Журнал

О журнале Новости Редколлегия Информация для авторов и рецензентов Публикационная этика Дискуссия Контакты ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:
отправка и рецензирование статей
Архив
Том 21, 2024
Номер 1 Номер 2
Том 20, 2023
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 19, 2022
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 18, 2021
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 17, 2020
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 16, 2019 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 15, 2018 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 14, 2017 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 13, 2016 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 12, 2015 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 11, 2014 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 10, 2013 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 9, 2012 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 8, 2011 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 7, 2010 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Выпуск 6, 2009 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 5, 2008 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 4, 2007 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 3, 2006 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 2, 2005 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 1, 2004 г.
Том 1
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
подписаться отписаться
English version
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. 2024. Т. 21. № 1. С. 51-65

Исследование применимости геофизических модельных функций C-диапазона для радиолокационных данных в условиях Горьковского водохранилища

Н.С. Русаков 1 , Д.А. Сергеев 1 , О.С. Ермакова 1 , А.М. Кузнецова 1 , Д.С. Гладских 1 , Е.И. Поплавский 1 
1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 23.11.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-1-51-65
Работа посвящена исследованию применимости геофизических модельных функций (ГМФ) CMOD5, CMOD5.N, CMOD7 для С-диапазона электромагнитных волн в условиях внутреннего водоёма (на примере Горьковского вдхр.). Предложенные ГМФ были использованы для расчёта скорости ветра по данным РСА-изображений со спутника Sentinel-1 для IW-моды и соосной поляризации. Значения направления скорости ветра, необходимые для расчётов в рамках выбранных ГМФ, были получены по измерениям с метеостанции, установленной в южной части акватории Горьковского вдхр. При этом данные метеостанции были совмещены с отобранными РСА-изображениями по времени и пространству. Было установлено, что наилучший результат обеспечивает модель CMOD5.N. Дополнительно были проведены расчёты скорости ветра в рамках геофизической модельной функции для внутренних водоёмов, разработанной на основе приближения малых уклонов SSA2 и комбинированных модельных спектров. Было установлено, что данная ГМФ воспроизводит скорость ветра с меньшей по сравнению с моделями CMOD точностью. Также было продемонстрировано, что для условий Горьковского вдхр. результаты расчётов CMOD удовлетворительно согласуются с прогнозами пространственного распределения поля скорости ветра, рассчитанного с помощью модели WRF (англ. Weather Research and Forecasting).
Ключевые слова: спутник Sentinel-1, внутренний водоём, РСА-изображение, C-диапазон, геофизическая модельная функция, океанографический буй
Полный текст

Список литературы:

  1. Гирин С. Н. Анализ обоснованности ограничений эксплуатации пассажирских судов в Горьковском водохранилище // Науч. проблемы водного транспорта. 2022. № 72. С. 167–179. DOI: 10.37890/jwt.vi72.256.
  2. Монин А. С., Обухов А. М. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы // Тр. Геофиз. ин-та АН СССР. 1954. Т. 24. № 151. С. 163–187.
  3. Donnelly W. J., Carswell J. R., McIntosh R. E. et al. Revised Ocean Backscatter Models at C- and Ku-band under High-wind Conditions // J. Geophysical Research. 1999. V. 104(C5). P. 11485–11497. DOI: 10.1029/1998JC900030.
  4. Dudhia J. Numerical study of convection observed during the Winter Monsoon Experiment using a mesoscale two-dimensional model // J. Atmospheric Sciences. 1989. V. 46. P. 3077–3107. DOI: 10.1175/1520-0469(1989)046<3077:NSOCOD>2.0.CO;2.
  5. Dudhia J. A multi-layer soil temperature model for MM5 // The 6th PSU/NCAR Mesoscale Model Users’ Workshop. Boulder. 1996. P. 49–50.
  6. Elfouhaily T., Chapron B., Katsaros K., Vandemark D. A Unified Directional Spectrum for Long and Short Wind-Driven Waves // J. Geophysical Research. 1997. V. 102. P. 15781–15796. DOI: 10.1029/97jc00467.
  7. Hersbach H. CMOD5.n: A C-band geophysical model function for equivalent neutral wind. Technical memorandum 554. 2008. 20 p. http://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/2008/9873-cmod5n-c-band-geophysical-model- function-equivalent-neutral-wind.pdf.
  8. Hersbach H., Stoffelen A., de Haan S. An improved C-band scatterometer ocean geophysical model function: CMOD5 // J. Geophysical Research. 2007. V. 112(C3). Article C03006. DOI: 10.1029/2006JC003743.
  9. Hong S. Y., Noh Y., Dudhia J. A new vertical diffusion package with an explicit treatment of entrainment processes // Monthly Weather Review. 2006. V. 134. P. 2318–2341. DOI: 10.1175/MWR3199.1.
  10. Horstmann J., Koch W. Measurement of ocean surface winds using synthetic aperture radars // IEEE J. Oceanic Engineering. 2005. V. 30. Iss. 3. P. 508–515. DOI: 10.1109/JOE.2005.857514.
  11. Horstmann J., Koch W., Lehner S., Tonboe R. Ocean winds from Radarsat-1 ScanSAR // Canadian J. Remote Sensing. 2002. V. 28. P. 524–533. DOI: 10.5589/m02-043.
  12. Horstmann J., Schiller H., Schulz-Stellenfleth J., Lehner S. Global wind speed retrieval from SAR // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2003. V. 41. Iss. 10. P. 2277–2286. DOI: 10.1109/TGRS.2003.814658.
  13. Hwang P. A. Wavenumber spectrum and mean square slope of intermediate-scale ocean surface waves // J. Geophysical Research. 2005. V. 110. Article C10029. DOI: 10.1029/2005JC003002.
  14. Jimenez P. A., Dudhia J., Gonzalez–Rouco J. F. et al. A revised scheme for the WRF surface layer formulation // Monthly Weather Review. 2012. V. 140. P. 898–918. DOI: 10.1175/MWR-D-11-00056.1.
  15. Katona T., Bartsch A. Estimation of wind speed over lakes in Central Europe using spaceborne C-band SAR // European J. Remote Sensing. 2018. V. 51. Iss. 1. P. 921–931. DOI: 10.1080/22797254.2018.1516516.
  16. Kessler E. On the distribution and continuity of water substance in atmospheric circulations // Meteorological Monographs. Boston: American Meteorological Society, 1969. V. 10. P. 1–84. DOI: 10.1007/978-1-935704-36-2_1.
  17. Kuznetsova A., Baydakov G., Papko V. et al. Adjusting of Wind Input Source Term in WAVEWATCH III Model for the Middle-Sized Water Body on the Basis of the Field Experiment // Advances in Meteorology. 2016. P. 1–13. DOI: 10.1155/2016/8539127.
  18. Kuznetsova A., Baydakov G., Sergeev D., Troitskaya Y. High-resolution waves and weather forecasts using adapted WAVEWATCH III and WRF models // J. Physics: Conf. Ser. 2019. V. 1163. Iss. 1. Article 012031. DOI: 10.1088/1742-6596/1163/1/012031.
  19. Lehner S., Horstmann J., Koch W., Rosenthal W. Mesoscale wind measurements using recalibrated ERS SAR images // J. Geophysical Research. 1998. V. 103(C4). P. 7847–7856. DOI: 10.1029/97JC02726.
  20. Lehner S., Schulz-Stellenfleth J., Schattler B. et al. Wind and wave measurements using complex ERS SAR wave mode data // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2000. V. 38. Iss. 5. P. 2246–2257. DOI: 10.1109/36.868882.
  21. Lin H., Xu Q., Zheng Q. An Overview on SAR Measurements of Sea Surface Wind // Progress in Natural Science. 2008. V. 18. P. 913–919. DOI: 10.1016/j.pnsc.2008.03.008.
  22. Lu Y., Zhang B., Perrie W. et al. A C-Band Geophysical Model Function for Determining Coastal Wind Speed Using Synthetic Aperture Radar // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2018. V. 11. Iss. 7. P. 2417–2428. DOI: 10.1109/JSTARS.2018.2836661.
  23. Mallard M., Nolte C., Spero T. et al. Technical challenges and solutions in representing lakes when using WRF in downscaling applications // Geoscientific Model Development. 2015. V. 8. P. 1085–1096. DOI: 10.5194/gmd-8-1085-2015.
  24. McDaniel S. T. Small-Slope Predictions of Microwave Backscatter from the Sea Surface // Waves in Random Media. 2001. V. 11. Iss. 3. P. 343–360. DOI: 10.1080/13616670109409789.
  25. Mlawer E. J., Taubman S. J., Brown P. D. et al. Radiative transfer for inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated–k model for the longwave // J. Geophysical Research. 1997. V. 102. P. 16663–16682. DOI: 10.1029/97JD00237.
  26. Monaldo F., Jackson C., Li X., Pichel W. G. Preliminary evaluation of Sentinel-1A wind speed retrievals // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2016. V. 9. Iss. 6. P. 2638–2642. DOI: 10.1109/JSTARS.2015.2504324.
  27. Mouche A., Chapron B. Global C-Band Envisat, Radarsat-2 and Sentinel-1 SAR Measurements in Copolarization and Cross-polarization // J. Geophysical Research. 2015. V. 120. P. 7195–7207. DOI: 10.1002/2015JC011149.
  28. Quilfen Y., Chapron B., Elfouhaily T. et al. Observation of tropical cyclones by high-resolution scatterometry // J. Geophysical Research. 1998. V. 103(C4). P. 7767–7786. DOI: 10.1029/97JC01911.
  29. Radkani N., Zakeri B. G. Southern Caspian Sea wind speed retrieval from C-band Sentinel-1A SAR images // Intern. J. Remote Sensing. 2020. V. 41. Iss. 9. P. 3511–3534. DOI: 10.1080/01431161.2019.1706201.
  30. Saha S., Moorthi Sh., Pan H.-L. et al. The NCEP Climate Forecast System Reanalysis // Bull. American Meteorological Society. 2010. V. 91. P. 1015–1057. DOI: 10.1175/2010BAMS3001.1.
  31. Skamarock W. C., Klemp J. B., Dudhia J. et al. A Description of the Advanced Research WRF Version 3. NCAR Tech. Note NCAR/TN-475+STR, 2008. 113 p. DOI: 10.5065/D68S4MVH.
  32. Stoffelen A. Toward the true near-surface wind speed: Error modeling and calibration using triple collocation // J. Geophysical Research. 1998. V. 103(C4). P. 7755–7766. DOI: 10.1029/97JC03180.
  33. Stoffelen A., Anderson D. Scatterometer data interpretation: Estimation and validation of the transfer function CMOD-4 // J. Geophysical Research. 1997. V. 102. P. 5767–5780. DOI: 10.1029/96JC02860.
  34. Stoffelen A., Verspeek J. A., Vogelzang J., Verhoef A. The CMOD7 Geophysical Model Function for ASCAT and ERS Wind Retrievals // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2017. V. 10(5). P. 2123–2134. DOI: 10.1109/JSTARS.2017.2681806.
  35. Takeyama Y., Ohsawa T., Kozai K. et al. Comparison of Geophysical Model Functions for SAR Wind Speed Retrieval in Japanese Coastal Waters // Remote Sensing. 2013. V. 5. P. 1956–1973. DOI: 10.3390/rs5041956.
  36. Vachon P. W., Dobson F. W. Validation of wind vector retrieval from ERS 1 SAR images over the ocean // Global Atmosphere and Ocean System. 1996. V. 5. P. 177–187. DOI: 10.1109/IGARSS.2004.1370377.
  37. Vachon P. W., Dobson F. W. Wind retrieval from Radarsat SAR images: Selection of a suitable C-band HH polarization wind retrieval model // Canadian J. Remote Sensing. 2000. V. 26. P. 306–313. DOI: 10.1080/07038992.2000.10874781.
  38. Verhoef A., Portabella M., Stoffelen A. High-resolution ASCAT scatterometer winds near the coast // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 50. Iss. 7. P. 2481–2487. DOI: 10.1109/TGRS.2011.2175001.
  39. Voronovich A. G., Zavorotny V. U. Theoretical Model for Scattering of Radar Signals in Ku- and C-bands from a Rough Sea Surface with Breaking Waves // Waves in Random Media. 2001. V. 11. Iss. 3. P. 247–269. DOI: 10.1080/13616670109409784.
  40. Wackerman C., Rufenach C. L., Shuchman R. A. et al. Wind vector retrieval using ERS 1 synthetic aperture radar imagery // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1996. V. 34. P. 1343–1352. DOI: 10.1109/36.544558.
  41. Wang H., Yang J., Mouche A. et al. GF-3 SAR ocean wind retrieval: The first view and preliminary assessment // Remote Sensing. 2017. V. 9. Iss. 694. DOI: 10.3390/rs9070694.
  42. Wei S., Yang S., Xu D. On accuracy of SAR wind speed retrieval in coastal area // Applied Ocean Research. 2020. V. 95. Article 102012. DOI: 10.1016/j.apor.2019.102012.
  43. Yang X., Li X., Pichel W. G., Li Z. Comparison of ocean-surface winds retrieved from QuikSCAT scatterometer and Radarsat-1 SAR in offshore waters of the US west coast // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2011. V. 8. No. 1. P. 163–167. DOI: 10.1109/LGRS.2010.2053345.
  44. Zhang B., Perrie W., He Y. Wind speed retrieval from Radarsat2 quad-polarization images using a new polarization ratio model // J. Geophysical Research. 2011. V. 116(C8). Article C08008. DOI: 10.1029/2010JC006522.