RU2742051C1 - Method of determining initial stage of deformation of glacier observed from spacecraft - Google Patents
Method of determining initial stage of deformation of glacier observed from spacecraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742051C1 RU2742051C1 RU2020104654A RU2020104654A RU2742051C1 RU 2742051 C1 RU2742051 C1 RU 2742051C1 RU 2020104654 A RU2020104654 A RU 2020104654A RU 2020104654 A RU2020104654 A RU 2020104654A RU 2742051 C1 RU2742051 C1 RU 2742051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glacier
- band
- electromagnetic radiation
- ghz
- reflected electromagnetic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам, предназначенным для выявления критического состояния ледника перед его разрушением, например, сходом со склонов гор, по увеличению значения мощности отраженного электромагнитного излучения, наблюдаемого с космического аппарата.The invention relates to methods for detecting the critical state of a glacier before its destruction, for example, descending from the slopes of the mountains, by increasing the power value of the reflected electromagnetic radiation observed from the spacecraft.
Ледники - один из важных компонентов природной среды в полярных и горных районах. Они играют важную роль в жизни Земли. У ледников происходит вязкопластическое течение, связанное с действием силы тяжести на него. Скорость движения ледника, как правило, не превышает нескольких сотен метров в год. Однако существуют пульсирующие ледники, скорость движения которых может резко возрасти на один-два порядка (Ю.Я. Мачерет Радиозондирование ледников. М.: Научный мир, 2006. 392 с). Бесконтрольное движение таких ледников может привести к катастрофическим последствиям. Поэтому необходимо определять и контролировать напряженное состояние пульсирующих ледников.Glaciers are one of the important components of the natural environment in polar and mountainous regions. They play an important role in the life of the Earth. A viscoplastic flow occurs near glaciers, associated with the action of gravity on it. The speed of the glacier, as a rule, does not exceed several hundred meters per year. However, there are pulsating glaciers, the speed of which can sharply increase by one or two orders of magnitude (Yu.Ya. Macheret Radiosonde glaciers. M .: Scientific world, 2006. 392 p). The uncontrolled movement of such glaciers can lead to disastrous consequences. Therefore, it is necessary to determine and control the stress state of pulsating glaciers.
Для быстрого определения скорости движения ледника пользуются своеобразными «ледниковыми часами» - криокинеметрами. Криокинеметр, предназначенный для непрерывной записи, называется криокинеграфом.To quickly determine the speed of the glacier movement, they use a kind of "glacial clock" - cryokinemeters. A cryokinemeter designed for continuous recording is called a cryokinegraph.
Сконструированный Швейцарской ледниковой комиссией криокинеметр - это металлическая прямоугольная коробка (7×5×2,5 см), на двух узких сторонах которой два гнезда с нарезкой, отвечающей нарезке штатива обычного фотоаппарата. Одно гнездо помещается на короткой стороне, другое - на длинной, чтобы прибор можно было ставить как удобнее. Из одной крышки коробки выдается главная ось; на нее неподвижно насажен блок (диаметром около 16 мм) с плоским желобом. Вращение этого валика при помощи увеличительного механизма передается стрелкам двойного циферблата, который помещается за целлулоидным окошечком на противоположной стороне аппарата. Главный циферблат диаметром в 35 мм разделен на 100 равных частей, занумерованных через каждый десяток. Легко отсчитывается полделения. Малый циферблат суммирует десять оборотов главного (большого). Одно деление главного циферблата соответствует смещению обода блока на 0,1 мм.The cryokinemeter designed by the Swiss Glacial Commission is a metal rectangular box (7 × 5 × 2.5 cm), on two narrow sides of which there are two sockets with a thread corresponding to the cutting of a tripod of a conventional camera. One socket fits on the short side, the other on the long side, so that the device can be installed as conveniently. The main axle protrudes from one box cover; a block (about 16 mm in diameter) with a flat groove is fixedly mounted on it. The rotation of this roller with the help of a magnifying mechanism is transferred to the hands of a double dial, which is placed behind a celluloid window on the opposite side of the apparatus. The main dial, 35 mm in diameter, is divided into 100 equal parts, numbered every ten. Half division is easily counted. The small dial sums up ten revolutions of the main (large) one. One division of the main dial corresponds to the displacement of the block rim by 0.1 mm.
Подставкой криокинеметра служит тренога фотоаппарата, теодолита и т.п. Передаточная нить (проволока) наматывается на один оборот на блок. На одном ее конце - бронзовый грузик весом в 200 г; он поддерживает нить, свисающую совершенно свободно, в натянутом положении. Грузику придана форма катушки, чтобы на нее можно было намотать излишек проволоки (или всю, когда прибор не работает). Другой конец проволоки связан с якорем - полым металлическим цилиндром высотой около 12 см (диаметром 3,5 см), несколько расширяющимся кверху. В этой расширенной части сделан венец из дырочек. Нить закрепляется в одной из них узлом.The stand of the cryokinemeter is a tripod of a camera, a theodolite, etc. The transfer thread (wire) is wound one turn per block. At one end there is a bronze weight 200 g; it keeps the thread hanging completely free in a taut position. The weight is shaped like a coil so that you can wind excess wire (or all of it when the device is not working). The other end of the wire is connected to an anchor - a hollow metal cylinder about 12 cm high (3.5 cm in diameter), slightly expanding upward. In this extended part, a crown is made of holes. The thread is fixed in one of them with a knot.
Во льду высверливают отверстие (соответствующее диаметру цилиндра) и ставят в него вертикально цилиндр, наполненный охладительной смесью (2 части мелконакрошенного льда и 1 часть поваренной соли), предохраняющей лед от таяния, а якорь - от выпадения из гнезда.A hole is drilled in the ice (corresponding to the diameter of the cylinder) and a cylinder is placed vertically in it, filled with a cooling mixture (2 parts of finely crushed ice and 1 part of table salt), which protects the ice from melting, and the anchor from falling out of the nest.
Якорь укрепляют на каком-нибудь выступе конца ледника, а криокинеметр - на земле перед концом ледника. Схема действия прибора очень проста: ледник продвигается вперед, проволока, связывающая его с аппаратом, от этого ослабляется, но через блок оттягивается грузиком книзу; вращение блока передается валику, а от последнего через механизм - стрелкам циферблата. Чувствительность прибора такова, что 1-2-х часов уже достаточно для получения заметного отсчета (Mercanton P. Le cryocinemetre de la Commission helvetigue des glaciers. «Ztschr. F. G.», XXII, 1935).The anchor is fixed on some ledge of the end of the glacier, and the cryokinemeter - on the ground in front of the end of the glacier. The scheme of operation of the device is very simple: the glacier moves forward, the wire connecting it to the device is weakened by this, but it is pulled downward through the block by a weight; the rotation of the block is transmitted to the roller, and from the latter through the mechanism - to the hands of the dial. The sensitivity of the device is such that 1-2 hours is already enough to obtain a noticeable reading (Mercanton P. Le cryocinemetre de la Commission helvetigue des glaciers. "Ztschr. F. G.", XXII, 1935).
Криокинеметр (и криокинеграф) этой конструкции может мерить скорость движения ледника только по его краю, так как при длине проволоки, превышающей 10 м, получаются большие ошибки (длина проволоки под влиянием температурных колебаний изменяется).A cryokinemeter (and cryokinegraph) of this design can measure the speed of a glacier only along its edge, since large errors are obtained with a wire length exceeding 10 m (the wire length changes under the influence of temperature fluctuations).
Причиной ошибок в показаниях прибора может быть и ветер, так как он меняет натяжение проволоки. Прибор успешно работает в тихую погоду или когда ветер дует параллельно оси ледника. Аппарат не может учитывать движение льда вбок или вверх по течению ледника (это отразится только на регистрации им скорости движения вниз по течению: запись покажет уменьшенное значение скорости). Кроме того, использование прибора предполагает работу специалистов на ледниках.Wind can also cause errors in the readings, as it changes the wire tension. The device works successfully in calm weather or when the wind blows parallel to the axis of the glacier. The device cannot take into account the movement of ice sideways or upstream of the glacier (this will only affect its registration of the speed of movement downstream: the record will show a reduced value of the speed). In addition, the use of the device involves the work of specialists on glaciers.
Известен способ определения момента времени схода наблюдаемого с космического аппарата ледника (см. патент на изобретение РФ №2605528, МПК G01C 11/10, опубл. 20.12.2016). Способ осуществляют по принципу определения перемещения ледника за заданный промежуток времени относительно неподвижных характерных точек на склонах ледника. Осуществляют первую съемку ледника и неподвижных характерных точек с космического аппарата. Определяют момент пересечения изображения ледника контрольного створа, измеряют по полученному изображению расстояние от контрольного створа до максимально удаленной крайней точки языка ледника. В случае, если изображения ледника и контрольного створа не пересекаются, проводят дополнительную съемку. Определяют изменение измеряемого расстояния от контрольного створа до крайней точки языка ледника и далее определяют расстояние от фронтальной части ледника до объекта, достижение которого ледником приведет к катастрофическому событию, и определяют время. Технический результат заключается в определении момента времени катастрофического схода ледника дистанционно с космического аппарата и в повышении точности определения момента времени катастрофического схода ледника. Однако есть существенные недостатки данного способа, связанные с тем, что определение неподвижных точек и языка ледника производится в оптическом диапазоне. В случае тумана, облачности или в ночное время съемка невозможна. В некоторых районах облачность наблюдается, практически, в течение всего года. В полярных районах солнечное освещение отсутствует в зимний период времени. Этот способ, кроме того, непригоден для центральных областей ледника, так как невозможно определить движение льда, покрытого снегом.There is a known method for determining the time of descent of the glacier observed from the spacecraft (see patent for invention of the Russian Federation No. 2605528, IPC G01C 11/10, publ. 20.12.2016). The method is carried out according to the principle of determining the movement of the glacier for a given period of time relative to fixed characteristic points on the slopes of the glacier. The first survey of the glacier and fixed characteristic points from the spacecraft is carried out. The moment of crossing the glacier image of the control section is determined, the distance from the control section to the most distant extreme point of the glacier tongue is measured from the obtained image. If the images of the glacier and the control section do not overlap, an additional survey is carried out. The change in the measured distance from the control line to the extreme point of the glacier tongue is determined, and then the distance from the frontal part of the glacier to the object, the reaching of which by the glacier will lead to a catastrophic event, is determined, and the time is determined. The technical result consists in determining the time of the catastrophic glacier descent remotely from the spacecraft and in increasing the accuracy of determining the time of the catastrophic glacier descent. However, there are significant disadvantages of this method associated with the fact that the determination of fixed points and the tongue of the glacier is carried out in the optical range. In case of fog, cloudy sky or at night, shooting is not possible. In some areas, cloudiness is observed practically throughout the year. In the polar regions, there is no sunlight during the winter period. This method, moreover, is not suitable for the central regions of the glacier, since it is impossible to determine the movement of the ice covered with snow.
Также известен способ регистрации движения ледника акустическим методом (Епифанов В.П., Глазовский А.Ф. Исследования ледников на основе акустических измерений // Лед и снег. 2013. Т. 53. №3. С. 12-19) с помощью метода акустической эмиссии в диапазоне частот 15-20 кГц, что позволяет исследовать движение льда в деградирующем леднике. Проходя через лед, звуковая волна вызывает упругое смещение каждой частицы льда относительно ее равновесного положения, поэтому акустические методы чрезвычайно чувствительны к структуре льда. Акустические характеристики связаны не только с упругими и вязкими характеристиками кристаллической решетки льда, но и с его теплоемкостью. Акустические измерения позволяют также определять плотность дислокаций и длину петли во льду как функцию его термодинамического состояния и выделять стадии пластичности на деформационных кривых льда и гранита. Собственные акустические колебания в ледниках возникают при нарушениях сплошности льда. Существенный недостаток способа - значительная трудоемкость, требующая установки многих сотен датчиков, невозможность их установки в труднодоступных местах (на больших высотах), то есть имеются ограничения на районы исследований ледников.Also known is a method of recording the movement of a glacier by the acoustic method (Epifanov V.P., Glazovsky A.F. Research of glaciers based on acoustic measurements // Ice and Snow. 2013. V. 53. No. 3. P. 12-19) using the method acoustic emission in the frequency range 15-20 kHz, which makes it possible to study the movement of ice in a degrading glacier. Passing through the ice, the sound wave causes an elastic displacement of each ice particle relative to its equilibrium position, therefore acoustic methods are extremely sensitive to the ice structure. The acoustic characteristics are associated not only with the elastic and viscous characteristics of the crystal lattice of ice, but also with its heat capacity. Acoustic measurements also make it possible to determine the dislocation density and loop length in ice as a function of its thermodynamic state and to distinguish plasticity stages on the deformation curves of ice and granite. Natural acoustic oscillations in glaciers arise when ice continuity is disturbed. A significant drawback of the method is a significant laboriousness, requiring the installation of many hundreds of sensors, the impossibility of their installation in hard-to-reach places (at high altitudes), that is, there are restrictions on the areas of glacier research.
Известен способ контроля движения наблюдаемого с космического аппарата ледника (см. патент на изобретение РФ №2650779, МПК G01C 11/06, опубл. 17.04.2018), принятый за прототип. Изобретение относится к области дистанционного мониторинга опасных природных процессов и может быть использовано для контроля движения ледника относительно наземного объекта, столкновение с которым с вероятностью приведет к катастрофическим последствиям. Сущность способа заключается в том, что выполняют съемку в оптическом диапазоне с космического аппарата ледника и неподвижных характерных наземных точек в моменты, взятые через задаваемый промежуток времени. Определяют скорость движения фронтальной части ледника по получаемым изображениям. Дополнительно выполняют одну или более съемку ледника и характерных точек вокруг ледника через отсчитываемое от момента выполнения предшествующей съемки ледника время, взятое из заранее рассчитанного диапазона значений. По полученным изображениям определяют расстояния от характерных наземных точек до фронтальной части ледника. С учетом указанных расстояний определяют параметры, по которым контролируют движение фронтальной части ледника относительно наземного объекта. Недостаток способа - существенные ограничения из-за облачности и возможность измерения только нижних краевых частей ледника.A known method of controlling the movement of a glacier observed from a spacecraft (see patent for invention of the Russian Federation No. 2650779, IPC G01C 11/06, publ. 17.04.2018), taken as a prototype. The invention relates to the field of remote monitoring of hazardous natural processes and can be used to control the movement of a glacier relative to a land object, a collision with which is likely to lead to catastrophic consequences. The essence of the method lies in the fact that a survey is performed in the optical range from a glacier spacecraft and fixed characteristic ground points at moments taken after a given time interval. The speed of movement of the frontal part of the glacier is determined from the images obtained. Additionally, one or more surveys of the glacier and characteristic points around the glacier are performed in time counted from the moment of the preceding survey of the glacier, taken from a pre-calculated range of values. The obtained images are used to determine the distances from the characteristic ground points to the frontal part of the glacier. Taking into account the indicated distances, parameters are determined by which the movement of the frontal part of the glacier relative to the ground object is controlled. The disadvantage of this method is significant limitations due to cloudiness and the ability to measure only the lower edge of the glacier.
Недостатками всех вышеперечисленных способов регистрации движения ледников является то, что они не позволяют определять начальные стадии деструкции ледника и предсказывать заранее возможное движение ледника, особенно в случае пульсирующих ледников.The disadvantages of all the above methods of recording the movement of glaciers is that they do not allow determining the initial stages of glacier destruction and predicting in advance the possible movement of the glacier, especially in the case of pulsating glaciers.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является выявление критического состояния ледника на его ранних стадиях, перед возможным разрушением.The problem to be solved by the present invention is to identify the critical state of the glacier in its early stages, before possible destruction.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности обнаружения начальной стадии деформации ледника.The technical result of the invention is to improve the accuracy of detecting the initial stage of glacier deformation.
Результат достигается тем, что способ определения начальной стадии деформации ледника, наблюдаемого с космического аппарата, характеризующийся тем, что с помощью изображений, полученных на космическом аппарате, выявляют неподвижные характерные точки на склонах ледника, отличается тем, что изображения на космическом аппарате получают с помощью радиолокационных изображений, для чего облучают склоны ледника электромагнитным излучением в С-диапазоне и в Ku-диапазоне, регистрируют принимаемое значение мощности отраженного электромагнитного излучения в неподвижных характерных точках на склонах ледника в С-диапазоне и в Ku-диапазоне, повторно облучают склоны ледника в С-диапазоне и в Ku-диапазоне, сравнивают полученные радиолокационные изображения в этих диапазонах, и, при стабильном значении мощности отраженного электромагнитного излучения в С-диапазоне и повышенном значении мощности отраженного электромагнитного излучения в Ku-диапазоне, фиксируют состояние непрерывной пластической деформации, предсказывающее направление движения части ледника либо возможность схода ледника до начала его быстрого движения, и делают вывод, что данная область ледника находится в начальной стадии деформации.The result is achieved by the fact that the method for determining the initial stage of deformation of the glacier observed from the spacecraft, characterized by the fact that with the help of images obtained on the spacecraft, fixed characteristic points on the slopes of the glacier are revealed, differs in that the images on the spacecraft are obtained using radar images, for which the glacier slopes are irradiated with electromagnetic radiation in the C-band and in the Ku-band, the received value of the power of the reflected electromagnetic radiation is recorded at fixed characteristic points on the glacier slopes in the C-band and in the Ku-band, the glacier slopes are re-irradiated in the C- and in the Ku-band, compare the obtained radar images in these bands, and, with a stable value of the power of the reflected electromagnetic radiation in the C-band and an increased value of the power of the reflected electromagnetic radiation in the Ku-band, the state of continuous plastic deformation is recorded and predicting the direction of movement of a part of the glacier or the possibility of glacier descent before the start of its rapid movement, and conclude that this area of the glacier is in the initial stage of deformation.
Сущность способа в том, что, с помощью радиолокационных изображений, полученных с космических аппаратов, определяется значение мощности отраженного электромагнитного излучения на частоте, лежащей в области 13…14 ГГц (Ku-диапазон) и на частоте, лежащей в области 5…6 ГГц (С-диапазон). Выявляют области ледника с повышенным значением мощности отраженного электромагнитного излучения на частоте 13…14 ГГц, причем значение этой величины на частоте 5…6 ГГц остается стабильным. Выявленная область ледника находится в состоянии пластической деформации.The essence of the method is that, using radar images obtained from spacecraft, the value of the power of the reflected electromagnetic radiation is determined at a frequency lying in the region of 13 ... 14 GHz (Ku-band) and at a frequency lying in the region of 5 ... 6 GHz ( C-band). Areas of the glacier with an increased power of the reflected electromagnetic radiation at a frequency of 13 ... 14 GHz are identified, and the value of this value at a frequency of 5 ... 6 GHz remains stable. The identified area of the glacier is in a state of plastic deformation.
Этот эффект обусловлен возникновением автоволн пластического течения с длиной волны в интервале 0,5-2 см при деформировании ледяного тела, и скоростью распространения 10-5…10-4 м/с, что придает им схожесть с неподвижной дифракционной решеткой. В результате взаимодействия микроволнового излучения с длинами волн во льду порядка 1 см и периодической структурой в виде волн течения, возникает интерференционный эффект, который существенно увеличивает значение мощности отраженного сигнала в Ku-диапазоне (в 2-10 раз выше, чем при отражении от естественных неоднородностей).This effect is due to the emergence of plastic flow autowaves with a wavelength in the range of 0.5-2 cm during deformation of an ice body, and a propagation speed of 10-5 ... 10 -4 m / s, which makes them similar to a fixed diffraction grating. As a result of the interaction of microwave radiation with wavelengths in ice of the order of 1 cm and a periodic structure in the form of flow waves, an interference effect arises, which significantly increases the power of the reflected signal in the Ku-band (2-10 times higher than when reflected from natural inhomogeneities ).
При вязкопластических деформационных процессах в ледниках появляются дополнительные рассеиватели, создающие интенсивное отраженное излучение. Такими рассеивателями являются недавно обнаруженные в кристаллических средах автоволны пластического течения (Зуев Л.Б. Автоволновая модель пластического течения // Физическая мезомеханика. 2011. Т. 14. №3. С. 85-94.). Волны течения появляются в результате механического деформирования среды в виде самопроизвольно разделенных в пространстве деформируемых и недеформируемых объемов, которые обладают периодичностью с размерами порядка 10-2 м и распространяющиеся с малой скоростью 10-5…10-4 м/с. Это явление имеет место внутри ледников и вблизи их поверхности при определенных температурах, массе льда и их местонахождении на склонах гор. Начало динамического процесса, т.е. движения ледника с образованием волн течения, может привести к сходу ледника. Для пресного льда существование автоволн пластического течения подтверждено лабораторными исследованиями, их средняя длина составляет 1,35 см (см. Бордонский Г.С., Гурулев А.А. Проявление автоволн пластического течения в пресном льду при микроволновых измерениях // Письма в Журнал технической физики. 2019. Т. 45. №6. С. 40-42.).During viscoplastic deformation processes, additional scatterers appear in glaciers, creating intense reflected radiation. Such scatterers are recently discovered in crystalline media autowaves of plastic flow (Zuev L.B. Autowave model of plastic flow // Physical Mesomechanics. 2011. V. 14. No. 3. P. 85-94.). Flow waves appear as a result of mechanical deformation of the medium in the form of deformable and non-deformable volumes spontaneously separated in space, which have a periodicity of about 10 -2 m and propagate at a low speed of 10 -5 ... 10 -4 m / s. This phenomenon takes place inside glaciers and near their surface at certain temperatures, ice mass and their location on mountain slopes. The beginning of a dynamic process, i.e. the movement of the glacier with the formation of current waves can lead to the descent of the glacier. For fresh ice, the existence of plastic flow autowaves is confirmed by laboratory studies, their average length is 1.35 cm (see G.S. Bordonskiy, A.A.Gurulev, Manifestation of plastic flow autowaves in fresh ice during microwave measurements // Letters to the Journal of Technical Physics . 2019.Vol. 45.No. 6. S. 40-42.).
Так как длина автоволн пластических течений составляет порядка сантиметра, и они имеют периодическую структуру, то, соответственно, ледник становится схож с хаотически распределенными в нем дифракционными решетками, имеющими период d~1 см. Соответственно, электромагнитные волны с длиной волны, близкой по значению к периоду решетки, будут интерферировать, и значение мощности отраженного электромагнитного излучения увеличивается. Такого эффекта не наблюдается на длинах волн электромагнитного излучения радаров, существенно отличающихся от длины волны автоволн пластических течений льда.Since the length of autowaves of plastic flows is on the order of a centimeter, and they have a periodic structure, then, accordingly, the glacier becomes similar to diffraction gratings chaotically distributed in it, having a period d ~ 1 cm. Accordingly, electromagnetic waves with a wavelength close in value to the period of the grating will interfere, and the power value of the reflected electromagnetic radiation increases. This effect is not observed at wavelengths of electromagnetic radiation from radars, which differ significantly from the wavelength of autowaves of plastic ice flows.
В среде длина электромагнитной волны меньше длины волны в вакууме в n раз, где n - показатель преломления среды. С учетом, что для льда эта величина примерно равна 1,8, то интерференция электромагнитных волн на леднике, в котором существуют волны течения, будет наблюдаться для длин волн излучения во льду в некотором интервале вблизи 1,2 см (что соответствует частоте 13,5 ГГц).In a medium, the length of an electromagnetic wave is n times less than the wavelength in vacuum, where n is the refractive index of the medium. Taking into account that for ice this value is approximately equal to 1.8, then the interference of electromagnetic waves on a glacier, in which current waves exist, will be observed for radiation wavelengths in ice in a certain interval near 1.2 cm (which corresponds to a frequency of 13.5 GHz).
При радарном зондировании Земли из космоса, весь электромагнитный диапазон разбивают на каналы (HF, P, VHF, UHF, L, S, С, X, Ku, K, Ka, V, W), и канал, в котором будут наблюдаться интерференционные явления от существующих волн течения в ледяном теле лежит в Ku-диапазоне (13…14 ГГц), а соответственно, в С-диапазоне (5…6 ГГц) этого явления наблюдаться не будет. В отличие от оптического диапазона, электромагнитное излучение в этом диапазоне слабо задерживается снегом в данных диапазонах длин волн и проникает в пресный лед на глубины в несколько метров. Состояние этого слоя и будет регистрироваться на радиолокационных изображениях.When radar sensing of the Earth from space, the entire electromagnetic range is divided into channels (HF, P, VHF, UHF, L, S, C, X, Ku, K, Ka, V, W), and a channel in which interference phenomena will be observed from the existing flow waves in the ice body lies in the Ku-band (13 ... 14 GHz), and accordingly, in the C-band (5 ... 6 GHz) this phenomenon will not be observed. In contrast to the optical range, electromagnetic radiation in this range is weakly trapped by snow in these wavelength ranges and penetrates into fresh ice to depths of several meters. The state of this layer will be recorded on the radar images.
При получении радиолокационных изображений ледников для двух разных диапазонов частот (Ku и С-диапазонов), будут выявляться области, где значение мощности отраженного излучения в Ku-диапазоне будет значительно выше, по сравнению со средним значением по снимку, чем в С-диапазоне.When acquiring radar images of glaciers for two different frequency bands (Ku and C-bands), areas will be identified where the value of the reflected radiation power in the Ku-band will be significantly higher than the average value for the image than in the C-band.
На Фиг. 1a изображена схема выявления деформируемых областей ледника, расположенного на склоне горы, на Фиг. 1б карта ледника с выделенной областью части ледника с увеличенным значением мощности отраженного электромагнитного излучения, находящейся в напряженном состоянии, где возникли рассеиватели во льду в виде автоволн пластического течения.FIG. 1a shows a diagram of the identification of deformable regions of a glacier located on a mountainside; FIG. 1b is a map of a glacier with a marked area of a part of a glacier with an increased value of the power of reflected electromagnetic radiation, which is in a stressed state, where scatterers appeared in the ice in the form of autowaves of plastic flow.
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Производят с космического аппарата радиолокационную съемку ледника, определяют значение мощности отраженного электромагнитного излучения на частоте, лежащей в области 13…14 ГГц (Ku-диапазон) и на более низких частотах, например, лежащих в области 5…6 ГГц (С-диапазон). При повторных съемках выявляют области ледника с повышенным значением мощности отраженного электромагнитного излучения на частоте 13…14 ГГц. Дополнительно измеряют значение мощности отраженного электромагнитного излучения на частотах в области 5…6 ГГц, которое остается стабильным. Определяют, что выявленные области повышенного значения отражения электромагнитного излучения от ледника в Ku-диапазоне находятся в состоянии непрерывной пластической деформации. Это состояние порождает во льду неоднородности, рассеивающие падающее внешнее излучение от космического радара, из-за возникновения автоволн пластического течения. По полученным изображениям, при их сравнении, определяют пространственное нахождение областей течения ледника. Автоволны пластического течения увеличивают мощность рассеяния в 2-10 раз по сравнению с естественными неоднородностями. При повторных съемках определяют нарастание или уменьшение площади ледника, охваченных течением, что позволит, с учетом рельефа его ложа, предсказать направление движения любой части ледника, а также предсказать возможность схода ледника, до начала его быстрого движения.Radar survey of the glacier is carried out from a spacecraft, the power value of the reflected electromagnetic radiation is determined at a frequency lying in the region of 13 ... 14 GHz (Ku-band) and at lower frequencies, for example, lying in the region of 5 ... 6 GHz (C-band). Repeated surveys reveal areas of the glacier with an increased value of the reflected power of electromagnetic radiation at a frequency of 13 ... 14 GHz. Additionally, the value of the power of the reflected electromagnetic radiation is measured at frequencies in the range of 5 ... 6 GHz, which remains stable. It is determined that the identified areas of increased reflection of electromagnetic radiation from the glacier in the Ku-band are in a state of continuous plastic deformation. This state gives rise to inhomogeneities in the ice, scattering the incident external radiation from the space radar, due to the occurrence of autowaves of plastic flow. On the basis of the obtained images, when comparing them, the spatial location of the glacier flow areas is determined. Autowaves of plastic flow increase the scattering power by 2-10 times compared to natural inhomogeneities. During repeated surveys, the increase or decrease in the area of the glacier covered by the current is determined, which will allow, taking into account the relief of its bed, to predict the direction of movement of any part of the glacier, as well as to predict the possibility of glacier descent, before the start of its rapid movement.
В настоящее время имеются технические возможности для реализации предложенного способа. Существуют космические радиолокаторы с синтезированной апертурой (СА) на борту и работающие в Ku и С-диапазонах, позволяющей получать карты интенсивности отраженного излучения с высоким пространственным разрешением.Currently, there are technical possibilities to implement the proposed method. There are space-based synthetic aperture (SA) radars on board and operating in the Ku and C-bands, which make it possible to obtain maps of the intensity of reflected radiation with high spatial resolution.
Предлагаемый способ позволяет определять состояние пластической деформации непрерывно движущегося или пульсирующего ледника дистанционно при любых погодных условиях, в ночное время и без присутствия специалистов на леднике и его склоне. Начало движения ледника определяется в любой его области. Это позволяет определить нарастание площади пластического течения во времени, что позволит выявить возможное начало быстрого движения, то есть схода ледника.The proposed method makes it possible to determine the state of plastic deformation of a continuously moving or pulsating glacier remotely under all weather conditions, at night and without the presence of specialists on the glacier and its slope. The beginning of the movement of the glacier is determined in any of its areas. This makes it possible to determine the increase in the area of the plastic flow in time, which will reveal the possible onset of rapid movement, that is, the descent of the glacier.
Преимуществами заявленного изобретения являются: дистанционный метод определения начала деструкции ледника по возрастанию во времени площади повышенного отражения радиолокационного сигнала на частотах Ku-диапазона;The advantages of the claimed invention are: a remote method for determining the beginning of the destruction of the glacier by increasing in time the area of increased reflection of the radar signal at Ku-band frequencies;
преимущество заявленного изобретения заключается в том, что возможно предсказание катастрофического движения льда на начальной стадии, задолго до его обнаружения ранее предложенными способами регистрации подвижки ледников;the advantage of the claimed invention is that it is possible to predict the catastrophic movement of ice at the initial stage, long before its detection by the previously proposed methods for registering the movement of glaciers;
высокое пространственное разрешение обнаружения процесса пластической деформации по всей площади ледника, составляющее значение порядка 10 метров;high spatial resolution of the plastic deformation process detection over the entire glacier area, amounting to about 10 meters;
всепогодность метода, отсутствие маскирующего влияния снежного покрова на начало движения льда;all-weather method, absence of masking effect of snow cover on the beginning of ice movement;
способ основан на новом физическом явлении, в зарубежной и отечественной литературе ранее не описан.the method is based on a new physical phenomenon, which has not been previously described in foreign and domestic literature.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020104654A RU2742051C1 (en) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | Method of determining initial stage of deformation of glacier observed from spacecraft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020104654A RU2742051C1 (en) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | Method of determining initial stage of deformation of glacier observed from spacecraft |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2742051C1 true RU2742051C1 (en) | 2021-02-02 |
Family
ID=74554619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020104654A RU2742051C1 (en) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | Method of determining initial stage of deformation of glacier observed from spacecraft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742051C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070026578A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Hyun-Su Kim | Method for forming a silicided gate |
| CN103500325A (en) * | 2013-10-15 | 2014-01-08 | 南京大学 | Superglacial moraine covering type glacier identification method based on optical and thermal infrared remote sensing images |
| RU2605528C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-12-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of determining moment of observed from spacecraft glacier coming-off |
| RU2650779C1 (en) * | 2016-06-28 | 2018-04-17 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of the observed from the space craft glacier movement control |
-
2020
- 2020-01-31 RU RU2020104654A patent/RU2742051C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070026578A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Hyun-Su Kim | Method for forming a silicided gate |
| CN103500325A (en) * | 2013-10-15 | 2014-01-08 | 南京大学 | Superglacial moraine covering type glacier identification method based on optical and thermal infrared remote sensing images |
| RU2605528C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-12-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of determining moment of observed from spacecraft glacier coming-off |
| RU2650779C1 (en) * | 2016-06-28 | 2018-04-17 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of the observed from the space craft glacier movement control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Illingworth et al. | Exploiting existing ground-based remote sensing networks to improve high-resolution weather forecasts | |
| Picard et al. | Influence of meter-scale wind-formed features on the variability of the microwave brightness temperature around Dome C in Antarctica | |
| Langleben | Albedo and degree of puddling of a melting cover of sea ice | |
| RU2742051C1 (en) | Method of determining initial stage of deformation of glacier observed from spacecraft | |
| Preiswerk et al. | Monitoring unstable parts in the ice-covered Weissmies northwest face | |
| RU2568152C1 (en) | Method to determine speed of motion of frontal glacier part from spacecraft | |
| Hofer et al. | Signatures of snow in the 5 to 94 GHz range | |
| Sterlyadkin et al. | Scanning laser wave recorder with registration of “instantaneous” sea surface profiles | |
| Zeller et al. | The ny-Ålesund turbulence fiber optic experiment (nytefox): investigating the arctic boundary layer, svalbard | |
| Gur'Yanov et al. | The contribution of the lower atmospheric layers to the seeing at some mountain observatories | |
| RU2650779C1 (en) | Method of the observed from the space craft glacier movement control | |
| Yanchukovsky et al. | Method of automatic correction of neutron monitor data for precipitation in the form of snow in real time | |
| Sprung et al. | Characterization of optical turbulence at the solar observatory at the Mount Teide, Tenerife | |
| Hinder | Fluctuations of water vapour content in the troposphere as derived from interferometric observations of celestial radio sources | |
| Sassen | Air-truth lidar polarization studies of orographic clouds | |
| Pérez Guillén | Advanced seismic methods applied to the study of snow avalanche dynamics and avalanche formation | |
| RU2605528C2 (en) | Method of determining moment of observed from spacecraft glacier coming-off | |
| van den Bossche et al. | Spatiotemporal variability of surface meteorological variables during fog and no-fog events in the Heber Valley, UT; selected case studies from MATERHORN-fog | |
| Caduff et al. | Terrestrial radar interferometry for snow glide activity monitoring and its potential as precursor of wet snow avalanches | |
| Hansen et al. | Simultaneous observations of noctilucent clouds and mesopause temperatures by lidar | |
| Eaton et al. | Short term variability of atmospheric turbidity and optical turbulence in a desert environment | |
| Majumdar et al. | Atmospheric turbulence measurements over desert site using ground-based instruments, kite/tethered-blimp platform, and aircraft relevant to optical communications and imaging systems: preliminary results | |
| Pan | Excess attenuation of an acoustic beam by turbulence | |
| Zeller et al. | NYTEFOX–The NY-Ålesund TurbulencE Fiber Optic eXperiment investigating the Arctic boundary layer, Svalbard | |
| Gubler | Remote avalanche warning-, alarm-and control systems, fundamentals, applications and experience |