Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 3. С. 139-147
Изменчивость интенсивности микроволнового излучения морского льда в Арктике на частоте 89 ГГц в зимних условиях
Е.В. Заболотских
1 , М.А. Животовская
1 , Н.Ю. Захваткина
2, 3, 1 , Б. Шапрон
4, 1 1 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
2 Арктический и антарктический исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия
3 Научный фонд «Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена», Санкт-Петербург, Россия
4 Французский научно-исследовательский институт по эксплуатации морских ресурсов, Плузане, Франция
Одобрена к печати: 20.02.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-3-139-147
В работе проведён анализ пространственной изменчивости интенсивности микроволнового излучения морского льда в Арктике на частоте 89 ГГц на вертикальной и горизонтальной поляризации в январе и феврале 2015 г. на основе данных измерений радиометра Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2) со спутника GCOM-W1. Физическое моделирование переноса микроволнового излучения в системе «морской лёд — атмосфера» в условиях без рассеяния используется для вычисления радиояркостной температуры излучения морского льда на частоте 89 ГГц по данным измерений AMSR2 с использованием данных реанализа Era-Interim для оценки характеристик атмосферного излучения. Данные реанализа Era-Interim по температуре морского льда используются для вычисления коэффициентов излучения морского льда по рассчитанным значениям радиояркостной температуры. Области морского льда со 100% й сплочённостью идентифицированы на основе анализа изображений радиолокатора с синтезированной апертурой со спутника Sentinel-1. Проведённый анализ позволил выделить области высокой и низкой интенсивности излучения в Арктике, причём области низкой интенсивности излучения характерны для районов как многолетнего, так и однолетнего морского льда. Определены также районы со значениями поляризационной разницы в измерениях над морским льдом, превышающими 20 К. Для этих районов стандартные алгоритмы определения сплочённости морского льда будут существенно занижать её истинные значения.
Ключевые слова: морской лёд, Арктика, микроволновое излучение, радиояркостная температура, физическое моделирование, AMSR2, Sentinel-1, Era-Interim
Полный текстСписок литературы:
- Иванов В. В., Алексеев В. А., Алексеева Т. А., Колдунов Н. В., Репина И. А., Смирнов А. В. Арктический ледяной покров становится сезонным? // Исследования Земли из космоса. 2013. № 4. С. 50–65.
- Смирнов В. Г., Бушуев А. В., Захваткина Н. Ю., Лощилов В. С. Спутниковый мониторинг морских льдов // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. Т. 85. № 2. С. 62–76.
- Тихонов В. В., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Репина И. А., Комарова Н. Ю. Мониторинг морского льда полярных регионов с использованием спутниковой микроволновой радиометрии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 150–169.
- Andersen S., Tonboe R., Kern S., Schyberg H. Improved retrieval of sea ice total concentration from spaceborne passive microwave observations using numerical weather prediction model fields: an intercomparison of nine algorithms // Remote Sensing of Environment. 2006. V. 104. P. 374–392.
- Carsey F. Arctic fall onset of sea ice // J. Geophysical Research. 1982. V. 87. P. 5809–5835.
- Cavalieri D. J., Gloersen P., Campbell W. J. Determination of sea ice parameters with the Nimbus 7 SMMR // J. Geophysical Research. 1984. V. 89. P. 5355–5369.
- Comiso J. C. Sea ice effective microwave emissivities from satellite passive microwave and infrared observations // J. Geophysical Research. 1983. V. 88. P. 7686–7704.
- Gloersen P., Nordberg W., Schmugge T. J., Wilheit T. T., Campbell W. J. Microwave signatures of first-year and multiyear sea ice // J. Geophysical Research. 1973. V. 78. P. 3564–3572.
- 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 // Canadian J. Remote Sensing. 2001. V. 27. P. 526–537.
- Markus T., Cavalieri D. J. An enhancement of the NASA Team sea ice algorithm // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2000. V. 38. P. 1387–1398.
- Spreen G., Kaleschke L., Heygster G. Sea Ice Remote Sensing Using AMSR-E 89GHz Channels // J. Geophysical Research. 2008. V. 113. P. 1–14.
- Svendsen E., Kloster K., Farrelly K. B., Johannessen O. M., Johannessen J. A., Campbell W. J., Gloersen P., Cavalieri D. J., Matzler C. Norwegian Remote Sensing Experiment: Evaluation of the Nimbus 7 Scanning multichannel microwave radiometer for sea ice research // J. Geophysical Research. 1983. V. 88. P. 2781–2792.
- Tikhonov V. V., Repina I. A., Raev M. D., Sharkov E. A., Ivanov V. V., Boyarskii D. A., Alexeeva T. A., Komarova N. Y. A physical algorithm to measure sea ice concentration from passive microwave remote sensing data // Advances in Space Research. 2015. V. 56. No. 8. P. 1578–1589.
- Troy B. E., Hollinger J. P., Lerner R. M., Wisler M. M. Measurement of the microwave properties of sea ice at 90 GHz and lower frequency // J. Geophysical Research. 1981. V. 86. P. 4283–4289.
- Tucker W. B., Grenfell T. C., Onstott R. G., Perovich D. K., Gow A. J., Snuchman R. A., Sutherland L. L. Microwave and physical properties of sea ice in the winter Marginal Ice Zone // J. Geophysical Research. 1991. V. 96(C3). P. 4573–4587.
- Ulaby F. T., Moore R. K., Fung A. K. Microwave Remote Sensing, Active and Passive. 1986. V. 3. From Theory to Applications. 1705 p.
- Vant M. R., Gray R. B., Ramseier R. O., Makios V. Dielectric properties of fresh sea ice at 10 and 35 GHz // J. Applied Physics. 1974. V. 4. P. 4712–4717.
- Zabolotskikh E. V., Mitnik L. M., Chapron B. New approach for severe marine weather study using satellite passive microwave sensing // Geophysical Research Lett. 2013. V. 40. P. 1–4.
- Zabolotskikh E. V., Reul N., Chapron B. Geophysical model function for the AMSR2 C- band wind excess emissivity at high winds // IEEE Geoscience and Remote Sensing Let. 2016. V. 13. P. 78–81.