, № 4. P. 288-295.

59. Сологубова Т. А., Эткин В. С. К вопросу об учете свойств связанной влаги при дистанционном определении влажности почв. /Исслед. Земли из Космоса. 1985. №4. С. 112-115.

60. Бобров П. П., Масленников Н. М., Сологубова Т. А., Эткин В. С. Исследование диэлектрических характеристик почв в области перехода влаги из свободной в связанную на сверхвысоких частотах //Докл. АН СССР. 1989. 304. №5. С. 1116-1119.

61. Клещенко В.Н., Комаров С.А., Миронов B.JI. Модель диэлектрической проницаемости для влажных засоленных почвогрунтов. Препринт АлтАГУ №3. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2000. 53 с.

62. Курбатов Л.Н. Диэлектрические свойства поверхностных гидратов и адсорбированных слоев на силикагеле и аэросиликагеле //В сб. Поверхностные соединения и их роль в явлениях абсорбции. М.: Изд-во МГУ, 1957. С. 223-242.

63. Masszi G. The dielectric characteristics of bound water //Acta Biochim. et Biophys //Acad. Scy. Hyng. 1970. Vol. 5(3). P.321-331.

64. Жиленков И.В., Некрасова. Диэлектрический метод исследования воды в Э.Г адсорбированном состоянии //В сб. "Связанная вода в дисперсных системах". Вып.З. М.: Изд-во МГУ, 1974. С.42-61.

65. Гусев А.А., Гусев Ю.А. Непримеров Н.Н. Спектры диэлектрической релаксации воды, адсорбированной на силикагеле //В сб. "Связанная вода в дисперсных системах". Вып.5. М.:Изд-во МГУ, 1980.С.110-120.

66. Миронов B.JJ., Комаров С.А., Рычкова Н.В., Клещенко В.Н. Изучение диэлектрических свойств влажных почвогрунтов в СВЧ-диапазоне //Исследование Земли из Космоса. 1994. № 4. С. 18-24.

67. Комаров С.А. Радиофизические методы дистанционного зондирования почвенного покрова. //Дисс. на соиск. уч. степени д.ф.-м.н. Барнаул, 1998. 324 с.

68. Митник Л. М., Афромеева И. А. Влияние температуры на излучательную способность влажной почвы в СВЧ-диапазоне //Метеорология и Гидрология. 1977. № 8. С. 16-22.

69. Загоскин В.В, Нестеров В.М., Замотринская Е.А., Михайлова Г.Г. Зависимость диэлектрической проницаемости влажных дисперсных материалов от температуры //Изв. вузов, Физика, 1982. № 1. С. 65-68.

70. Hallikainen М. Т., Ulaby F. Т., Dobson М. S., El-Reyse М. Dielectric Measurement of Soil in the 3 to 7 GHz Band between -50 and +23 °C //IGARSS'84 Symp. Strasbourg, 27-30 Aug. 1984. P. 163-168.

71. Миронов B.JI., Комаров C.A., Клещенко В.Н. Влияние связанной воды на диэлектрические свойства увлажненных мерзлых грунтов //Исследование Земли из Космоса. 1996. № 3. С. 3-11.

72. Боярский Д.А., Тихонов В.В. Модель эффективной диэлектрической проницаемости влажных и мерзлых почв в сверхвысокочастотном диапазоне //Радиотехника и электроника. 1995. Вып.6. С. 914-917.

73. Komarov S.A., Mironov V.L., Romanov A.N. Remote Sensing of Frozen Soils in VHP Range//IGARSS'93 //Tokio. 1993. P. 1988-1990.

74. Гайкович К.П., Резник А.Н., Троицкий Р.В Подповерхностное пассивное СВЧ-зондирование: определение температурного профиля, глубины промерзания, тепловой истории и других параметров почвогрунтов //Препринт № 250. Горький: Изд-во НИРФИ, 1988. 44с.

75. Гайкович К.П., Резник А.Н., Троицкий Р.В. Радиометрический метод определения подповерхностного профиля температуры и глубины промерзания грунта //Изв. Вузов. Радиофизика. 1989. Т. 32, № 12. С. 14671474.

76. Гайкович К.П. Определение источников тепла по тепловому излучению полупространства со стационарным распределением температур //Изв. вузов "Радиофизика". 1991. Т. 34, № 4. С. 381-385.

77. Urs Wegmuller The Effect of Freezing of Thawing on the Microwave Signatures of Bar Soil //Remote Sensing of Environment. 1991. V. 33. №26. P. 123-137.

78. Ильин B.A., Слободчикова С.В., Эткин B.C. Лабораторные исследования диэлектрической проницаемости мерзлых песчаных почв //Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38. № 6. С. 1036-1041.

79. Ильин В.А, Слободчикова С.В. Лабораторные исследования излучательных характеристик мерзлых песчаных почв //Радиотехника и электроника. 1994. № 5. С. 800-806.

80. Ильин В.А., Сосновский Ю.М. Лабораторные исследования влияния степени засоленности на диэлектрические свойства песка в СВЧ-диапазоне волн //Радиотехника и электроника. 1995. 40. № 1. С.48-54.

81. Бахтина Е.Ю. Исследования диэлектрических свойств влажных дисперсных систем радиофизическими методами /Автореф. дисс. на соиск. уч. степени к. ф.-м. н. М.: 1998. 16 с.

82. Stogryn A. Equation for Calculation the Dielectric Constant of Saline Water //IEEE Trans. Microwave Teory Techn. 1971. MIT-19. P.733-736.

83. Carver K.R. Microwave Remote Sensing of Saline Seeps //Microwave Remote Sensing Symp., 1977. Proceed., Houston, TX, 1977. P. 216-237.

84. Chaturvedi L., Carver K. R:, Harlan J.C. et al. Multispectral Remote Sensing of Saline Seeps //IEEE Trans. Geosci. and • Remote Sensing. 1983Vol. GE-21. № 3. P. 239-251.

85. Jackson T.J. and O'NeilP.E. Salinity Effect on the Microwave Emission of Soils //IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. 1987. V. GE-25. № 2, P/214-220;

86. Armand N.A., Reutov E.A., Shutko A.M. Microwave Radiometry of Saline Soils//Remote Sensing Appl. 1989. P. 19-28.

87. Реутов E.A., Шутко A.M. Теоретические исследования СВЧ-излучения однородно увлажненных засоленных почв //Исследование Земли из Космоса, 1990. № 3. С. 73-81.

88. Реутов Е.А., Шутко A.M. Экспериментальные исследования СВЧ-излучения засоленных почв //Исследование Земли из Космоса, 1990. № 4. С. 78-84.

89. Миронов В JI., Комаров С.А., Романов А.Н., Клещенко В.Н: Влияние влажности и засоленности: на радиоизлучение мерзлых почв в СВЧ-диапазоне //Исследование Земли из Космоса. 1995. № 6. С. 22-30.

90. Комаров С.А., Клещенко В.Н., Миронов В:Л. Влияние засоленности на диэлектрические свойства влажных грунтов при положительных и отрицательных температурах //Исследование Земли из космоса. 1997. № 2. С. 37-44.

91. Kleschenko V.N., Komarov S.A., Mironov V.L. and Romanov A.N. Dielectric Properties of Salted Grounds in Microwave Band //Proceedings of1.ternational Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'98). Seattle, USA. 6-10 July. 1998.

92. Комаров С.А., Миронов В.JI., Романов А.Н., Русаков И.Е. Дистанционное обнаружение засоленных земель методами СВЧ-радиометрии //Сб. тез. докл. 17-й Всес. конф. по распр. радиоволн, Ульяновск, 21-24 сент. 1993. Ульяновск, 1993. Секции 3,4,5. С. 87.

93. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Влияние засоленности на диэлектрическую проницаемость влажных почвогрунтов в микроволновом диапазоне //Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47. № 5. С. 700-705.

94. Сканави Т.И. Физика диэлектриков. Область слабых полей. М.; Л!: 1949. 500 с.

95. Теория диэлектриков /Богородицкий Н.П., Волокодинский Ю.М., Воробьев А.А., Тареев Б.М. М.; Л.: 1965. 344 с.

96. Тареев ЯМ Физика диэлектрических материалов. М.: Энергия, 1973. 328 с.99; Губкин А.Н. Физика диэлектриков. М. Высш. школа, 1971. 272 с.

97. Борисова М.Э., Койков С.Н. Физика диэлектриков. Jli: Изд-во Ленингр. ун-та, 1979. 240 с.

98. Роде А.А. Почвенная влага. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 455 с.

99. Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. Т.1. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 663 с.

100. Качинский Н.А. Физика почв. 4.1. М.: Высш. шк., 1965. 323 е.; 4.2, 1970. 358 с.

101. Вериго С.А., Разумова Л.А. Почвенная влага. Л;: Гидрометеоиздат, 1973. 328 с.

102. Плюснин И.И, Голованов А.И. Мелиоративное почвоведение. /Под ред. А.И. Голованова. М.: Изд-во "Колос", 1983. 318 с.10в. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1986. 243с.

103. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследований физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 415 с.

104. Почвоведение. Учеб. для ун-тов. В 2-х ч. /Под ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. 4.1 Почва и почвообразование / Белицина Г.Д., Василевская В.Д., Гришина А.Л. и др. М.: Высш. шк., 1988. 400 с.

105. Почвоведение / Кауричев И.С., Панов Н.П., Розов Н.П. /Под ред. И.С. Кауричева. М.: Агропромиздат. 1989. 718 с.

106. Черняк Г.Я. Электромагнитные методы в гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра, 1987. 213 с.

107. Справочник по физическим константам горных пород. /Под ред. С. Клейна мл. М.: Изд-во "Мир", 1969. 542 с.

108. Кротиков В.Д. Некоторые электрические характеристики земных пород и их сравнение с характеристиками поверхностного слоя Луны. //Изв. вуз. Радиофизика. 1962. Т.5. № 6. С. 1057-1061.

109. Кисляков А.Г., Кротиков В.Р., Шуко ОБ. О диэлектрических свойствах вещества верхнего покрова Марса по результатам наземных измерений его радиоизлучения //Изв. Вузов "Радиофизика", 1975. Т.18, №12. С. 1770-1776.

110. Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед: Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 384 с.

111. Camming W. The Dielectric Properties of Ice and Snow at 3.2 cm. //J. Appl Phys. 1952. № 23. P. 768-773.

112. Evans S. Dielectric Properties of Ice and Snow A Review. //J. Glacoiligy. 1965. № 5. P. 773-792.

113. Tiury M., Sichvola F., Nyfors E., Hallikainen M. The Complex Dielectric Constant of Snow at Microwave Frequencies //IEEE J. of Oceanic Engineerin. 1984. Vol. OE-9, № 5. P. 377-382.

114. Hallikainen M., Ulaby F.T., Abdelrazik M. Dielectric Properties of Snow in the 3 to 37 GHz Range //IEEE Trans. Antennas and Propag.,Vol. AP-34, №11. 1986. P. 1329-1340.

115. Ершов Э.Д., Акимов Ю.П., Чеверев В.Г. Содержание незамерзшей воды в зависимости от структуры порового пространства и засоленности грунтов. В кн. "Мерзлотные исследования". Вып. 17. М.: Изд-во Моск. ун-та,1978. С. 207-215.

116. Фазовый состав влаги в мерзлых породах. М.: Изд-во Моск. ун-та.1979. 188 с.

117. Чеверев В.Г. Классификация влаги в мерзлых грунтах //В кн. "Мерзлые породы и криогенные процессы" М.: Наука, 1991. 118 с.

118. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино. ОНТИ ПНЦРАН. 1998. 515 с.

119. Ковда В.А. Солончаки и солонцы. Л.: Изд-во АН СССР, 1937. 246 с.

120. Ковда В.А. Происхождение и режим засоленных почв. Вып. 1. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1946. 574 с.

121. Ковда В.А. Типы засоления земель /В кн. "Как улучшить и освоить солонцы". М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1960.

122. Ковда В.А. Основы теории и практики мелиорации и освоения засоленных почв аридной зоны /В кн. "Проблемы засоления почв и водных источников". М.: Изд-во АН СССР, 1960. С. 61-86.

123. Минашина Н.Г. Мелиорация засоленных почв. М.: Колос, 1978. 269с.

124. Моделирование процессов засоления и осолонцевания почв. М.: Наука, 1980. 262 с.

125. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. /Под ред. А.А. Потехина и А.Е. Ефремова. Спб.: Химия, 1994. 432 с.

126. Цытович Н.А., Кроник Я.А., Маркин К.Ф., Аксенов В.И., Самуэльсон М.В. Физические и механические свойства засоленных грунтов //Сб. трудов 2-й Междунар. конф. по мерзлотоведению. Якутск, 1973. Вып. 4. С. 40-52.

127. Базилевич Н.И. Геохимия почв содового засоления. М.: Наука, 1965. 349 с.

128. Боровский В.М. Геохимия засоленных почв Казахстана. М.: Наука, 1978. 191 с.

129. Добровольский В.В. География почв с основами; почвоведения. Ml: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. 384 с.

130. Курачев В.М., Рябова Т.Н. Засоленные: почвы Западной! Сибири; Новосибирск: Наука, 1981.152с.

131. ГСССД 23-81. Таблицы стандартных справочных данных. М:, Издательство стандартов, 1982.

132. Hasted J.B. The dielecrtric properties of water //Progr. dielecrtrics. 1961. Vol. 3. P. 101-149.

133. Шарков E.A. Анализ и развитие релаксационных моделей диэлектрических свойств воды для задач дистанционного зондирования //Исследование Земли из космоса. 1995. № 6. С. 18-27.

134. Дебай П. Полярные молекулы. М., Гостехиздат, 1931. 247 с.

135. Дебай П., Закк Г. Теория электрических свойств молекул. М.: ОНТИ, 1934. 144 с.

136. Романов A.H. Влияние минералогического состава на диэлектрические свойства дисперсных смесей в микроволновом диапазоне //Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. №5. С. 537-544.

137. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Диэлектрические свойства засоленных содой почвогрунтов в диапазоне СВЧ. /XIX Всеросс. науч. конф. "Распространение радиоволн". Тез. докл. Казань 22-24 июня 1999г. Издательство "Хэтер" Казань, 1999. С. 330-331.

138. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М.: Госгеолтехиздат, 1961. 542 с.

139. Лазаренко Е.К. Курс минералогии. М., Высш. Школа, 1971. 602 с.

140. Костов И. Минералогия. М.: Изд-во "Мир", 1971. 583 с.

141. Марфунин А.С. Введение в физику минералов. М., Недра, 1974. 324с.

142. Лодочников В.И. Главнейшие породообразующие минералы /Под ред. B.C. Соболева. М.: Недра, 1974. 248 с.

143. Вертушков Г.Н, Авдонин В.Н. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам. М., Недра, 1980. 295 с.

144. Минералогические таблицы. Справочник /Под ред. Е.И. Семенова. М., Недра, 1981.399 с.

145. Миловский А.В., Кононов О.В. Минералогия. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982.312 с.

146. Годовиков А.А. Минералогия. М.: Недра, 1983. 647 с.

147. Патнис А., Мак-Коннелл Дж. Основные черты поведения минералов. М.: Мир, 1983. 304 с.

148. Минералы. Энциклопедия / Под ред. К. Фрея: Л.: Недра, 1985. 512 с.

149. Берри Л., Мейсон Б., Дитрих Р. Минералогия: Теоретические основы. Описание минералов. Диагностические таблицы. М.: Изд-во "Мир", 1987. 592 с.

150. Буланов В.А., Сизых А.И. Диагностика минералов. Иркутск.: Изд-во Иркут. ун-та, 1991. 248 с.

151. Семенов Е.И. Систематика минералов: Справочник. М.: Недра, 1991. 334 с.

152. Макатун В.Н. Химия неорганических гидратов. -Минск: Наука и техника, 1985. 246 с.

153. Мулев Ю.В., Смирнов С.Н. Расчет диэлектрической проницаемости воды до 923 К и 1 ГПа //Теплофизика высоких температур, 1992. 30. № 1. С. 58-62.

154. Киргинцев А.Н., Труилникова Л.И., Лаврентьев В.Н. Растворимость неорганических соединений в воде. Л.: Химия. Ленингр. отд. 1972. 243 с.

155. Романов А.Н. Влияние термодинамической температуры на диэлектрические характеристики минералов и связанной воды в микроволновом диапазоне //Радиотехника и электроника.2004. Т. 49. № 1. С. 91-95

156. Методические рекомендации по дистанционным методам контроля качества поверхностных вод суши. Вып. 2. Определение минерализации воды СВЧ-радиометрическим комплексом с борта самолета. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 44 с.

157. Ахадов Я.Ю. Диэлектрические свойства чистых жидкостей. М.: Изд-во стандартов, 1972. 410 с.

158. Артамонов В.Г., Любимов Ю.А. Диэлектрические и оптические свойства жидкостей. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 101 с.

159. Засецкий А.Ю., Лилеев АС., Лященко А.К. Диэлектрические свойства водных растворов NaCl в СВЧ-диапазоне //Журнал неорганической химии. 1994. 39, №6. С. 1035-1040.

160. Ермаков В.И., Левин В.В., Хубецов С.Б., Щербаков В.В. К вопросу о природе диэлектрической проницаемости растворов электролитов //Журнал физ. химии. 1975. Т. 49. № 7. С. 1749-1752.

161. Потапов А.А. Диэлектрические свойства бесконечно разбавленных растворов //Ж. физ. химии. 1993, № 11. С. 2193-2198.

162. Потапов А.А., Пархоменко И.Ю. Диэлектрические свойства растворов аммиака. //Ж. физ. химии. 1996. Т. 70. № 11. С. 1976-1979.

163. Лилеев А.С., Лященко А.К. Харъкин B.C. Диэлектрические свойства водных растворов иттрия и меди. //Журнал неорганической химии. 1992. Т. 37, Вып. 10. № 6. С. 2287-2291.

164. Лященко А.К., Новскова Т.А., Лилеев А.С. и др. Вращательное движение молекул воды в гидратных оболочках ионов и широкополостные диэлектрические спектры растворов электролитов //Журнал физической химии. 1993. Т.67, №8. С. 1615-1622.

165. Либерман Б.М., Гайдук В.И. Расчет диэлектрических и излучательных спектров водных растворов электролитов в широком диапазоне длин волн. Гидратная модель //Радиотехника и электроника. 1999. Т. 44. №1. С. 97-103.

166. Смирнов П.Р., Тростин В.Н. Структура концентрированных водных растворов электролитов с кислородсодержащими анионами. Иваново. ИХНР РАН, 1994. 260 с.

167. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 179 с.

168. Энтелис С.Г., Тигер Р.П. Кинетика реакций в жидкой фазе. Количественный учет влияния среды. М.: Химия, 1973.

169. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных электролитов. JI.: Химия, 1976. 328 с.

170. Крестов Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах. Л.: Химия, 1984. 272 с.

171. Дракин С.И., Шпакова С.Г., Дель-Пино X. /В сб. "Физика молекул". Вып. 2. Киев: Hayкова Думка. 1976. С. 15-20.

172. Аблязов B.C., Арманд Н.А., Белюнов А.Н. и др. Перспективная многоцелевая радиофизическая летающая лаборатория на базе самолета ИЛ-18 //Изв. вузов. №2. С. 11-18.

173. Бородин Л.Ф., Крапивин В.Ф. Крылова М.С. и др. Многоцелевые самолеты-лаборатории в мониторинге зон влияния ирригационных систем //География и природные ресурсы. 1982. №3. С. 31-37.

174. Комаров С.А., Романов А.Н. Использование природных объектов для калибровки самолетных СВЧ-влагомеров /Сб. науч. тр. ВНИЦ "АИУС-агроресурсы". М.: 1991. С. 147-150.

175. Аэрофотосъемочные работы: Справочник аэрофотосъемщика /Попов А.А., Полетаев Ю.Н., Евдокимов Ю.В. и др. М.: Транспорт, 1984. 200с.

176. Троицкий B.C., Цейтлин Н.М. Радиоастрономические методы абсолютных измерений интенсивности сигналов, калибровки антенн и радиотелескопов на сантиметровых волнах (обзор) //Изв. вузов. Радиофизика. 1961. Т.4. №3. С. 393-414.

177. Цейтлин Н.М. Антенная техника и радиоастрономия. М.: Сов. радио, 1976. 350 с.

178. Влияние плотности и влажности на диэлектрические свойства зерна в микроволновом диапазоне. /Комаров G.A., Миронов В.Л. Романов А.Н. //Изв. Вузов. 2000. № 3, деп. Руг № 3523-В99 от29.11.1999. 15 с.

179. Schmugge Т.J., Gloersen P. W. Wilheit Т., and all. Remote Sensing of Soil Moisture with Microwave Radiometry //J. Geophys. Res. 1974. Vol. 79. №2. P. 317-323.

180. Загоскин В.В., Замотринская E.А., Нестеров B.M., Михайлова Т.Г. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости дисперсных материалов в СВЧ диапазоне.//Изв. вузов, Физика, 1981, №1. G. 30-36.

181. Hallikainen M., Ulaby F.T., DobsonM.C. Microwave Dielectric Behavior of Wet Soil. Part 1. //IEEE-Trans, on Geosci. and Remote Sensing, Vol. GE-23 . № 1. 1985.-P. 25-34.

182. Wang JR., Shmugge T.J. An Empirical Model for the Complex Dielectric Permittivity of Soils as a Function of Water Content. //IEEE Trans, on Geosci. and Remote Sens. 1980. Vol. GE-18. № 4. P. 288-295:

183. Электрические параметры песчано-глинистых грунтов в диапазоне УКВ и СВЧ в зависимости от влажности и температуры /Лещанский Ю.И., Дробышев А.И. //МФТИ. М., 1995 26 с. Деп. в ВИНИТИ 25.7.95. N2292-B95.

184. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н, Евтюшкин А.В., Измерение и алгоритм обработки данных в задаче дистанционного зондирования уровней грунтовых вод //Исследование Земли из Космоса. 1998. №4. С.98-106.

185. Власов А. А. О возможности замены комплексных значений диэлектрической проницаемости вещественными //Радиотехника и электроника. 1985. Т. 33. № 5. С. 1068-1071.

186. Почвы Алтайского края. М: Изд. АН СССР, 1959. 420 с.

187. Котельников В.И., Стругалева Е.В., Пикалов М.А. Почвы Алтайского края. Новосибирск: С/х. ин-т, 1974. 73 с.

188. Бурлакова Л.М., Татаринцев A.M., Рассыпное В.А. Почвы Алтайского края. Барнаул. 1988. 72 с.

189. Агроклиматические ресурсы Алтайского края. Справочник. JL: Гидрометеоиздат, 1971. 156 с.

190. Агрогидрологические свойства почв юго-восточной части Западной Сибири. Справочник. JL: Гидрометеоиздат, 1979. 537 с.

191. Бурлакова Л.М., Рассыпное В.А., Татаринцев A.M. Полевые исследования почв Алтайского края. Новосибирск, 1984. 90 с.

192. Бурлакова Л.М., Рассыпное В.А. Плодородие почв Алтайского края. Барнаул. 1990. 80 с.

193. Бричка С.В., Романов А.Н., Чечулин М.А., Лунев А.С. Определение влагозапасов почв и физических параметров подстилающей поверхности. //Информационный листок N 152-91. Барнаул. 1989. 2с.

194. Романов А.Н. Радиофизический дистанционный мониторинг гидрологической обстановки в районах орошаемого земледелия //Тез. докл. Всес. сов. "Применение дистанционных радиофизических методов исследования природной среды". Владивосток. 1990. С. 89-90.

195. Бричка С.В., Комаров С.А., Миронов В.Л., Пятков Г.А., Романов А.Н., Рычкова Н.В. Обеспечение высокоточных дистанционных измерений влажности на основе региональной базы данных //Тез. докл. 16-й Всес. конф. по распр. радиоволн. Харьков. 1991. С. 243.

196. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н., Рычкова Н.В. Дистанционное определение влажности почв на территории Алтайского края /Почвоведение. 1992. № 11. С. 136-139.

197. Реутов Е.А., Шутко A.M. Оценка уровня грунтовых вод по данным дистанционных СВЧ-радиометрических измерений. //Исследование Земли из космоса. -1991, -N 2. С. 99-106.

198. Будз И.Д., Комиссарчук А.А., Шабелъникова' ЗА: Изучение гидрогеолого-мелиоративного режима орошаемых земель западного региона УССР СВЧ-радиометрией. //Препринт №18-88. Львов. 1989. 89 с.

199. Богомолов Г.В. Гидрогеология с основами инженерной геологии, изд. 3-е. Учеб. пособие для студентов геологических специальностей. М.: Высш. школа, 1975. 319 с.

200. Всеволожский В:А. Основы гидрологии: Учебник. М.: Изд-во МГУ,1991.351 с.

201. Побережский Л.Н. Водный баланс зоны аэрации в условиях орошения. Л:: Гидрометеоиздат, 1977. 157 с.

202. Скрипчинская Л.В., Янголъ A.M., Гончаров СМ., Коробченко С.М. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. Киев: Вища школа,1977.352 с.

203. Журев А.В., Тормесов В.А. К вопросу о высоте капиллярного поднятия воды в почве. //В кн. "Совершенствование методов гидрогеологических и почвенно-мелиоративных исследований орошаемых и осушаемых земель". М., 1974. Вып. 2.

204. Голованов А.И., Паласиос О: Об определении зависимости запасов почвенной влаги от глубины промерзания грунтовых вод //Почвоведение. 1968. № 1. С. 101-105.

205. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Дистанционное определение уровней грунтовых вод с использованием региональных баз данных//Исследование Земли из Космоса 1993. №4. С.79-82.

206. Романов А.Н. Некоторые методы интерпретации данных дистанционного зондирования почвенного покрова в СВЧ-диапазоне. /Дисс. на соиск. уч. степени к.ф.-м.н. Барнаул. 1994. 124 с.

207. Кулундинский канал. Ландшафтно-индикационная оценка природных условий в зоне влияния и прогноз их изменений /Винокуров Ю.И., Цимбалей Ю.М., Булатов В.И., Пудовкина Т.А. Иркутск, 1985. 193 с.

208. Бричка С.В., Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Дистанционное определение зон фильтрации Кулундинского канала //Тез. докл. Всес. семинара "Дистанционный мониторинг экосистем", Барнаул. 1990. С. 5-7.

209. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н., Евтюшкин А.В. Определение площадей подтопленных земель дистанционными методами //Метеорология и гидрология. 1994. № 1. С.87-91.

210. Комаров С.А., Миронов В.Л, Романов А.Н. и др. Мониторинг процессов фильтрации и подтопления земель от промышленных отстойников с использованием аэрокосмической информации //Сб. науч. тр. /Алтайское ХРП НПО "Прогресс". Барнаул. 1995. С. 409-412.

211. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. и др. Оценка процессов фильтрации и переноса токсикантов в окрестности промышленных отстойников//Сб. науч. тр./Алтайское ХРП НПО "Прогресс". Барнаул. 1995. С. 413-424.

212. Миронов В.Л., Комаров С.А., Романов А.Н., Евтюшкин А.В. Дистанционное картирование уровней грунтовых вод на территории Юга Западной Сибири //Тез. 18 Всерос. конф. по распростр. радиоволн. 17-19 сентября, 1996. Санкт-Петербург.

213. Бричка С.В., Комаров С.Л., Миронов B.JI., Пятков Г.А., Романов А.Н. Дистанционная оценка водоемов //Тез. докл. Всес. конф. "Применение дистанционных радиофизических методов исследования природной среды ". Ереван. 1990. С. 91-92.

214. Романов А.Н. Микроволновые методы дистанционного зондирования земных покровов. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2002. 100 с.

215. Панкова Е.И. Соловьев Д.А. Дистанционный мониторинг засоления орошаемых почв. М.: Изд-во Почвенного ин-та им. Докучаева. 1993. 191с.

216. Комаров С.А., Миронов B.JJ., Романов А.Н. Диэлектрические свойства песка, содержащего кристаллогидраты минеральных солей. Препринт АГУ №2. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та. 2000. 15 с.

217. Комаров С.А., Миронов B.JI., Романов А.Н. Диэлектрические свойства влажных засоленных почвогрунтов в микроволновом диапазоне. Препринт АГУ №1. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та. 2000. 27с.

218. Романов А.Н. Диэлектрические и радиоизлучательные характеристики засоленных почв в микроволновом диапазоне. //Сб. докл. Всерос. научн. конф. "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами". Муром, 2001. С. 131-135.

219. Комаров С.А., Миронов B.JI., Романов А.Н. Диэлектрические свойства засоленных содой почвогрунтов в диапазоне СВЧ //Тез. докл. XIX Всеросс. научн. конф. "Распространение радиоволн". Казань: Изд-во "Хэтер", 1999. С. 330-331.

220. Романов А.Н., Сурнаков И. В. Оценка водозапаса снежного покрова //Информационный листок № 135-89. Барнаул. 1989. 2с.

221. Сурнаков И.В., Романов А.Н., Иванченко В. Применение нейтронного влагомера ВНП-1 для определения плотности снега // Труды Зап. Сиб. регионального научно-исследовательского гидрометеорологического ин-та. 1991, № 5 С.131-139.

222. Комаров C.A., Миронов B.JI., Романов А.Н. Радиоизлучение мерзлых почв в СВЧ диапазоне //Тез. докл. 2-й науч. конф. "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды". Муром, 1990. С 69.

223. Комаров С.А., Миронов В.Л., Романов А.Н. Радиометрия земных покровов в длинноволновой части СВЧ-диапазона /Тез. докл. Всес. школы "Дистанционные радиофизические методы исследований природной среды". Барнаул, 1991. С. 26-27.

224. Бордонский Г.С. Тепловое излучение ледяного покрова пресных водоемов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. 104 с.

225. Glen J.W., Paren J.G. The electrical properties of snow and ice //J. of Glaciology. 1975. Vol. 15. № 73. P. 21-41.

226. Тонконогов М.П. Диэлектрическая спектроскопия кристаллов с водородными связями. Протонная релаксация. /УФН. Т. 168. № 1. С. 29-54.

227. Боярский Д.А. Микроволновая радиометрия снежного покрова и мерзлой почвы на частоте 3.95 ГГц. //Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. XL. №8. С. 1050-1059.

228. Боярский Д.А., Тихонов В.В. Влияние связанной воды на диэлектрическую проницаемость влажных и мерзлых почв. Препринт ИКИ РАН №Пр-2084. Москва. Ротапринт ИКИ РАН. 47 с.

229. Ушакова Л.А. Физические свойства снега и проблема его дистанционного мониторинга. /В кн. "Жизнь Земли. Космическое землеведение и охрана окружающей среды". Под ред. С.А. Ушакова. М.: Изд-во МГУ, 1989. С. 62-71.

230. Ушакова Л.А., Квливидзе В.И., Склянкин А.А. О возможности существования квазижидкой пленки на поверхности ледяных кристаллов при отрицательных температурах. /В сб. "Связанная вода в дисперсных системах". Вып. 1. М.: Изд-во МГУ, 1970.С. 155-166.

231. Попов А.И., Тушинский Г.Х. Мерзлотоведение и гляциология. М.: Высшая школа, 1973.270 с.

232. Комаров С. А., Романов А.Н. Перспективы использования длинноволновой части СВЧ-диапазона для радиофизического мониторинга земной поверхности /Сб. науч. тр. ВНИЦ "АИУС-агроресурсы". М.: 1991. С.141-146.