Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. №2. С. 182-193
Восстановление сплоченности ледяного покрова Арктики по данным SSM/I
В.В. Тихонов
1, И.А. Репина
2, Т.А. Алексеева
3, В.В. Иванов
3, М.Д. Раев
1, Е.А. Шарков
1, Д.А. Боярский
1, Н.Ю. Комарова
11 Институт космических исследований РАН, 117997, Москва, ул. Профсоюзная, 84/32
2 Институт космических исследований РАН; Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; Российский государственный гидрометеорологический университет, 117997, Москва, ул. Профсоюзная, 84/32; Москва, Россия; Санкт-Петербург, Россия
3 Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия
В данной работе представлен новый метод восстановления сплоченности ледяного покрова Арктики из данных SSM/I. Метод разработан на основе электродинамических моделей излучательных характеристик ледяного и снежного покровов. Модели учитывают реальные физические параметры льда и снега и не имеют эмпирических и подгоночных коэффициентов. В работе приводятся результаты сравнения расчетов сплоченности ледяного покрова Арктики, выполненных по предложенной методике с данными визуальных попутных наблюдений, а также с другими известными алгоритмами. В качестве визуальных данных используется массив наблюдений за морским льдом Арктического и Антарктического научно-исследовательского института. В качестве спутниковых данных используется база данных GLOBAL–RT программы DMSP, накопленная и постоянно обновляющаяся в отделе «Исследований Земли из космоса» ИКИ РАН.
Ключевые слова: сплоченность ледяного покрова, снежный покров, яркостная температура, электродинамическая модель, глубина формирования излучения, пассивное микроволновое зондирование, ice concentration, snow cover, brightness temperature, electrodynamical model, thickness of effectively radiating layer, passive microwave observations
Полный текстСписок литературы:
- Алексеева Т.А., Фролов С.В. Сравнительный анализ спутниковых и судовых данных о ледяном покрове в морях Российской Арктики // Исследование Земли из космоса. 2012. № 6. С. 69–76.
- Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Портрет Земли из космоса: глобальное радиотепловое поле // Природа. 2006. № 9. С. 17–27.
- Ермаков Д.М., Раев М.Д., Суслов А.И., Шарков Е.А. Электронная база многолетних данных глобального радиотеплового поля Земли в контексте многомасштабного исследования системы океан – атмосфера // Исследование Земли из космоса. 2007. № 1. С. 7–13.
- Репина И.А., Артамонов А.Ю., Смирнов А.С., Чечин Д.Г. Исследование взаимодействия океана и атмосферы в полярных районах в рамках международного полярного года // Метеорологические и геофизические исследования / Под ред. Г.В. Алексеева. М.; СПб, 2011. С. 236–250.
- Репина И.А., Тихонов В.В., Алексеева Т.А., Иванов В.В., Раев М.Д., Шарков Е.А., Боярский Д.А., Комарова Н.Ю. Электродинамическая модель излучения арктического ледяного покрова для решения задач спутниковой микроволновой радиометрии // Исследование Земли из космоса. 2012. № 5. С. 29–36.
- Рис У. Основы дистанционного зондирования. М.: Техносфера, 2006. 336 с.
- Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. М.: Наука, Физматлит, 1999. 496 с.
- Цейтлин Н.М. Применение методов радиоастрономии в антенной технике. М.: Сов. Радио, 1966. 213 с.
- Boyarskii D.A., Tikhonov V.V., Kleeorin N.I., Mirovskii V.G. Inclusion of scattering losses in the models of the effective permittivity of dielectric mixtures and applications to wet snow // J. of Electromagnetic Waves and Applications. 1994. V. 8. № 11. P. 1395–1410.
- Cavalieri D.J., St. Germain K.M., Swift C.T. Reduction of weather effects in the calculation of sea ice concentration with the DMSP SSM/I // J. Glaciology. 1995. V. 41. P. 455–464.
- Cavalieri D.J., Gloersen P., Campbell W.J. Determination of sea ice parameters with the NIMBUS 7 scanning multichannel microwave radiometer // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 5355–5369.
- Choudhury B.J., Schmugge T.J., Chang A., Newton R.W. Effect of Surface Roughness on the Microwave Emission From Soils // J. of Geophys. Research. 1979. V. 84. № C9. P. 5699–5706.
- Comiso J.C. Characteristics of Winter Sea Ice from Satellite Multispectral Microwave Observations // J. Geophys. Rev. 1986. V. 91. № C1. P. 975–994.
- Comiso J.C., Kwok R. Surface and radiative characteristics of the summer Arctic sea cover from multisensor satellite observations // J. Geophys. Res. 1996. V. 101. № C12. P. 28397–28416.
- Grenfell T.C., Cavalieri D., Comiso J., Steffen K. Microwave Remote Sensing of Sea Ice. Ed. F. Carsey. Amer. Geophys. Union. Washington, D.C. 1992. Chapter 14: Considerations for Microwave Remote Sensing of Thin Sea Ice. P. 291–300.
- Hufford G. A Model for the Complex Permittivity of Ice at Frequencies Below 1 THz // Intern. J. Infrared and Millimeter Waves. 1991. V. 12. № 7. P. 677–682.
- Kaleschke L., Lupkes C., Vihma T., Haarpaintner J., Bochert A., Hartmann J., Heygster G. SSM/I Sea Ice Remote Sensing for Mesoscale Ocean – Atmosphere Interaction Analysis // Can. J. Rem. Sens. 2001. V. 27. № 5. P. 526–537.
- Kern S., Heygster G. Sea ice concentration retrieval in the Antarctic based on the SSM/I 85.5 GHz polarization // Ann. Glaciol. 2001. V. 33. P. 109–114.
- Markus T., Cavalieri D.J. An enhancement of the NASA Team sea ice algorithm // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2000. V. 38. P. 1387–1398.
- Meier W.N. Comparison of passive microwave ice concentration algorithm retrievals with AVHRR imagery in Arctic Peripheral Seas // IEE Trans. Geosci. Rem. Sens. 2005. V. 43. № 6. P. 1324–1337.
- Pedersen L.T. Improved spatial resolution of SSM/I products // IMSI rep. Nansen Environmmental and Remote Sensing Center. Bergen. Norway. 1998. № 8.
- Polyakov I., Timokhov L., Dmitrenko I., et al. Observational program tracks Arctic Ocean transition to a warmer state. Eos. Transactions. American Geophysical Union. 2007. V. 88. P. 398–399.
- Sharkov E.A. Passive Microwave Remote Sensing of the Earth: Physical Foundations. Springer/PRAXIS. Berlin, Heidelberg, London, New York etc. 2003. 613 p.
- Svendsen E., Kloster K., Farrelly B., Johannessen O.M., Johannessen J.A., Campbell W.J., Gloersen P., Cavalieri D., Matzler C. Norwegian Remote Sensing Experiment’ Evaluation of the Nimbus 7 Scanning Multichannel Microwave Radiometer for Sea Ice Research // J. Geophys. Res. 1983. V. 88. № C5. P. 2781–2791.
- Swift C., Fedor L., Ramseier R. An Algorithm to Measure Sea Ice Concentration with Microwave Radiometers // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. № C1.