Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2026. Т. 23. № 5. С. 136-152
Метод пространственно-временного синтеза высокочастотных альтиметрических наблюдений уровней воды
М.В. Врублевский 1 , Е.А. Лупян 1 , М.А. Бурцев 1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 18.08.2026
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-5-136-152
Предложен метод синтеза высокочастотных альтиметрических наблюдений уровней воды (метод СВАН) с использованием данных альтиметрии и ограниченного архива наземных измерений. Метод позволяет для периода времени доступного архива in situ данных получить на этапе калибровки ежедневные временные ряды уровня воды на гидропостах альтиметрии (АГП), включая расположенные на участках, не охваченных наземными наблюдениями, а также на период отсутствия архивов измерений восстановить временные ряды уровня воды с повышенным временным разрешением, превышающим частоту повторных пролётов спутника. Апробация метода в рамках эксперимента по реализации этого подхода на реке Амур говорит об его эффективности: сравнение полученных временных рядов на 38 АГП с данными от ближайших наземных гидрологических станций показало следующие результаты: средние коэффициент корреляции Пирсона и среднеквадратическая ошибка восстановленных рядов на период 2023–2025 гг. составили 0,89 и 0,65 м соответственно. Полученные оценки не хуже оценок других существующих подходов, упомянутых в статье. Использование рассмотренного метода позволило повысить временное разрешение ряда значений уровня воды на АГП от 1–3 измерений в месяц до примерно одного измерения раз в три дня. Помимо того, что предложенный метод легко переносим на другие реки России, он позволяет получить временные ряды уровня воды с дискретностью примерно один раз в три дня для участков рек с недостатком наземных наблюдений. Применение такого подхода повышает число участков, охваченных достаточно частыми по пространству и времени измерениями уровня воды, что расширяет объём информации, необходимый для прогнозирования паводковой опасности, а также может выступить механизмом для оптимизации расходов на содержание гидрологической сети.
Ключевые слова: спутниковая альтиметрия, Sentinel-3, Sentinel-6, «Вега-Гидро», уровень воды, гидропосты альтиметрии, пространственно-временное разрешение, река Амур, метод СВАН
Полный текстСписок литературы:
- Борщ С. В., Симонов Ю. А., Христофоров А. В., Юмина Н. М. Краткосрочное прогнозирование уровней воды на реке Амур // Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов. 2017. № 44. С. 136–151.
- Бузмаков С. В., Юхно А. В., Осташов А. А. Использование автоматизированных гидрологических комплексов для измерения уровня воды на государственной наблюдательной сети // Изв. Иркутского гос. ун-та. Сер. «Науки о Земле». 2025. Т. 52. С. 3–18. DOI: 10.26516/2073-3402.2025.52.3.
- Бурцев М. А., Уваров И. А., Лупян Е. А. и др. «Вега-Гидро» — спутниковый сервис для задач гидрологии // Материалы 22-й Международ. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2024. С. 354. DOI: 10.21046/22DZZconf-2024a.
- Врублевский М. В., Константинова А. М., Бурцев М. А. Интерфейс для работы с данными альтиметрии для мониторинга внутренних водоёмов // Материалы 21-й Международ. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2023. С. 76. DOI: 10.21046/21DZZconf-2023a.
- Вуглинский В. С., Крето Ж. Ф., Измайлова А. В. и др. Перспективы использования спутниковой информации для определения уровня воды крупных озёр и водохранилищ (на примере водных объектов России) // Метеорология и гидрология. 2024. № 1. С. 5–16. DOI: 10.52002/0130-2906-2024-1-5-16.
- Данилов-Данильян В. И., Гельфан А. Н., Мотовилов Ю. Г., Калугин А. С. Катастрофическое наводнение 2013 года в бассейне реки Амур: условия формирования, оценка повторяемости, результаты моделирования // Водные ресурсы. 2014. Т. 41. № 2. С. 111−122. DOI: 10.7868/S0321059614020059.
- Зуев В. В., Короткова Е. М., Уйманова В. А., Кураков С. А. Сравнительный анализ гидрометеорологических наблюдений Росгидромета и автономного измерительного комплекса «Майма» в бассейне р. Майма (Горный Алтай) // Водное хоз-во России. 2018. № 5. С. 65–74.
- Лупян Е. А., Прошин А. А., Бурцев М. А. и др. Опыт эксплуатации и развития центра коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных (ЦКП «ИКИ-Мониторинг») // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 151–170. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-151-170.
- Мухамеджанов И. Д., Константинова А. М., Лупян Е. А., Умирзаков Г. У. Оценка возможностей спутникового мониторинга динамики речного стока на примере анализа состояния реки Амударьи // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 1. С. 87–103. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-1-87-103.
- Мухамеджанов И. Д., Врублевский М. В., Лупян Е. А., Умирзаков Г. У. Возможности калибровки космических гидропостов по данным альтиметрии на примере рек Центральной Азии // Материалы 23-й Международ. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2025. С. 309. DOI: 10.21046/23DZZconf-2025a.
- Наумов В. А. К расчёту времени добегания методом корреляционного анализа (на примере реки Мсты) // Вестн. науки и образования Северо-Запада России: электронный журн. 2020. Т. 6. № 4. С. 24–31.
- Обзор состояния системы гидрологических наблюдений, обработки данных и подготовки информационной продукции в 2024 году. СПб.: ФГБУ «ГГИ», 2025. 78 с.
- Пиотровский А. А., Зенгина Т. Ю. Изменение водного зеркала акватории Ангарского Сора в связи с природными и антропогенными колебаниями уровня воды в Байкале // Проблемы регион. экологии. 2018. № 2. С. 102–109. DOI: 10.24411/1728-323X-2018-12102.
- Пономаренко Т. С., Рыжаков А. Н. Современное состояние гидрологической сети Черноморского побережья // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2023. № 1(89). С. 126–135.
- Altenau E. H., Pavelsky T. M., Durand M. T. et al. The Surface Water and Ocean Topography (SWOT) mission River Database (SWORD): A global river network for satellite data products // Water Resources Research. 2021. V. 57. Iss. 7. Article e2021WR030054. DOI: 10.1029/2021WR030054.
- Boergens E., Buhl S., Dettmering D. et al. Combination of multi-mission altimetry data along the Mekong River with spatio-temporal kriging // J. Geodesy. 2017. V. 91. P. 519–534. DOI: 10.1007/s00190-016-0980-z.
- Boergens E., Dettmering D., Seitz F. Observing water level extremes in the Mekong River Basin: The benefit of long-repeat orbit missions in a multi-mission satellite altimetry approach // J. Hydrology. 2019. V. 570. P. 463–472. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2018.12.041.
- Cerbelaud A., David C. H., Pavelsky T. et al. Satellite requirements to capture water propagation in Earth’s rivers // Reviews of Geophysics. 2025. V. 63. Iss. 3. Article e2024RG000871. DOI: 10.1029/2024RG000871.
- Fang C., Long D., Huang Q. et al. Improved water level retrieval in complex riverine environments: Sentinel-3 and Sentinel-6 altimetry over China’s rivers // Water Resources Research. 2025. V. 61. Iss. 4. Article e2024WR039705. DOI: 10.1029/2024WR039705.
- Halicki M., Schwatke C., Niedzielski T. The impact of the satellite ground track shift on the accuracy of altimetric measurements on rivers: A case study of the Sentinel-3 altimetry on the Odra/Oder River // J. Hydrology. 2022. V. 617. Pt. A. Article 128761. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2022.128761.
- Hossain F., Siddique-E-Akbor A. H., Mazumder L. C. et al. Proof of concept of an altimeter-based river forecasting system for transboundary flow inside Bangladesh // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2014. V. 7. Iss. 2. P. 587–601. DOI: 10.1109/JSTARS.2013.2283402.
- Ke L., Xu J., Fan C. et al. Remote sensing reconstruction of long-term water level and storage variations of a poorly-gauged river in the Tibetan Plateau // J. Hydrology: Regional Studies. 2022. V. 40. Article 101020. DOI: 10.1016/j.ejrh.2022.101020.
- Kittel C. M. M., Jiang L., Tøttrup C., Bauer-Gottwein P. Sentinel-3 radar altimetry for river monitoring — a catchment-scale evaluation of satellite water surface elevation from Sentinel-3A and Sentinel-3B // Hydrology and Earth System Sciences. 2021. V. 25. No. 1. P. 333–357. DOI: 10.5194/hess-25-333-2021.
- Moriasi D. N., Arnold J. G., Van Liew M. W. et al. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations // Trans. ASABE. 2007. V. 50. No. 3. P. 885–900. DOI: 10.13031/2013.23153.
- Nielsen K., Zakharova E., Tarpanelli A. et al. River levels from multi mission altimetry, a statistical approach // Remote Sensing of Environment. 2022. V. 270. Article 112876. DOI: 10.1016/j.rse.2021.112876.
- Pekel J.-F., Cottam A., Gorelick N., Belward A. S. High-resolution mapping of global surface water and its long-term changes // Nature. 2016. V. 540. No. 7633. P. 418–422. DOI: 10.1038/nature20584.
- Pham H. T., Marshall L., Johnson F., Sharma A. Deriving daily water levels from satellite altimetry and land surface temperature for sparsely gauged catchments: A case study for the Mekong River // Remote Sensing of Environment. 2018. V. 212. P. 31–46. DOI: 10.1016/j.rse.2018.04.034.
- Roux E., Cauhope M., Bonnet M.-P. et al. Daily water stage estimated from satellite altimetric data for large river basin monitoring // Hydrological Sciences J. 2008. V. 53. Iss. 1. P. 81–99. DOI: 10.1623/hysj.53.1.81.
- Schwatke C., Dettmering D., Bosch W., Seitz F. DAHITI — an innovative approach for estimating water level time series over inland waters using multi-mission satellite altimetry // Hydrology and Earth System Sciences. 2015. V. 19. No. 10. P. 4345–4364. DOI: 10.5194/hess-19-4345-2015.
- Tourian M. J., Tarpanelli A., Elmi O. et al. Spatiotemporal densification of river water level time series by multimission satellite altimetry // Water Resources Research. 2016. V. 52. Iss. 2. P. 1140–1159. DOI: 10.1002/2015WR017654.
- Wang Q., Wang H. Estimating river water level using satellite altimetry and water surface temperature data in a regulated subtropical river // J. Hydrology: Regional Studies. 2025. V. 59. Article 102376. DOI: 10.1016/j.ejrh.2025.102376.
- Zakharova E., Fenoglio-Marc L., Nielsen K. et al. Exploring the potential of Sentinel-3 and Sentinel-6 SAR altimetry measurements for discharge estimation: Case studies from the Rhine and Po rivers // J. Hydrology. 2026. V. 670. Article 135211. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2026.135211.