S n o w m i c r o - s t r u c t u r e t o m i - PowerPoint PPT Presentation

S n o w m i c r o - s t r u c t u r e t o m i c r o - w a v e m o d e l l i n g G . P i c a r d L . B r u c k e r , F . D u p o n t , A . R o y , N . C h a m p o l l i o n L . A r n a u d , M . F i l y , A . R o y e r , A . L a n g l o i s , H . L ö w e , B . B i d e g a r a y - F e s q u e t Mi c r o s n o w A u g u s t 2 0 1 4

C o n t e x t S n o w m i c r o - s t r u c t u r e i s c o m p l e x - g r a n u l a r / p o r o u s m e d i u m , a n i s o t r o p y - w i d e d i s t r i b u t i o n o f c h a r a c t e r i s t i c l e n g t h s ( = ” g r a i n s i z e ” ) - s o m e t i m e l i q u i d w a t e r - … O n l y b a s i c m e t r i c s ( D m a x , o p t i c a l g r a i n s i z e ) a r e e a s i l y m e a s u r a b l e i n t h e fj e l d ( e x c l . X - r a y t o m o ) o r p r e d i c t e d b y s n o w p a c k m o d e l s . T h e s n o w p a c k i s c o m p l e x - p l a n e p a r a l l e l l a y e r s w i t h r o u g h i n t e r f a c e s ( a i r - s n o w , s n o w - s o i l , i n t e r n a l l a y e r i n g ) t o 3 D s t r u c t u r e ( e . g . s a s t r u g i ) - s o i l ( o r i c e ) i s “ p a r t ” o f s n o w p a c k : i n c l . w a t e r , i c e , m i n e r a l s c a t t e r e r s - v e g e t a t i o n , … T h e e l e c t r o m a g n e t i c p r o b l e m i s c o m p l e x - e l e c t r o m a g n e t i c a l l y d e n s e m e d i u m ( f r a c t i o n a l v o l u m e f > 0 a n d < 1 ) - “ g r a i n s i z e ” ~ w a v e l e n g t h - i c e h a s h i g h p e r m i t t i v i t y C o n s e q u e n c e s : i n t e r n a l fj e l d i s s i g n i fj c a n t / m u l t i p l e s c a t t e r i n g / n e a r fj e l d / r e s o n a n c e o r i n t e r f e r e n c e s N o p e r f e c t m u l t i - p u r p o s e m o d e l

C o n t e x t Wh a t d o “ w e ” w a n t t o d o ? U l t i m a t e g o a l : r e t r i e v e s n o w p a c k p r o p e r t i e s o f i n t e r e s t ( S WE , t e m p e r a t u r e , d e n s i t y , s t r a t i fj c a t i o n , s o i l s t a t e , … ) . I n g e n e r a l , t h e s e p r o p e r t i e s a r e w e l l - d e fj n e d a n d e a s y t o m e a s u r e i n t h e fj e l d . I n t e r m e d i a t e s t e p : r e t r i e v e / e s t i m a t e o t h e r s n o w p a c k p r o p e r t i e s ( g r a i n s i z e , … ) t o r e g u l a r i z e / i n i t i a l i z e t h e r e t r i e v a l . 1 . We n e e d a “ g o o d ” E M m o d e l B r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e s S n o w p a c k p r o p e r t i e s : a t s e v e r a l f r e q u e n c i e s ( m a x 1 0 ) - t e m p e r a t u r e p r o fj l e EM model a n d p o l a r i s a t i o n s ( 2 t o 4 ) - d e n s i t y p r o fj l e - g r a i n s i z e p r o fj l e a n d o t h e r m i c r o - B a c k s a c t t e r i n g c o e ffj c i e n t s t r u c t u r e i n f o r m a t i o n a t s e v e r a l f r e q u e n c i e s ( m a x 2 ) - i c e d i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d p o l a r i s a t i o n s ( 2 t o 1 6 ) - l i q u i d w a t e r c o n t e n t p r o fj l e , i m p u r i t i e s ( s a l t ) - s u r f a c e a n d i n t e r f a c e r o u g h n e s s - s o i l E M p r o p e r t i e s ( d i e l e c t r i c c o n s t a n t o r s c a t t e r i n g / a b s o r p t i o n ) T h e r e t r i e v a l i s u n d e r - d e t e r m i n e d p r o b l e m

C o n t e x t 2 . We n e e d i n v e r s e m e t h o d a n d p r i o r i n f o r m a t i o n - t e m p e r a t u r e p r o fj l e r e s i d u a l B r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e - d e n s i t y p r o fj l e EM model O b s e r v a t i o n s a t s e v e r a l g r a i n s i z e p r o fj l e a n d o t h e r m i c r o - - f r e q u e n c i e s a n d s t r u c t u r e i n f o r m a t i o n p o l a r i s a t i o n s - i c e d i e l e c t r i c c o n s t a n t I n v e r s e m e t h o d - l i q u i d w a t e r c o n t e n t p r o fj l e , i m p u r i t i e s ( s a l t ) - s u r f a c e a n d i n t e r f a c e r o u g h n e s s - s o i l E M p r o p e r t i e s ( d i e l e c t r i c c o n s t a n t o r s c a t t e r i n g / a b s o r p t i o n ) We a k c o n s t r a i n o n g r a i n s i z e a n d m i c r o - s t r u c t u r e p r o p e r t i e s a s t h e y a r e u s e d b y a n d e s t i m a t e d f r o m t h e E M m o d e l ( s e l f - c o n s i s t e n t v a r i a b l e ) : e . g . G l o b s n o w ( S WE r e t r i e v a l , e fg e c t i v e s n o w p a c k g r a i n s i z e e s t i m a t e d ) → “ w e ” o n l y n e e d a n E M m o d e l w i t h a g o o d f r e q u e n c y - d e p e n d e n c e ( e . g . C . M ä t z l e r , L . T s a n g )

C o n t e x t 2 a l t e r . P r i o r i n f o r m a t i o n c o m e s f r o m a s n o w p a c k m o d e l S t r o n g c o n s t r a i n o n g r a i n s i z e a n d m i c r o - s t r u c t u r e p r o p e r t i e s a s Snowpack t h e s n o w p a c k m o d e l a n d t h e E M m o d e l h a v e t o u s e t h e s a m e evolution v a r i a b l e s model → “ w e ” n e e d w e l l d e fj n e d s n o w g r a i n s i z e a n d a “ g o o d ” E M m o d e l a d a p t a t i o n - t e m p e r a t u r e p r o fj l e B r i g h t n e s s t e m p e r a t u r e r e s i d u a l - d e n s i t y p r o fj l e EM model O b s e r v a t i o n s a t s e v e r a l - g r a i n s i z e p r o fj l e a n d o t h e r m i c r o - f r e q u e n c i e s a n d s t r u c t u r e i n f o r m a t i o n p o l a r i s a t i o n s - i c e d i e l e c t r i c c o n s t a n t I n v e r s e m e t h o d - l i q u i d w a t e r c o n t e n t p r o fj l e , i m p u r i t i e s ( s a l t ) a n d i n f o r m a t i o n o n t h e l o c a t i o n o f l i q u i d w a t e r - s u r f a c e a n d i n t e r f a c e r o u g h n e s s - s o i l E M p r o p e r t i e s ( d i e l e c t r i c c o n s t a n t o r s c a t t e r i n g / a b s o r p t i o n )

C o n t e x t O b j e c t i v e : V a l i d a t e E M m o d e l s w i t h a c c u r a t e / w e l l d e fj n e d m e a s u r e m e n t s o f g r a i n s i z e O u t l i n e o f t h i s t a l k : 1 – V a l i d a t i o n o f D M R T - M L u s i n g S S A m e a s u r e m e n t s 2 – T h e m i c r o - s t r u c t u r e i n E M m o d e l s L i m i t t h i s t a l k : t o “ f a s t m o d e l s ” , i . e . s c a t t e r i n g a n d a b s o r p t i o n c o e ffj c i e n t s h a v e a n a n a l y t i c a l f o r m u l a t i o n . E x c l u d e e . g . n u m e r i c a l e x a c t s o l u t i o n s o f M a x w e l l e q u a t i o n s 3 - P e r s p e c t i v e s