Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год

(http://smiswww.iki.rssi.ru/d33_conf)

Использование радарных данных Sentinel 1B для идентификации талых/мерзлых почв в районе Салехарда и Тикси в 2017-2018 годах

Родионова Н.В. (1)
(1) Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязино, Россия
В работе рассматривается вопрос об идентификации талых/мерзлых почв в приповерхностном слое в районе метеостанций Салехарда и Тикси по радарным данным Sentinel 1В С-диапазона с поляризациями VV и VH за период 2017-2018 годов. Определение состояния мерзлой почвы осуществляется тремя способами: 1) по многовременным радарным данным на основе значительного на 3-5 дБ перепада значений коэффициента обратного рассеяния (КОР) при переходе к состоянию замерзания/оттаивания почвы, 2) по нахождению порогового значения коэффициента обратного рассеяния, при котором температура в верхнем слое почвы опускается ниже 0 град С, 3) по текстурным признакам. Первый способ позволяет определить промежуток времени, в течение которого происходит процесс замерзания/оттаивания почвы, точность определения которого растет с увеличением повторяемости съемки исследуемой территории. Второй и третий способы позволяют построить локальные карты мерзлой/талой почвы. Показано, что для исследуемых территорий коэффициент корреляции Спирмена между КОР и температурой воздуха для кросс- поляризации превышает коэффициент корреляции для согласованной поляризации. Построены графики индекса промерзания почвы для исследуемых территорий за период 2012-2018 годов по архивным данным температуры воздуха.

Ключевые слова: радарные данные C-диапазона, температура почвы, замерзание почвы, оттаивание почвы, коэффициент обратного рассеяния, коэффициент корреляции Спирмена
Литература:
  1. Анисимов О.А., Анохин Ю.А., Лавров С.А., Малкова Г.В., Мяч Л.Т., Павлов А.В., Романовский В.А., Стрелецкий Д.А., Холодов А.Л., Шикломанов Н.И. Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем. Глава 8. Континентальная многолетняя мерзлота. М.: Росгидромет. 2012. С. 301–359.
  2. Музалевский К.В., Миронов В.Л., Боике Дж., Швалева А.А., Евтюшкин А.В., Филатов А.В. Измерение температуры мерзлого деятельного слоя почвенного покрова арктической тундры по данным космического радара ALOS PALSAR// Изв. ВУЗов. Физика. 2013. №1. С. 1-3.
  3. Родионова Н.В. Классификация поверхности на поляриметрических РЛИ с использованием текстуры и разложения по механизмам рассеяния// ИЗК. 2007. №34. С. 8-14.
  4. Родионова Н.В. Анализ радарных данных Sentinel 1 для идентификации талых и мерзлых почв в районе Анадыря (Чукотка) и Белой Горы (Якутия)// ИЗК. 2019. (в печати).
  5. Brown W.G. Difficulties associated with predicting depth of freeze and thaw// Canadian geotechnical J. 1964. 1(4). P. 215-226.
  6. Dobson M.C., Ulaby F.T., Hallikainen M.T., El-Rayes M.A. Microwave dielectric behavior of wet soil Part II: Dielectric mixing models// IEEE Trans. GRS. 1985. GE-23. P. 35-46.
  7. Duguay C.R., Zhang T., Leverington D.W., Romanovsky V.E. Satellite remote sensing of permafrost and seasonally frozen ground// Remote sensing of Northern hydrology, geophysical monograph series 163. 2005. P. 91-117.
  8. Hallikainen M.T., Ulaby F.T., Dobson M.C., El-Rayes M.A., Wu L.K. Microwave dielectric behavior of wet soil- part 1: empirical models and experimental observations// IEEE Trans. GRS. 1985. 23(1). P. 25-34.
  9. Haralick R.M. Statistical and structural approaches to texture// Proc. IEEE. 1979. 67(5). P. 786-804.
  10. Jagdhuber Th., Stockamp J., Hajnsek I. and Ludwig R. Identification of Soil Freezing and Thawing States Using SAR Polarimetry at C-Band// Remote Sens. 2014. 6. P. 2008-2023; doi:10.3390/rs6032008
  11. Khaldoune J., Van Bochove E., Bernier M., Nolin M.C. An approach for mapping frozen soil of agricultural land under snow cover using RADARSAT-1 and RADARSAT-2// Proc. IGARSS’2008. Boston. Mass. 2008. Vol.III-382-385.
  12. Khaldoune J., Van Bochove E., Bernier M., Nolin M.C. Mapping agricultural frozen soil on the watershed scale using remote sensing data// Appl. Environment. Soil Sci. 2011. Article ID 193237. P. 1-16. doi: 10.1155/2011/193237.
  13. Mironov V.L., Muzalevsky K.V. Spaceborne radar monitoring of soil freezing/thawing processes in the arctic tundra// Russian Physics Journal. 2013. 55(8). P. 899- 902. (Russian Original No. 8. August, 2012).
  14. Nyberg L., St¨ahli M., Mellander P.-E., and Bishop K. H. Soil frost effects on soil water and runoff dynamics along a boreal forest transect: 1. Field investigations// Hydrol. Process. 2002. V.15. P. 909–926. DOI: 10.1002/hyp.256.
  15. Park S.-E., Bart A., Sabel D., Wagner W., Naeimi V., Yamaguchi Y. Monitoring freeze/thaw cycles using ENVISAT ASAR global mode// Remote Sens. Environ. 2011. 115. P. 3457-3467.
  16. Rajaei P., Baladi G. Y. Frost depth – a general prediction model// 94st Transportation Research Board Annual Meeting, Washington D.C. January 2015. P. 1-15.
  17. Rignot E., Way J.B., McDonald K., Viereck L., Williams C., Adams P., Payne C., Wood W., Shi J. Monitoring of environmental conditions in taiga forests using ERS-1 SAR// Remote Sens. Environ. 1994. 49. P. 145-154.
  18. Rousseau L.P., Magagi R., Leconte R., Berg A., Toth B. Potentials of RADARSAT-2 data to monitor freezing/thawing cycles over agricultural lands in Canada// Proc. IGARSS’2009. Cape Town, South Africa. 12-17 July 2009. P. 598-601.
  19. Shiklomanov N.I. From Exploration to Systematic Investigation: Development of Geocryology in 19th- and Early– 20th-Century Russia// Physical Geography. 2005. No.4. P. 249-263.
  20. Ulaby F.T., Moore R.K., Fung A.K. Microwave Remote Sensing: Active and Passive: Vol. 1// Fundamentals and Radiometry. 1982. Artech House, Dedham, Mass, USA.
  21. Wegműller U. The effect of freezing and thawing on the microwave signatures of bare soil// Remote Sens. Environ. 1990. 33. P. 123-135.
  22. www.iki.rssi.ru/books/2003boyarsky.pdf
  23. Zhang L., Shi J., Zhang Z., Zhao K. The estimation of dielectric constant of frozen soil-water mixture at microwave bands// Proc. IGARSS’2003. Toulouse, France. 21-25 July 2003. P. 608-611.

Презентация доклада

Дистанционное зондирование растительных и почвенных покровов

433