Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2026. Т. 23. № 3. С. 342-350
Анализ модуляционной передаточной функции фрагментированного льда с использованием спутниковых радиолокационных данных
О.А. Даниличева 1 , С.А. Ермаков 1, 2 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Волжский государственный университет водного транспорта, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 12.05.2026
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-3-342-350
Данная работа посвящена анализу модуляционной передаточной функции (МПФ) фрагментированного льда с использованием спутниковых радиолокационных данных. Актуальность исследования обусловлена необходимостью совершенствования климатических моделей Арктики, в которых взаимодействие волн и ледяного покрова учтено недостаточно, в частности, в области прикромочной ледовой зоны. Предложена методика оценки МПФ фрагментированного льда, используя параметры волнения по соседним участкам открытой воды, что исключает необходимость в дополнительных модельных данных. На примере радиолокационного снимка Sentinel-1 продемонстрирована возможность оценки МПФ фрагментированного льда. Показано, что полная МПФ фрагментированного льда, полученная по спутниковым данным, примерно на 60% превышает модельные оценки. Предположительно, такое несоответствие с модельными оценками связано с гидродинамическим взаимодействием длинных волн и фрагментированного льда, которое не учитывается при расчёте МПФ по модели. Гидродинамическое взаимодействие может приводить к перераспределению концентрации льда в поле орбитальной скорости длинных волн, а также к возникновению торосов, что будет вносить дополнительный вклад в полную МПФ фрагментированного льда. Результаты подтверждают необходимость дальнейших исследований для уточнения механизмов модуляции радиолокационного сигнала на фрагментированном льду.
Ключевые слова: РСА, радиолокационные изображения, модуляционная передаточная функция, фрагментированный лёд
Полный текстСписок литературы:
- Alpers W. R., Ross D. B., Rufenach C. L. On the detectability of ocean surface waves by real and synthetic aperture radar // J. Geophysical Research: Oceans. 1981. V. 86. No. C7. P. 6481–6498. DOI: 10.1029/JC086iC07p06481.
- Ardhuin F., Collard F., Chapron B. et al. Estimates of ocean wave heights and attenuation in sea ice using the SAR wave mode on Sentinel-1A // Geophysical Research Letters. 2015. V. 42. P. 2317–2325. DOI: 10.1002/2014GL062940.
- Ardhuin F., Stopa J., Chapron B. et al. Measuring ocean waves in sea ice using SAR imagery: A quasi-deterministic approach evaluated with Sentinel-1 and in situ data // Remote Sensing of Environment. 2017. V. 189. P. 211–222. DOI: 10.1016/j.rse.2016.11.024.
- Dawe B., Parashar S. SAR imaging of waves in ice // OCEANS’78. IEEE, 1978. P. 379–384. DOI: 10.1109/OCEANS.1978.1151122.
- De Carolis G. SAR observations of waves in ice // Proc. SPIE. SAR Image Analysis, Modeling, and Techniques V. 2003. V. 4883. P. 141–151. DOI: 10.1117/12.463062.
- Han H., Hong S. H., Kim H. et al. A study of the feasibility of using KOMPSAT-5 SAR data to map sea ice in the Chukchi Sea in late summer // Remote Sensing Letters. 2017. V. 8. No. 5. P. 468–477. DOI: 10.1080/2150704X.2017.1285501.
- Hasselmann K., Hasselmann S. On the nonlinear mapping of an ocean wave spectrum into a synthetic aperture radar image spectrum and its inversion // J. Geophysical Research: Oceans. 1991. V. 96. No. C6. P. 10713–10729. DOI: 10.1029/91JC00302.
- Huang B., Li X. Study on retrievals of ocean wave spectrum by spaceborne SAR in ice-covered areas // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 23. Article 6086. DOI: 10.3390/rs14236086.
- Jeffries M. O., Overland J. E., Perovich D. K. The Arctic shifts to a new normal // Physics Today. 2013. V. 66. P. 35–40. DOI: 10.1063/PT.3.2147.
- Kohout A. L., Williams M. J. M., Dean S. M., Meylan M. H. Storm-induced sea-ice breakup and the implications for ice extent // Nature. 2014. V. 509. P. 604–607. DOI: 10.1038/nature13262.
- Kwok R. Arctic sea ice thickness, volume, and multiyear ice coverage: losses and coupled variability (1958–2018) // Environmental Research Letters. 2018. V. 13. No. 10. Article 105005. DOI: 10.1088/1748-9326/aae3ec.
- Lyden J., Schuchman R., Zago C. et al. SAR imaging of ocean waves in the Marginal Ice Zone // Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS). 1988. V. 3. P. 1435–1437. DOI: 10.1109/IGARSS.1988.569488.
- Lyzenga D. R., Shuchman R. A., Lyden J. D., Rufenach C. L. SAR imaging of waves in water and ice: Evidence for velocity bunching // J. Geophysical Research: Oceans. 1985. V. 90. No. C1. P. 1031–1036. DOI: 10.1029/JC090iC01p01031.
- McBean G., Alekseev G., Chen D., Førland E., Fyfe J., Groisman P. Y., King R., Melling H., Vose R., Whitfield P. H. Arctic climate: past and present // Arctic climate impact assessment: Scientific report. Cambridge: Cambridge University Press, 2005. P. 22–60.
- Plant W. J. The modulation transfer function: Concept and applications // Radar Scattering from Modulated Wind Waves / eds. G. J. Komen, W. A. Oost. Dordrecht: Springer, 1989. P. 155–172.
- Schulz‐Stellenfleth J., Lehner S. Spaceborne synthetic aperture radar observations of ocean waves traveling into sea ice // J. Geophysical Research: Oceans. 2002. V. 107. No. C8. P. 20-1–20-19. DOI: 10.1029/2001JC000837.
- The WAVEWATCH III® Development Group (WW3DG): User manual and system documentation of WAVEWATCH III® version 6.07. // Technical Note 333, College Park, MD: NOAA, NWS, NCEP, MMAB, 2019. 465 p.
- Thomson J., Rogers W. E. Swell and sea in the emerging Arctic Ocean // Geophysical Research Letters. 2014. V. 41. P. 3136–3140. DOI: 10.1002/2014GL059983.
- Vachon P. W., Olsen R. B., Krogstad H. E., Liu A. K. Airborne synthetic aperture radar observations and simulations for waves in ice // J. Geophysical Research: Oceans. 1993. V. 98. No. C9. P. 16411–16425. DOI: 10.1029/93JC00914.
- Williams T. D., Bennetts L. G., Squire V. A. et al. Wave–ice interactions in the marginal ice zone. Part 1: Theoretical foundations // Ocean Modelling. 2013. V. 71. P. 81–91. DOI: 10.1016/j.ocemod.2013.05.010.
- Wright J. W., Plant W. J., Keller W. C., Jones W. L. Ocean wave‐radar modulation transfer functions from the West Coast Experiment // J. Geophysical Research: Oceans. 1980. V. 85. No. C9. P. 4957–4966. DOI: 10.1029/JC085iC09p04957.
- Zakhvatkina N. Yu., Alexandrov V. Yu., Johannessen O. M. et al. Classification of sea ice types in ENVISAT synthetic aperture radar images // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 51. No. 5. P. 2587–2600. DOI: 10.1109/TGRS.2012.2212445.