Оценка перспектив применения двухчастотного дождевого радиолокатора для мониторинга наводнений

Наводнения представляют серьезную угрозу для населения и могут приводить к значительным материальным потерям. Современные методы дистанционного зондирования активно применяются для мониторинга наводнений, однако не всегда они способны решить эту задачу в полном объеме, например, во время сильных дождей исследуемая территория покрыта плотным слоем облаков, поэтому оптические методы оказываются малоэффективными. Скаттерометры обладают низким пространственным разрешением (25 км х 25 км), что затрудняет их применение для решения таких задач. Наиболее эффективным инструментом является радиолокатор с синтезированной апертурой (РСА). Однако РСА не ведут съемку Земли в непрерывном режиме, и требуется предварительный заказ, чтобы получить снимок интересующего участка.
С 2014 года на орбите находится GPM спутник (Global Precipitation Mission) на борту которого установлен двухчастотный дождевой радиолокатор (длины волн 2,1 см и 0,8 см). Основной его задачей является измерение вертикального профиля осадков с высоты 10 км до поверхности Земли с вертикальным разрешением 250 м. Последний отсчет относится к отражению от земной поверхности, и отраженный сигнал содержит информацию о рассеивающей поверхности. Полоса обзора достигает 240 км, а пространственное разрешение составляет примерно 5 км. Впервые измерения орбитальным радиолокатором выполняются при малых углах падения (< 18,5 градусов), поэтому необходимо оценить возможность использования данных дождевого радиолокатора для решения задачи обнаружения наводнений.
В данной работе на примере весеннего половодья впервые исследуется проявление наводнения на радиолокационном изображении двухчастотного дождевого радиолокатора. В качестве тестовых полигонов были выбраны несколько участков, где есть гидрологические посты, предоставляющие информацию об уровне воды: р.Амур, р.Волга и р.Урал.
Особенностью обратного рассеяния при малых углах падения является то, что сечение обратного рассеяния водной поверхности существенно выше, чем суши. В результате водоемы проявляются на радиолокационном изображении областями с повышенным значением сечения обратного рассеяния. Обработка данных показала, что реки хорошо видны на радиолокационном изображении в летнее время. В зимнее время радиолокационный контраст «суша-вода» почти пропадает, и русло реки становится малозаметным на радиолокационном изображении. Наводнения приводят к увеличению площади водной поверхности в элементе разрешения (меняется соотношение суша/вода), что проявляется на радиолокационном изображении более высоким значением сечения обратного рассеяния этого элемента разрешения (пиксела), а сильное наводнение приводит к увеличению размера области (числа пикселов) с высоким значением сечения обратного рассеяния.
Первые результаты обработки показали, что данные двухчастотного дождевого радиолокатора содержат информацию о наводнениях и необходимо совершенствовать алгоритмы их обработки.

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 15-45-02501 р-поволжье-а), данные предоставлены Японским космическим агентством (8th GPM/TRMM RA of the Japan Aerospace Exploration Agency (PI 306)).