Exploring the Behaviour of Microwaves in a Snowpack Using Modelling Techniques

RÉSUMÉ

Les mécanismes qui régissent les interactions entre la neige, le sol et les hyperfréquences actives sont complexes et ils sont influencés par nombre de facteurs, parmi lesquels la densité de la neige, la dimension des grains, le niveau d'hydratation, la rugosité des sols, l'humidité et le gel. Un modèle de rétrodiffusion d'une couverture neigeuse a été élaboré en vue de comprendre l'importance relative de ces paramètres dans la signature globale des hyperfréquences provenant de terrains enneigés. Plus précisément, un modèle de rétrodiffusion radar qui simule l'accumulation annuelle de la neige comme un médium aléatoire d'une seule couche et quitient compte de l'état (gelé-non gelé) du sol sous-jacent a été examiné dans diverses conditions hypothétiques d'enneigement à partir des paramètres de fonctionnement du RAS de RADARSAT. Les résultats montrent que, conformément aux hypothèses sur lesquelles le modèle et les exercices de simulation sont fondés, la rétrodiffusion radar d'un terrain enneigé est altérée par les conditions de la neige et du sol sous-jacent et est particulièrement influencée par la densité de la neige ainsi que par la présence d'eau liquide dans la couche supérieure d'un sol gelé. Le résultat des simulations indique que les données RAS offrent un certain potentiel pour extraire l'équivalent en eau de la neige dans le cas de sols ayant une couverture neigeuse peu épaisse et fortement argileux.

SUMMARY

The mechanisms that drive the interactions between snow, soil, and active microwaves are complex and are affected by numerous factors, including snow density, grain size, wetness, soil roughness, moisture, and whether or not the soil is frozen. A snow/soil backscattering model has been developed to get some insight into the relative importance of these parameters in the overall microwave signature of snow-covered terrains. More specifically, a radar backscatter model that simulates the snowpack as a one-layer random medium and that takes into account the frozen/unfrozen state of the underlying soil was tested on various hypothetical snow cover conditions using SAR parameters specific to RADARSAT. Results indicate that under the assumptions used to develop the model and the simulation runs, the radar backscatter of snow-covered terrain is affected by snow and underlying soil conditions, and is particularly influenced by snow density and by the presence of liquid water in the upper frozen soil layer. The simulations indicate some potential of extracting snow water equivalent from SAR data for shallow snowpacks overlying soils with high clay contents.

Additional information

Notes on contributors

Robert Leconte

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Robert Leconte is with École de technologie supérieure, 4750, avenue Henri-Julien, Montréal, PQ H2T 2C8.