Простой алгоритм оценки профиля влажности в поверхностном
слое почв по радиометрическим данным спутников
SMOS, SMAP и GCOM-W1

Радиояркостная температура земных покровов зависит от многих параметров: влажности, гранулометрического состава почв, величины поверхностной шероховатости, температуры, растительности на поверхности и т.д. Влияние каждого из этих параметров изучено в той или иной степени и учитывается в моделях излучения. Однако, как показали результаты проведённых нами исследований, точность восстановления влажности почвы может зависеть не только от характеристик радиометра и возможностей алгоритма восстановления влажности, но и вида профиля влажности в верхнем слое почвы.
Расчет показывает, что при высоких значениях градиента влажности относительная разность между влагозапасом почвы в пределах глубины зондирования радиометра и величиной влажности, восстановленной из радиометрических измерений, может достигать 25%, что существенно превышает заявленную погрешность алгоритма SMOS в 4%. Такие градиенты образуются в сухие летние дни и могут существовать длительное время. Также расчёты показали, что величина относительной разности влагозапаса и влажности (при неизменном профиле влажности) зависит от гранулометрического состава почв.
Нами разработан простой алгоритм оценки градиента влажности в поверхностном слое почв по спутниковым радиометрическим SMOS (частота 1,4 ГГц) и GCOM-W1 (частота 6,9 ГГц). Данные спутника SMAP используются нами в разработанном алгоритме начиная с весны 2015 г. в качестве идентификатора ошибок в данных SMOS. Проведено сравнение восстановленного профиля влажности с данными наземных измерений, проведённых весной 2014 г. Результаты вычисления профиля влажности по спутниковым данным с использованием предлагаемого алгоритма неоднозначны: при одних и тех же значениях радиояркостной температуры, соответственно на частотах 1,4 и 6,9 ГГц, получаются существенно отличающиеся профили. Это объясняется тем, что в алгоритм случайным образом закладываются не связанные между собой параметры шероховатости поверхности на частотах 1,4 и 6,9 ГГц (такой вынужденный подход обусловлен отсутствием как теоретических, так и экспериментальных данных о взаимосвязи этих параметров для одной и той же поверхности). Тем не менее, при использовании дополнительной информации (влажности SMOS Level 2) алгоритм удовлетворительно работает для территорий, свободных от леса и крупных водоёмов.
Таким образом, продемонстрирована принципиальная возможность дистанционной оценки вида профиля влажности в поверхностном слое почв и повышения точности общего влагосодержания зондируемого слоя почвы. Для совершенствования предложенного нами метода необходимо накопить и проанализировать значительный объём наземных данных о влажности, шероховатости поверхности и коэффициентах излучения на частотах 1,4 и 6,9 ГГц для создания модели, связывающей параметры шероховатости на этих двух частотах.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках базовой части госзадания по проекту № 2014/336/1744.