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 Номер 3 Номер 4
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. № 4. С. 209-222

Дистанционная оценка влагозапаса почвы в метровом слое по данным спутника SMOS

А.Н. Романов 1 , И.В. Хвостов 1 , И.В. Рябинин 1 , Д.А. Романов 1 
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия
Одобрена к печати: 12.08.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-4-209-222
Исследована возможность дистанционного определения влагозапаса почвы в метровом слое на основе яркостной температуры подстилающей поверхности, измеренной со спутника SMOS (англ. Soil Moisture Ocean Salinity) на длине волны 21 см. Для этой цели предложен новый подход, основанный на использовании экспериментально установленных зависимостей между влагосодержанием в соседних слоях почвы, начиная с поверхности и до глубины 1 м. Исследования проводились на территории Кулундинской степи (Алтайский край). В полевом эксперименте определялась на тестовых участках объёмная влажность (W) и влагозапас почвы (h) на разных глубинах от поверхности до глубины 1 м. По данным спутника SMOS (продукт L1c) и полевых измерений W и h установлена зависимость яркостной температуры на горизонтальной поляризации от влагозапаса почвы в поверхностном слое 0–5 см. Полученные зависимости использовались для расчёта суммарного влагозапаса в метровом слое почвы H0–100. Из комплексного анализа спутниковых данных, полевых и лабораторных измерений получено удовлетворительное соответствие между значениями H0–100, определёнными контактным (термостатно-весовым) и дистанционным (радиофизическим) способом.
Ключевые слова: влажность почвы, яркостная температура, коэффициент излучения, показатели преломления и поглощения, микроволновый диапазон, спутник SMOS
Полный текст

Список литературы:

  1. Башаринов А. Е., Тучков Л. Т., Поляков В. С., Ананов Н. И. Измерение радиотепловых и плазменных излучений в СВЧ-диапазоне. М.: Сов. ред., 1968. 390 с.
  2. Башаринов А. Е., Гурвич А. С., Егоров С. Т. Радиотепловое излучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974. 188 с.
  3. Беляева Т. А., Бобров А. П., Бобров П. П., Галеев О. В., Мандрыгина В. Н. Определение параметров моделей диэлектрической проницаемости почв с различной плотностью и различным содержанием гумуса по данным экспериментальных измерений в частотном диапазоне 0,1–20 ГГц // Исслед. Земли из космоса. 2003. № 5. С. 28–35.
  4. Голованов А. И., Паласиос О. Об определении зависимости запасов почвенной влаги от глубины промерзания грунтовых вод // Почвоведение. 1968. № 1. С. 101–105.
  5. Зотова Е. Н., Геллер А. Г. Способ определения влажности почв: Авторское свидетельство SU 985741. МПК G 01 N 22/04. Опубл. 30.12.1982. Бюл. № 48. 4 с.
  6. Комаров С. А., Миронов В. Л., Романов А. Н. Дистанционное определение уровней грунтовых вод с использованием региональных баз данных // Исслед. Земли из космоса. 1993. № 4. С. 79–82.
  7. Комаров С. А., Миронов В. Л., Романов А. Н., Евтюшкин А. В. (1994а) Определение площадей подтопленных земель дистанционными методами // Метеорология и гидрология. 1994. № 1. С. 87–91.
  8. Комаров С. А., Миронов В. Л., Романов А. Н., Рычкова Н. В. (1994б) Дистанционный радиофизический способ определения влажности почвы. Патент RU 2010219. МПК G 01 N 22/00. Опубл. 30.03.1994. 3 c.
  9. Комаров С. А., Миронов В. Л., Рычкова Н. В. Способ определения влажности устойчивого завядания. Патент RU 2092819. МПК G 01 N 22/04. Опубл. 10.10.1997. 5 c.
  10. Никифоров М. В., Пегоев Н. Н., Шкуратов И. И. Способ определения влажности почв в их естественном залегании. Авторское свидетельство SU 1061096. МПК G 01 V 11/00. Опубл. 15.12.1983. Бюл. № 46. 3 с.
  11. Реутов Е. А., Шутко А. М. Способ дистанционного определения профиля влажности и интегрального влагосодержания почвы. Авторское свидетельство SU 1326968. МПК G 01 N 22/04. Опубл. 30.07.1987. Бюл. № 28. 4 с.
  12. Реутов Е. А., Шутко А. М. Оценка уровня грунтовых вод по данным дистанционных СВЧ-радиометрических измерений // Исслед. Земли из космоса. 1991. № 2. С. 99–106.
  13. Романов А. Н. Влияние объемной влажности на диэлектрические свойства гумуса в микроволновом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51. № 6. С. 734–735.
  14. Тихонов В. В., Хвостов И. В., Алексеева Т. А. Анализ гидрологического режима устьевых областей Енисея, Печоры и Хатанги в зимний период по данным спутника SMOS // Исслед. Земли из космоса. 2022. Т. 202. № 6. С. 47–62. DOI: 10.31857/S0205961422060124.
  15. Тихонов В. В., Алексеева Т. А., Афанасьева Е. В. и др. О возможности определения сплочённости ледяного покрова арктических морей по данным спутника SMOS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 6. С. 329–335. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-6-329-335.
  16. Шарков Е. А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы. В 2 т. Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 548 с.
  17. Шутко А. М. СВЧ-радиометрия водной поверхности и почвогрунтов. М.: Наука, 1986. 190 с.
  18. Bitar A. A., Mahmoodi A., Kerr Y. et al. Global assessment of droughts in the last decade from SMOS root zone soil moisture // 2021 IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. IGARSS. 2021. P. 8628–8631. DOI: 10.1109/IGARSS47720.2021.9554773.
  19. Boyarskii D. A., Tikhonov V. V., Komarova N. Y. Model of dielectric constant of bound water in soil for applications of microwave remote sensing // Progress in Electromagnetics Research. 2002. V. 35. P. 251–269. DOI: 10.1163/156939302X01227.
  20. Gutierrez A., Castro R., Vieira P., Lopes G., Barbosa J. SMOS L1 Processor L1c data processing model: Technical rep. SO-DS-DME-L1OP-0009. 2017.
  21. John J., Sushama L., Roose S. A machine learning framework for extending SMOS surface soil moisture observations over Canada // EGU General Assembly. 2024. Artucle EGU24-12005. DOI: 10.5194/egusphere-egu24-12005.
  22. Kerr Y. H., Waldteufel P., Richaume P. et al. The SMOS soil moisture retrieval algorithm // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 5. P. 1384–1403. DOI: 10.1109/TGRS.2012.2184548.
  23. Kirdiashev K. P., Chukhlantsev A. A., Shutko A. M. Microwave radiation of the Earth’s surface in the presence of vegetation cover // Radio Engineering and Electronics. 1979. V. 24. P. 256–264.
  24. Komarov S. A., Mironov V. L., Romanov A. N. The effect of salinity on the permittivity of moist soils in the microwave band // J. Communications Technology and Electronics. 2002. V. 47. No. 6. P. 626–631.
  25. Li L., Dai Y., Wei Z. et al. Enhancing deep learning soil moisture forecasting models by integrating physics-based models // Advances in Atmospheric Sciences. 2024. V. 41. No. 7. P. 1326–1341. DOI: 10.1007/s00376-023-3181-8.
  26. Luo X., Yin C., Sun Y. et al. A real-time prediction approach to deep soil moisture combining GNSS-R data and a water movement model in unsaturated soil // Water. 2024. V. 16. No. 7. Article 979. DOI: 10.3390/w16070979.
  27. Mladenova I. E., Bolten J. D., Crowet W. T. et al. Evaluating the operational application of SMAP for global agricultural drought monitoring // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2019. V. 12. No. 9. P. 3387–3397. DOI: 10.1109/JSTARS.2019.2923555.
  28. Njoku E. G., Kong J. A. Theory for passive microwave remote sensing of near-surface soil moisture // J. Geophysical Research. 1977. V. 82. P. 3108–3118. DOI: 10.1029/JB082i020p03108.
  29. Pal M., Maity R. Assimilation of remote sensing based surface soil moisture to develop a spatially varying vertical soil moisture profile database for entire Indian mainland // J. Hydrology. 2021. V. 601. Article 126807. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2021.126807.
  30. Romanov A. N. On the influence of the macroaggregate composition of soils on their dielectric and radiative properties in the microwave band // J. Communications Technology and Electronics. 2004. V. 49. No. 9. P. 1048–1050.
  31. Sahr K., White D., Kimerling A. J. Geodesic discrete global grid systems // Cartography Geographic Information Science. 2023. V. 30. No. 2. P. 121–134. DOI: 10.1559/152304003100011090.
  32. Schmugge T. J. Effect of texture on microwave emission from soils // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1980. V. GE-18. No. 4. Р. 353–361. DOI: 10.1109/TGRS.1980.350313.
  33. Schmugge T. J., Gloersen P. W., Wilheit T., Geiger F. Remote sensing of soil moisture with microwave radiometry // J. Geophysical Research. 1974. V. 79. No. 2. P. 317–323. DOI: 10.1029/JB079i002p00317.
  34. Wang C., Yu T., Gu X. et al. The verification and fusion analysis of passive microwave soil moisture products in the three northeastern provinces of China // Atmosphere. 2024. V. 15. No. 4. Article 441. DOI: 10.3390/atmos15040441.
  35. Wang P., Zeng J., Chen K.-S. et al. Global-scale assessment of multiple recently developed/reprocessed remotely sensed soil moisture datasets // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2024. V. 62. Article 4403518. DOI: 10.1109/TGRS.2024.3361890.
  36. Ye N., Walker J. P., Yeo I.-Y. et al., Toward P-band passive microwave sensing of soil moisture // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2021. V. 18. No. 3. P. 504–508. DOI: 10.1109/LGRS.2020.2976204.