Физические основы аэрокосмических методов микроволнового зондирования почвенных и напочвенных покровов

• Объект исследования – комплексная диэлектрическая проницаемость (КДП) почв, фазовые переходы почвенной влаги, радиотепловое излучение и радарное рассеяние тундровых и сельскохозяйственных почв. • Цель проекта – разработка физических основ новых методов диэлектрической спектроскопии (ДС), создание новых моделей КДП талых и мерзлых почв, развитие моделей радиотеплового излучения и радарного рассеяния почвенными покровами, разработка новых алгоритмов обработки спутниковых данных для определения влажности, температуры, талого/мёрзлого состояния почв сезонно-талого слоя (СТС). • Методы исследования. Методами ДС исследовались диэлектрические свойства и фазовые переходы различных категорий почвенной воды; отражательные, рассеивающие и излучательные свойства почв исследовались теоретически и экспериментально на основе радарных Sentinel-1 и радиометрических GCOM-W1, SMAP данных. • Результаты и их новизна. Впервые разработаны специализированные модели КДП тундровых почв и почв Красноярской лесостепи повышенной точности для частоты 435 МГц. В ходе совместных измерений диэлектрическим, калориметрическим и контактным методами доказана возможность практического применения диэлектрического метода для измерения содержания незамерзшей воды в почвах и исследования фазовых переходов почвенной воды. Разработан метод восстановления функции распределения времен релаксации из экспериментальных спектров КДП почв. В ходе широкомасштабной валидации созданного мультиспектрального градиентного радиометрического метода дистанционного зондирования (SMAP, GCOM-W1) талого и мёрзлого состояния тундровых почв, показана возможность определения направления потоков тепла и знака градиента температуры у дневной поверхности СТС. Предложена модифицированная модель Burke, которая с точностью когерентной модели Njoku описывает значения радиояркостной температуры для почв с различными профилями влажности и температуры. Показаны принципиальные ограничения глубины радиометрического зондирования влажности сельскохозяйственных и тундровых почв в P-диапазоне частот.