Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
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. 2020. Т. 17. № 7. С. 187-202

Особенности радиолокационного зондирования ледяного покрова при малых углах падения на примере Охотского моря

В.Ю. Караев 1 , М.А. Панфилова 1 , Л.М. Митник 2, 1 , М.С. Рябкова 1 , Ю.А. Титченко 1 , Е.М. Мешков 1 , З.В. Андреева 3 , Р.В. Волгутов 3 
1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, Россия
3 НИЦ "Планета", Москва, Россия
Одобрена к печати: 13.10.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-187-202
В условиях изменяющегося климата актуальной задачей становится мониторинг ледяного покрова. Для мониторинга используются сенсоры, работающие в оптическом, инфракрасном и микроволновом (МВ) диапазонах. Современные орбитальные радиометры обеспечивают глобальное покрытие и оперативное получение информации. Из-за влияния атмосферы восстановление параметров поверхности выполняется с погрешностью, поэтому применение радиолокационных систем способно обеспечить повышение точности. В работе рассмотрены результаты зондирования ледяного покрова двухчастотным дождевым радиолокатором DPR (англ. Dual-frequency Precipitation Radar) и многоканальным сканирующим МВ-радиометром GMI (англ. GPM Microwave Imager) со спутника GPM (англ. Global Precipitation Measurement). Показано, что по радиолокационному контрасту «лёд – вода» при малых углах падения надёжно определяется кромка льда. Впервые предложен алгоритм определения сплочённости ледяного покрова по радиолокационным измерениям в Ku-диапазоне (частота 13,6 ГГц) при малых углах падения, который протестирован по измерениям в Охотском море зимой 2016/2017 гг. Выполнено сравнение с данными радиометра AMSR2 (англ. Advanced Microwave Scanning Radiometer), подтвердившее работоспособность алгоритма и целесообразность совместного использования пассивных и активных МВ-измерений при зондировании ледяного покрова.
Ключевые слова: сплочённость ледяного покрова, двухчастотный дождевой радиолокатор, малые углы падения, сечение обратного рассеяния, микроволновые радиометры GMI и AMSR2, алгоритм обработки
Полный текст

Список литературы:

  1. Заболотских Е. В. Обзор методов восстановления параметров ледяного покрова по данным спутниковых микроволновых радиометров // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55. № 1. С. 128–151. DOI: https://doi.org/10.31857/S0002-3515531128-151.
  2. Заболотских Е. В., Балашова Е. А., Шапрон Б. Усовершенствованный метод восстановления сплочённости морского льда по данным спутниковых микроволновых измерений вблизи 90 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 4. С. 233–243. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-4-233-243.
  3. Караев В. Ю., Панфилова М. А., Титченко Ю. А., Мешков Е. М., Баландина Г. Н., Андреева З. В. Первые результаты мониторинга формирования и разрушения ледяного покрова в зимний период 2014–2015 гг. на озере Ильмень по данным двухчастотного дождевого радиолокатора // Исслед. Земли из космоса. 2017. № 3. С. 30–39. DOI: 10.7868/S0205961417030046.
  4. Караев В. Ю., Панфилова М. А., Мешков Е. М., Баландина Г. Н., Андреева З. В., Максимов А. А. Использование данных двухчастотного дождевого радиолокатора для мониторинга формирования и разрушения ледяного покрова на озере Байкал в осенне-зимний период 2015/2016 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 1. С. 206–220. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-206-220.
  5. Клюев П. В., Лебедев С. А. Исследование ледового покрова Рыбинского водохранилища // Вестн. Тверского гос. ун-та. Сер. «География и Геоэкология». 2018. № 3. С. 66–78. DOI: https://doi.org/10.26456/2226-7719-2018-3-66-78.
  6. Конюхов С. Н., Драновский В. И., Цымбал В. Н. Радиолокационные методы и средства оперативного дистанционного зондирования Земли с аэрокосмических носителей. Киев: ООО АНТЦ «Авиадиагностика», 2007. 440 с.
  7. Кутуза Б. Г., Данилычев М. И., Яковлев О. И. Спутниковый мониторинг Земли. Микроволновая радиометрия атмосферы и поверхности. М.: ЛЕНАНД, 2016. 336 с.
  8. Митник Л. М., Викторов С. В. Радиолокация поверхности Земли из космоса. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 200 с.
  9. Митник Л. М., Митник М. Л. Алгоритм восстановления скорости приводного ветра по измерениям микроволнового радиометра AMSR-E со спутника Aqua // Исслед. Земли из космоса. 2011. № 6. С. 34–44.
  10. Панфилова М. А., Шиков А. П., Понур К. А., Виноградов И. Д., Рябкова М. С., Караев В. Ю. Картографирование ледяного покрова по данным двухчастотного дождевого радиолокатора на примере Охотского моря // 16-я Всероссийская открытая конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»: сб. тез. Москва, 12–16 нояб. 2018. М.: ИКИ РАН, 2018. С. 310. DOI: 10.21046/2070-16DZZconf-2018a.
  11. Смирнов В. Г. Спутниковые методы определения характеристик ледяного покрова морей. СПб.: ААНИИ, 2011. 240 с.
  12. Тихонов В. В., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Репина И. А., Комарова Н. Ю. (2015а) Мониторинг морского льда полярных регионов с использованием спутниковой микроволновой радиометрии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 150–169.
  13. Тихонов В. В., Репина И. А., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Комарова Н. Ю. (2015б) Комплексный алгоритм определения ледовых условий в полярных регионах по данным спутниковой микроволновой радиометрии (VASIA2) // Исслед. Земли из космоса. 2015. № 2. С. 78–93.
  14. Шиков А. П., Панфилова М. А., Караев В. Ю. Использование данных двухчастотного радиолокатора и радиометра на спутнике GPM для детектирования ледяного покрова на поверхности моря // Материалы Семнадцатой Всероссийской открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 11–15 нояб. 2019. М.: ИКИ РАН, 2019. С. 352. DOI: 10.21046/17DZZconf-2019a.
  15. Anderson H. S., Long D. G. Sea ice mapping method for Seawinds // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2005. V. 43. No. 3. P. 647–657.
  16. Cavalieri D. J., Germain K. M. S., Swift C. T. Reduction of weather effects in the calculation of sea-ice concentration with the DMSP SSM/I // J. Glaciology. 1995. V. 41. Iss. 139. P. 455–464.
  17. Comiso J. Polar Oceans from Space. N. Y.; L.: Springer, 2010. 513 p.
  18. GPM Data Utilization Handbook. First Edition / JAXA. 2014. 92 p.
  19. Karaev V., Panfilova M., Titchenko Yu., Meshkov Eu., Balandina G., Andreeva Z. (2018a) Monitoring of Inland Waters by the Dual-frequency Precipitation Radar: the First Results // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote sensing (J-STARS). 2018. V. 11. No. 11. P. 4364–4372. DOI: 10.1109/JSTARS.2018.2874697.
  20. Karaev V., Panfilova M., Meshkov Eu., Ryabkova M. (2018b) Observation of the Ice cover in the Okhotsk sea by Dual-frequency precipitation radar // 25 Years of Progress in Radar Altimetry Symp.: Book of Abstr. 24–29 Sept. 2018, Ponta Delgada, São Miguel Island, Azores Archipelago, Portugal. 2018. P. 191–192.
  21. Lebedev S. A., Kostianoy A. G., Popov S. K. Satellite Altimetry of Sea Level and Ice Cover in the Barents Sea // Ecologica Montenegrina. 2019. V. 25. P. 26–35. DOI: 10.37828/em.2019.25.3.
  22. Melsheimer C. ASI Version 5 Sea Ice Concentration: User Guide. Version V0.9.2 / Inst. Environmental Physics, Univ. Bremen. 2019. 10 p.
  23. Microwave Remote Sensing of Sea Ice (Geophysical Monograph 68) / ed. Carsey F. D. Washington, DC: American Geophysical Union, 1992. 462 p.
  24. Mitnik L. M., Mitnik M. L., Zabolotskikh E. V. Microwave sensing of the atmosphere-ocean system with ADEOS-II AMSR and Aqua AMSR-E // J. Remote Sensing Society Japan. 2009. V. 29. No. 1. P. 156–165.
  25. Nekrasov A., Khachaturian A., Abramov E., Kurdel P., Gamcová M., Gamec J., Bogachev M. On sea ice/water discrimination by airborne weather radar // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 120916–120922.
  26. Panfilova M., Shikov A., Andreeva Z., Volgutov R., Karaev V. On the problem of sea ice detection at low incidence angles using microwave radar data // CFOSAT Science Team Meeting: Book of Abstr. 23–26 Sept. 2019, Nanjing. 2019. URL: https://cfosat-st.sciencesconf.org/286166.
  27. Patel A., Paden J., Leuschen C., Kwok R., Gomez-Garcia D., Panzer B., Davidson W. J., Gogineni S. Fine-resolution radar altimeter measurements on land and sea ice // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2015. V. 53. No. 5. P. 2547–2564. DOI: 10.1109/TGRS.2014.2361641.
  28. Shuchman R. A., Onstott R. G., Johannesen O. M., Sandven S., Johannesen J. A. Process at the ice edge — The Arctic // SAR Marine User’s Manual. 2004. P. 373–395. DOI: 10.1029/2005JC003384.
  29. Spreen G. Meereisfernerkundung mit dem satellitengestutzten Mikrowellenradiometer AMSR(-E) — Bestimmung der Eiskonzentration und Eiskante unter Verwendung der 89 GHz-Kanale: Diplomarbeit (master’s thesis) / Univ. Hamburg, Univ. Bremen. Bremen, Germany, 2004. 139 p.
  30. Spreen G., Kaleshke L., Heygster G. Sea ice remote sensing using AMSR-E 89-GHz channels // J. Geophysical Research. 2008. V. 113. Iss. C2. Art. No. C02S03. DOI: 10.1029/2005JC003384.
  31. Zhang Z., Yu Y., Li X., Hui F., Cheng X., Chen Z. Arctic sea ice classification using microwave scatterometer and radiometer data during 2002–2017 // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2019. V. 57. Iss. 8. P. 5319–5328. DOI:10.1109/TGRS.2019.2898872.