Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 4. С. 101-117
Методика радиолокационной поляриметрической интерферометрии для определения высоты молодого соснового леса по данным TerraSAR-X/TanDEM-X зимнего периода
Т.Н. Чимитдоржиев
1 , И.И. Кирбижекова
1 , А.В. Дмитриев
1 1 Институт физического материаловедения СО РАН, Улан-Удэ, Россия
Одобрена к печати: 05.06.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-4-101-117
В контексте проблемы углеродной нейтральности актуальна задача достоверных оценок секвестрации углерода бореальными лесами Сибири, значительные площади которых восстанавливаются в настоящее время после пожаров. Для таких оценок используется информация об основных биофизических параметрах леса — биомассе и высоте, в том числе молодых деревьев. В настоящем исследовании предложена методика оценки высоты молодого соснового подроста в зимний период по полностью поляриметрическим данным бистатической радиолокационной системы X-диапазона TerraSAR-X/TanDEM-X. Суть методики заключается в анализе многомодального распределения интерферометрической фазы компоненты поверхностного рассеяния и оценке диапазона её наиболее распространённых значений. Компонента поверхностного рассеяния определена методом поляриметрической интерферометрии PolInSAR. Полагается, что снег, покрывающий верхний ярус ветвей и хвои, в совокупности с таковыми формирует, в случае сомкнутых крон группы деревьев, отражающую поверхность. Последняя является верхним фазовым центром, а земная поверхность, также покрытая снежным покровом, в промежутках между группами деревьев — нижним фазовым центром поверхностного рассеяния. Различие в высоте между этими центрами предлагается считать средней высотой редкого молодого леса. В соответствии с такой постановкой задачи эту величину предлагается оценить на основе измерений ширины основной моды распределения фазы поверхностного рассеяния при помощи анализа производной функции плотности распределения и теоретического диапазона стандартного отклонения (2–3)σ. Результаты оценки показывают, что данная методика может быть использована для определённых стадий залесения/лесовосстановления сосновым лесом. Основное ограничение этой методики — измеряемое различие по высоте фазовых центров для механизмов поверхностного и объёмного рассеяния не должно превышать 2π — неоднозначности высоты.
Ключевые слова: спутниковая радиолокация, X-диапазон, поляриметрическая интерферометрия, физические механизмы рассеяния, поверхностное рассеяние, уголковое рассеяние, объёмное рассеяние, фазовый сдвиг, лесовосстановление, снежный покров
Полный текстСписок литературы:
- Бондур В. Г., Чимитдоржиев Т. Н., Кирбижекова И. И., Дмитриев А. В. Радиолокационное обнаружение аномальной динамики бугров пучения на примере Ямальского бугра/кратера 2020 г. // Докл. Российской акад. наук. Науки о Земле. 2022. Т. 506. № 1. С. 65–72. DOI: 10.31857/S2686739722700013.
- Бондур В. Г., Чимитдоржиев Т. Н., Дмитриев А. В., Номшиев Ж. Д. Применение метода Stacking-InSAR для анализа изменений высоты лесного полога // Исслед. Земли из космоса. 2024. № 4. С. 69–76. DOI: 10.31857/S0205961424040067.
- Дмитриев А. В., Чимитдоржиев Т. Н., Добрынин С. И. и др. Оптико-микроволновая диагностика залесения сельскохозяйственных земель // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 168–180. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-168-180.
- Захаров А. И., Смирнов В. М., Яковлев О. И. Спутниковый мониторинг Земли: Радиолокационное зондирование поверхности. М.: Красанд, 2012. 248 с.
- Киселева Е. А., Михайлов В. О., Смольянинова Е. И., Дмитриев П. Н. К вопросу мониторинга смещений земной поверхности методами радарной спутниковой интерферометрии // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. С. 122–134. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-5-122-132.
- Чимитдоржиев Т. Н., Захаров А. И., Татьков Г. И., Хаптанов В. Б., Дмитриев А. В., Будаев Р. Ц., Цыбенов Ю. Б. Исследование криогенных деформаций грунта в дельте реки Селенга с помощью спутниковой РСА-интерферометрии и наземного георадарного зондирования // Исслед. Земли из космоса. 2011. № 5. С. 58–63.
- Чимитдоржиев Т. Н., Дмитриев А. В., Кирбижекова И. И. и др. Дистанционные оптико-микроволновые измерения параметров леса: современное состояние исследований и экспериментальная оценка возможностей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 9–26. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-9-24.
- Cloude S. Polarisation: Applications in remote sensing. Oxford: Oxford University Press, 2009. 453 p.
- Cloude S. R., Papathanassiou K. P. Polarimetric SAR interferometry // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1998. V. 36. No. 5. P. 1551–1565. DOI: 10.1109/36.718859.
- Dagurov P. N., Chimitdorzhiev T. N., Dmitriev A. V., Dobrynin S. I. Estimation of snow water equivalent from L-band radar interferometry: simulation and experiment // Intern. J. Remote Sensing. 2020. V. 41. No. 24. P. 9328–9359. DOI: 10.1080/01431161.2020.1798551.
- Hu S., Xiu Q., Ballester-Berman J. D. et al. A general three-component polarimetric SAR interferometry target decomposition // Advances in Space Research. 2024. V. 74. Iss. 11. P. 5428–5437. DOI: 10.1016/j.asr.2024.08.043.
- Joshi S. K., Kumar S. Spaceborne PolInSAR tomography for vertical profile retrieval of forest vegetation // J. Applied Remote Sensing. 2017. V. 11. No. 1. Article 016001. DOI: 10.1117/1.JRS.11.016001.
- Lee J.-S., Pottier E. Polarimetric radar imaging: from basics to applications. Boca Raton: CRC Press, 2009. 398 p.
- Papathanassiou K. P., Cloude S. R. Single-baseline polarimetric SAR interferometry // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2001. V. 39. No. 11. P. 2352–2363. DOI: 10.1109/36.964971.
- Qiao H., Zhang P., Li Z. et al. A new snow depth retrieval method by improved hybrid DEM differencing and coherence amplitude algorithm for PolInSAR // J. Hydrology. 2024. V. 628. Article 130507. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2023.130507.
- Sandwell D. T., Price E. J. Phase gradient approach to stacking interferograms // J. Geophysical Research: Solid Earth. 1998. V. 103. No. B12. P. 30183–30204. DOI: 10.1029/1998JB900008.
- Seppi S., López-Martínez C., Joseau M. J. An assessment of SAOCOM L-band PolInSAR capabilities for canopy height estimation: A case study over managed forests in Argentina // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2024. V. 17. P. 5001–5014. DOI: 10.1109/JSTARS.2024.3363435.
- Xing C., Wang H., Zhang Z. et al. A review of forest height inversion by PolInSAR: Theory, advances, and perspectives // Remote Sensing. 2023. V. 15. No. 15. Article 3781. DOI: 10.3390/rs15153781.
- Zakharov A., Zakharova L. An influence of snow covers on the radar interferometry observations of industrial infrastructure: Norilsk thermal power plant case // Remote Sensing. 2023. V. 15. No. 3. Article 654. DOI: 10.3390/rs15030654.