В работе исследовалась возможность применения данных радарной съемки в режиме IW спутника Sentinel-1 для мониторинга пространственного распределения влажностей поверхностного слоя почвенного покрова. В качестве тестового участка использовались поля опытно-производственного хозяйства (ОПХ) Всероссийского научно-исследовательского института (ВНИИОЗ) (48º36ʹ31.86ʺ, 44º10ʹ50.65ʺ), который расположен вблизи пос. Водный, Волгоградской области.
Обработка радарных данных Sentinel-1 осуществлялась в программе ESA SNAP по стандартной схеме: применение прецизионных орбит, калибровка, радиометрическая коррекция с нормализацией на угол падения волны, фильтрация спекл шума (Гамма и Lee сигма фильтры), геометрическая коррекция на основе измеренной с борта БПЛА цифровой модели рельефа территории тестового участка.
Тестовый участок представлял собой сельскохозяйственное поле с запаханной люцерной. В период с середины августа до середины сентября 2019 г., когда проводилась первая часть мониторинга стояла сухая жаркая погода. В связи с этим для получения экспериментальных данных с высокими значениями влажности с помощью дождевальной техники проводился полив поля, где проводился мониторинг. Непосредственно мониторинг влажности поверхностного слоя почвы включал отбор ненарушенных почвенных с помощью специального пробоотборника, который осуществлялся в период времени, практически совпадавшим с моментом пролета спутника Sentinel-1, а также последующее определение влажности отобранных образцов в лабораторных условиях с использованием стандартного термостатно-весового метода. В каждую сессию мониторинга проводился отбор почвенных проб в 46 точках на площади порядка 2 га. При этом в каждом месте отбора образцов с помощью мобильного приложения, разработанного для облачной платформы ArcGIS OnLine, проводилась регистрация координат, а также видеоизображения бюкса с отобранным образцом с последующей их передачей в разработанную облачную базу геоданных мониторинга. Это позволило автоматизировать процесс заполнения слоев геоданных полевого мониторинга созданной базы геоданных, а также проводить отбор проб почв в заранее запланированных точках, используя для этого заранее подготовленный шаблон мест отбора.
Вариация значений вегетационного индекса NDVI в пределах этого посева, полученных по данным группировки спутников Planet в период август- октябрь 2019 г., находилась в пределах 0,09-0,26, а объемная влажность поверхностного слоя почвенного покрова по данным полевого мониторинга варьировала в пределах 4-26%.
В результате обработки данных Sentinel-1 gоказано, что сечение обратного радарного рассеяния, измеренное на VV поляризации, уменьшается с -10дб до -14,5дб с ростом объемной влажности почвы с 4% до 26%. Полученная зависимость этой эмпирической зависимости описывается линейным законом с коэффициентом корреляции 0,856. Сечение обратного радарного рассеяния на перекрестной поляризации не имеет какой-либо регулярной зависимости в данном диапазоне влажностей и варьируется в пределах от -18дб до -21дб. При этом, сечения обратного радарного рассеяния, измеренные, как на согласованной, так и на перекрестной поляризации, не имеет регулярной зависимости от величины среднеквадратических отклонений неровностей высот поверхностей почвы, которые варьировались в пределах от 3,5см до 10,0см.

«Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-29-05261»