Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 7. С. 198-209
Анализ характеристик ледяного покрова озер Большеземельской тундры по радиолокационным данным ALOS PALSAR
И.О. Смирнова
1 , А.А. Русанова
1 , Н.В. Камышникова
1 1 Научно-исследовательский институт космоаэрогеологических методов - филиал ФГУП ЦНИИмаш, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 29.08.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-7-198-209
Статья содержит краткий обзор данных зарубежных и российских исследователей о механизмах рассеяния радиолокационного (РЛ) сигнала от ледяного покрова арктических озер и результаты собственных исследований с использованием данных ALOS PALSAR L-диапазона различных поляризаций на трех участках, расположенных в Большеземельской тундре. Исследовались характеристики ледяного покрова, включая коэффициент обратного рассеяния (σ°) озер различного типа (остаточного ледникового озера Ошкоты, пресных термокарстовых озер, в том числе загрязненных взвесью, и лагунных соленых озер). Обработка поляриметрических РЛ-данных методом декомпозиции показала, что поверхностное рассеяние является доминирующим на суше, в ледяном покрове над наиболее глубокими участками озера и у берегов, где обусловлено неровностями верхней части ледяного покрова (трещины, газовые пузыри, поднимающиеся по разлому, остатки тростника). Объемное рассеяние на участках озера со средней глубиной обусловлено неоднородностями ледяного покрова на границе «лед-вода» (пузырьки газа, остатки водной растительности), растительностью на берегах и в руслах ручьев, а двойное переотражение встречается редко и объясняется наличием крупных неоднородностей во льду (в русле реки и центральной части трещины). Результаты работ показали, что на изменение значений σº (кроме глубины и степени промерзания озер, выявленных зарубежными исследователями по результатам анализа РЛ-данных в Х- и С-диапазонах) влияет наличие неоднородностей в ледяном покрове, обусловленных пузырьками газа, вовлеченными в лед остатками растительности и количеством взвеси. Дополнительные исследования требуются для анализа характеристик льда соленых озер, так как предварительные результаты показали, что понижение значений обратного рассеяния связано в основном с приливными явлениями. В целом проведенное исследование демонстрирует перспективность использования РЛ-данных для изучения ледяного покрова озер.
Ключевые слова: радиолокационные данные, поляризация, ледяной покров озер, коэффициент обратного рассеяния, Большеземельская тундра
Полный текстСписок литературы:
- База данных по батиметрии озер. URL: http://lakemaps.org/ru/ (Дата обращения 03.10.16).
- Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Орлов А.О., Цыренжапов С.В. Различие картин радарных и радиометрических измерений (на примере ледяного покрова эвтрофированного озера) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 2. С. 228–240.
- Бордонский Г.С., Гурулев А.А., Крылов С.Д., Орлов А.О., Цыренжапов С.В. Определение областей донного газоотделения на акваториях с пресным льдом по данным радарных и радиометрических измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 3. С. 150–161.
- Бордонский Г.С., Гурулев А.А, Кантемиров Ю.И., Орлов А.О., Лукьянов П.Ю., Щегрина К.А., Цыренжапов С.В. Радиолокационное исследование ледяного покрова озера Доронинского // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013а. Т. 10. № 4. С. 289–297.
- Бордонский Г.С., Орлов А.О., Гурулев А.А., Щегрина К.А. Изучение ледяного покрова соленых озер радиолокационным методом // Вестник СибГАУ. 2013б. № 5 (51). С. 112–114.
- Antonova S., Duguay C.R., Kääb A., Heim B., Langer M., Westermann S., Boike J. Monitoring bedfast ice and ice phenology in lakes of the Lena river delta using TerraSAR-X backscatter and coherence time series // Remote Sensing. 2016. Vol. 8. P. 903–924.
- Atwood D.K., Gunn G.E., Roussi C., Wu J., Duguay C., Sarabandi K. Microwave backscatter from Arctic lake ice and polarimetric implications // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2015. Vol. 53. No. 11. URL:https://www.researchgate.net/publication/280970582 (Дата обращения 05.12.16).
- Engram M., Walter A., Meyer F.J., Grosse G. Characterization of L-band synthetic aperture radar (SAR) backscatter from floating and grounded thermokarst lake ice in Arctic Alaska // Cryosphere. 2013. Vol. 7. P. 1741–1752.
- Freeman A., Durden S.L. A Three-component scattering model for polarimetric SAR data // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1998. Vol. 36. No. 3. Р. 963–973.
- Henriksen M., Mangerud J., Matiouchkov A., Paus A., Svendsen J.I. Lake stratigraphy implies an 80 000 year delayed melting of buried dead ice in Northern Russia // Journal of Quaternary Science. 2003. Vol. 18 (7). Р. 663–679.
- Kozlenko N., Jeffries M. Bathymetric mapping of shallow water in thaw lakes on the north slope of Alaska with spaceborne imaging radar // Arctic. 2000. Vol. 53. No. 3. P. 306– 316.
- Surdu C.M., Duguay C.R., Brown L.C., Fernández Prieto D. Response of ice cover on shallow lakes of the north slope of Alaska to contemporary climate conditions (1950–2011): radar remote-sensing and numerical modeling data analysis // Cryosphere. 2014. Vol. 8. P. 167–180.
- Surdu C.M., Duguay C.R., Kheyrollah Pour H., Brown L.C. Ice freeze-up and break-up detection of shallow lakes in northern Alaska with spaceborne SAR // Remote Sensing. 2015. Vol. 7. P. 6133–6159.
- Ulaby F.T., Moore R.K., Fung A.K. Microwave remote sensing: active and passive. Volume III: from theory to applications. Artech House, Remote Sensing Series, 4, 1986. 1120 p.