探冰雷达是如何“看穿”长达数公里的冰层而不被吸收的?

Question

BBC新闻文章加拿大冰盖下发现了孤立的湖泊链接至开放获取科学进展文章在加拿大北极的德文冰盖下发现了一个高盐冰下湖．

这一发现是基于雷达探测到的德文郡冰盖在加拿大的努勒维特。

之前的一个问题这些新发现的南极冰下火山可能发生了什么?显示了南极冰层的地下雷达测量结果，在这种情况下，冰层的深度为1.5公里，因此总路径长度为3公里。

水分子具有强极性，与微波辐射相互作用，吸收并使其热化。这种效果在微波炉中很明显。微波炉可以用来“解冻”几厘米厚的冷冻食品，使用更少的功率和更长的时间。这是必要的，因为冻结的水分子的吸收率低于未冻结地区的水分子，但它们的吸收率仍然很高。

雷达测量值在冰的往返中穿行了几公里，比一块冷冻豌豆的厚度大得多。

探冰雷达是如何在如此长的冰径中工作的呢?是否有一个特殊的频率被使用，或其他技巧允许极其微弱的反射后，批量衰减被检测和测量?

Answer 1

水分子确实会与微波相互作用，在900MHZ- 2.5GHz的微波炉中也是如此。该雷达仪器使用193MHz的甚高频无线电波运行[1]．

在比微波频率更低的频率下，损失因子要低得多，因此波可以以最小的吸收深入冰盖。液态水和固态冰之间介电常数的差异使他们能够看到边界并识别冰下湖泊

来自美国宇航局[２]

另一方面，根据雷达频率的不同，冰的反应也不同。它反射高频无线电波，但尽管是固体，低频雷达在某种程度上可以穿透冰。这就是为什么mcolds使用相对较低的频率-在120和240 MHz之间。这使得仪器能够探测冰层表面、冰层内层和下面的基岩。CReSIS科学家约翰·帕登(John Paden)说:“要探测冰的底部，你必须使用较低的频率。”“频率太高，信号会在冰中丢失。”

Answer 2

当电磁波穿过一种介质时，它可以与所讨论的介质相互作用。但这种相互作用取决于介质的电学性质。冰作为介电介质，确实会与传感器入射的电磁波相互作用。穿透深度与所使用的辐射波长成正比(有不同的形式可以表示这个深度，但对我来说最容易记住的是George Joseph的《遥感基础》中的Eq 2.14;可在谷歌书以及)：

$ l_a = \压裂大概{{\ lambda_0 \ \ varepsilon}}{2 \π\ varepsilon”}$

在哪里l_a美元在冰中的穿透深度是否定义为信号功率下降到的深度1美元/ e美元，\ varepsilon '美元而且\ varepsilon”美元分别是介电常数的实部和虚部，和\ lambda_0美元是电磁辐射的自由空间波长。

因此，在探地雷达中使用的微波辐射(电磁波谱中的较高波长辐射)可以穿透冰表面，其穿透深度由上述相同的方程给出。欢呼。