Использование радарных данных Sentinel-1 для прогноза возникновения и потенциальной угрозы паводков

Паводковые воды составляют значительную часть годового стока речных бассейнов. При этом как время начала процесса прохождения паводковых вод, так и его интенсивность существенно варьируются от года к году. Значительно варьируется и материальный ущерб, вызванный этим процессом. Поэтому заблаговременной оценке начала и потенциального хода паводков всегда придавалось большое значение.
Методики прогноза процесса прохождения паводковых вод базируются на использовании нескольких величин, важнейшей из которых является оценка влагозапаса снежного покрова. Эту оценку проводят основываясь на наземных данных или данных пассивной космической съемки в микроволновом диапазоне, а также на комбинировании данных наземных и аэрокосмических наблюдений. Часто эти методы не могут обеспечить надежным и достоверным прогнозом динамики развития паводков, особенно в начальный период весеннего снеготаяния.
Для получения дополнительной информации в этот период предлагается использовать радарные данные со спутников Sentinel-1 с двойной поляризацией (VV/VH). Особенность радарной съемки состоит в том, что сухой снежный покров прозрачен для нее, а появление воды в снеге изменяет отраженный сигнал. Это свойство можно использовать как для определения начального периода паводка, так и для качественной оценки его интенсивности. Для такой оценки используется отношение (R) величины текущего коэффициента обратного рассеяния в период снеготаяния к базовому, который определяется как среднее за период наблюдения сухого снежного покрова.
Величина R может вычисляться для каждой из поляризации, а также для их комбинаций с учетом угла наблюдения. При этом в качестве вспомогательных используются картографические данные о водосборных участках и рельефе, данные оптической съемки о температуре поверхности и пространственном расположении и состоянии снежного покрова, а также данные глобальной системы ассимиляции данных GDAS о глубине и водном эквиваленте снежного покрова, температуре на его поверхности. Вся необходимая обработка радарных данных осуществлялась в программном комплексе SNAP, свободно распространяемом в Интернере.
Величина R вычисляется в каждом пикселе исследуемой территории, в качестве которой выбираются водосборные участки в бассейне реки. При этом исключаем из рассмотрения урбанизированные территории, территории свободные от снега, водные поверхности. С помощью величины R отслеживается динамика таяния снежного покрова. Для оценки потенциальной угрозы паводков пространственное распределение величины R сопоставляются с пространственными данными GDAS о водном эквиваленте снежного покрова.
Работа выполнена в рамках Целевой научно-технической программы «Прикладные научные исследования в области космической деятельности» Республики Казахстан по теме «Разработать технологии и методы космического мониторинга предупреждения и контроля паводков, наводнений и нефтяных разливов на основе методов радарной поляриметрии».