ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2015, № 2, с. 94-96
РЕЦЕНЗИИ
Е.А. ШАРКОВ. РАДИОТЕПЛОВОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
ЗЕМЛИ: ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ. Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 552 с.: ИЛ. ISBN 978-5-9903101-8-6
DOI: 10.7868/S0205961415020098
Книга Е.А. Шаркова посвящена рассмотрению физических основ и методов пассивного радиотеплового дистанционного зондирования Земли.
Методы и средства микроволновой диагностики с борта спутников и воздушных носителей начали использоваться в 60-70-ые годы XX столетия. Это явилось знаменательной вехой в развитии аэрокосмических исследований Земли. Основные достоинства микроволнового зондирования, связанные с возможностью получения информации в любое время суток, независимо от солнечного освещения и облачности, привлекли к ним внимание большого числа исследователей. Изучение и понимание микроволновых образов систем земная поверхность—атмосфера, океан—атмосфера обеспечили принципиально новую физическую картину объектов дистанционного зондирования. Главные особенности радиотепловых методов заключаются, с одной стороны, в диф-фракционной природе взаимодействия электромагнитных волн микроволнового диапазона с исследуемыми объектами (взволнованная морская поверхность, метеоструктуры в земной атмосфере, поверхность суши), а, с другой стороны, с особенностями излучения и поглощения радиоволн в микроволновом диапазоне.
Первоначально микроволновая радиометрия зарождалась в недрах радиоастрономии как своего рода вспомогательное направление. Первые микроволновые исследования атмосферы Земли базировались на аппаратурной базе и на методологической основе радиоастрономии.
Дальнейшее развитие и освоение сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин электромагнитных волн позволило осуществлять детальные спектральные исследования характеристик распространения радиоволн в атмосфере и плаз-моподобных средах, а также анализировать собственное излучение подстилающей поверхности. Стали развиваться как методы измерений, так и приборная база.
В конце 1960-х годов начался этап формирования микроволнового дистанционного зондирования как самостоятельного направления. Был создан целый ряд радиотепловых самолетных, аэро-
статных и наземных комплексов повышенной чувствительности для метеорологических, морских и геофизических исследований, а также других применений. Важнейшим этапом было создание в СССР многочастотного бортового космического радиотеплового комплекса трассового типа и установка его на ИСЗ "Космос-243", который был запущен в 1968 г. Значение этого космического эксперимента трудно переоценить. По существу, была продемонстрирована принципиальная возможность получения из космоса глобальной физической и геофизической информации при помощи радиотепловых систем. Научные результаты миссии были важнейшим стимулирующим шагом в исследовании атмосферы и поверхности Земли в микроволновом диапазоне. Они подтвердили высокую информативность микроволнового зондирования из космоса для изучения глобальных геофизических и метеорологических систем Земли.
В настоящее время ни одна крупная спутниковая миссия по исследованию Земли не обходится без включения в нее пассивных и активных радиофизических приборов. Интерес различных специалистов (метеорологов, океанологов, геофизиков, геологов, почвоведов и др.) к микроволновым методам и средствам космического базирования огромный. Однако, не владея специфическими знаниями в области радиофизики, заинтересованные исследователи подчас интерпретируют микроволновые образы земных объектов с точки зрения геометрической оптики.
Очевидно, что существует настоятельная необходимость в наличии издания, которое давало бы систематическое и последовательное представление о фундаментальных основах и об основных принципах теории и практики приема собственного радиотеплового излучения различных физических объектов. Кроме того, полезно представить описание современных достижений микроволновой диагностики природной среды, которое было бы достаточно воспринимаемо как студентами старших курсов высших учебных заведений, аспирантам и докторантам, так и специалистами, профессионально не связанными с проблемами радиофизики. Именно этим критериям и удовлетворяет рецензируемая книга.
Е.А. ШАРКОВ. РАДИОТЕПЛОВОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЗЕМЛИ
95
В отличие от существующих изданий по радиофизическим методам, монография Е.А. Шар-кова, с одной стороны, является учебником по радиофизическим методам и средствам дистанционного зондирования Земли, а с другой стороны, дает систематизированные идеи по возможностям и современным достижениям в области микроволновой диагностики природной среды. В связи с этим она представляет интерес для широкого круга специалистов.
Содержание книги сформировано таким образом, чтобы читатель мог получить необходимые фундаментальные знания о квантовом механизме собственного радиотеплового излучения природных сред, о прикладных аспектах современных методов анализа случайных полей сигналов, а также об основных методах измерения естественного электромагнитного флуктуационного излучения в микроволновом диапазоне спектра.
В главе 1 книги рассмотрены научные и прикладные аспекты дистанционного зондирования Земли, роль и место радиофизических методов, основные положения электромагнитной теории, физические особенности теплового излучения, возможности пассивных и активных методов микроволновой диагностики.
В главе 2 представлен обзор современных методов анализа случайных полей сигналов применительно, в первую очередь, к изучению физических основ формирования собственного радиотеплового излучения, рассмотрению способов и методов приема флуктуационных сигналов, а также анализу и интерпретации данных дистанционного микроволнового зондирования.
В главе 3 рассмотрены основные методы и схемы измерения радиотеплового излучения. С использованием метода эквивалентных схем вводятся важнейшие понятия яркостной и шумовой температуры, которые широко применяются в теории и практике микроволнового дистанционного зондирования. Детально рассмотрены функции и характеристики элементов пассивной дистанционной аппаратуры, а также обсуждены особенности построения микроволновых радиометров, методология измерения их основных частотных и энергетических характеристик.
В главе 4 основное внимание уделяется физической стороне проблемы. Анализируются важные для практических применений квазистационарная аппроксимация флуктуационно-диссипа-ционной теоремы, связывающей квантовое флуктуационное излучение объекта любой физической природы с его диссипативными свойствами, получившая наименование формулы Найквиста, а также приближение геометрической оптики — закон Кирхгофа. Рассматриваются методические вопросы применения результатов теоретических
исследований в реальных условиях дистанционного зондирования Земли.
Цель главы 5 заключается в рассмотрении основных характеристик поля излучения природных объектов и физических особенностей приема излучения микроволновыми антенными комплексами. С использованием метода эквивалентных схем вводятся важнейшие понятия яркост-ной и антенной температур, которые широко используются в теории и практике пассивных микроволновых аэрокосмических исследований Земли.
Предметами рассмотрения главы 6 монографии являются принципиальная в теории и практике теплового излучения модель абсолютно черного тела и фундаментальные законы такого излучения. Анализируются природные и искусственные объекты, близкие по своим характеристикам к черным телам и количественное излучение таких тел. Рассматриваются излучательная и поглощатель-ной способности физических тел, которые отличаются от абсолютно черного тела. На этой основе анализируется закон Кирхгофа, различные его формы и следствия.
В главе 7 анализируются основные характеристики поля излучения одной из важнейшей и широко используемой физической модели различных объектов, а именно, серого полупространства с гладкой границей. Вводятся определения отражательных и поляризационных свойств таких сред. Анализируются физические особенности приема поляризованного излучения микроволновыми комплексами. С использованием им-педансной формы граничных условий уравнений Максвелла формулируются физическая модель для расчета плоско-слоистых сред, которая широко применяется в теории и практике пассивного микроволнового дистанционного зондирования.
Глава 8 посвящена рассмотрению основных характеристик (интенсивность и спектральные особенности) поля излучения различных физических объектов, наиболее распространенных на поверхности и в атмосфере Земли. На основе феноменологического подхода к изучению релаксационных механизмов (модель Дебая и модели с множественностью времен релаксации) рассмотрены частотные свойства характеристик диэлектриков. Представлены основные положения теории и практики диэлектрической спектроскопии. Значительное внимание уделено также изучению диэлектрических и излучательных свойств соленой (морской) и пресной воды и их связи с физико-химической структурой этих веществ путем выявления частотной дисперсии электромагнитных свойств диэлектриков.
В главе 9 представлены энергетические соображения, лежащие в основе теории переноса излучения. Дан анализ уравнений и фундаменталь-
96
БОНДУР
ных положений, необходимых для изучения переноса излучения в поглощающих, излучающих и рассеивающих средах. Приведены формальные и приближенные решения уравнения переноса излучения, которые используются в последующих главах при рассмотрении переноса излучения в дисперсных средах (гидрометеоры и аэрозоль в атмосфере). Существенное внимание уделено анализу решений теории переноса, предназначенных для исследования процессов собственного излучения в микроволновом диапазоне.
Целью главы 10 является рассмотрение основных электромагнитных характеристик дисперсных сред, которые широко распространены в атмосфере Земли. Введены основные понятия, важные для определения количественных характеристик поглощения и рассеяния как отдельных (изолированных) частиц, так и дисперсных сред в виде облака невзаимодействующих случайно распределенных рассеивателей. Представлены ос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.