ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

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 текст

Список литературы:

  1. База данных по батиметрии озер. URL: http://lakemaps.org/ru/ (Дата обращения 03.10.16).
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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).
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.