Спутниковый мониторинг наводнения в Приморье в 2017 г.

В России ежегодно происходит 40-70 крупных наводнений. По данным Росгидромета, этим стихийным бедствиям подвержены около 500000 км2, наводнениям с катастрофическими последствиями - 150000 км2, где расположены порядка 300 городов, десятки тысяч населенных пунктов, большое количество хозяйственных объектов, более 7 млн. га сельхозугодий. Среднегодовой ущерб от наводнений оценивается примерно в 40 млрд. руб., в том числе в бассейнах рек Волга - 9,4 млрд. руб., Амур - 6,7 млрд. руб., Обь - 4,4 млрд. руб., Лена - 1,2 млрд. руб., прочих рек - 10,7 млрд. руб.
В районе, терпящем бедствие, важным, а иногда и единственным источником сведений о состоянии подстилающей поверхности и атмосферы являются спутниковые измерения - особенно, при сплошной облачности. Спутниковые данные позволяют оценивать площадь затоплений, влажность почвы, распределение осадков и состояние растительных покровов, следить за изменчивостью стока крупных и мелких рек, площади озер, а также служат основой для прогноза хода наводнений, принятия оперативных мер по снижению ущерба от наводнений и улучшения гидрологических моделей.
Юг Приморского края относится к районам, где наводнения происходят наиболее часто (http://tass.ru/info/4291130). Ущерб от наводнения 2016 г. превысил 1 млрд. руб., от наводнения 2017 г. (при меньшей площади затоплений) был практически таким же.
Динамика наводнений в Приморском крае, вызванных интенсивными осадками в августе-сентябре 2016 г. и в августе 2017 г., изучена по спутниковым измерениям в микроволновом, ИК и видимом диапазонах длин волн, полученным до, во время и после событий. Наводнение 2017 г. было вызвано интенсивными осадками над югом Приморья в области атмосферного фронта, связанного с циклоном, перемещающимся над северо-востоком Китая, и с тайфуном Нора при его выходе на Японию. Над Японским морем фронт протянулся от Кореи до побережья Приморья. Продолжительные ливни привели к значительным подтоплениям в юго-западных районах Приморья. Детальная картина затоплений с разрешением от 10 до 100 м вырисовывается на поляризационных изображениях РСА со спутников Sentinel-1A и Sentinel-1В в С-диапазоне (длина волны 5,6 см) и со спутника ALOS-2 в L-диапазоне (длина волны 23 см). Площадь затопленных земель определялась при сравнении изображений РСА, полученных 26 июля (до наводнения) и 7 августа (во время наводнения). Обратное рассеяние от затопленных участков поверхности отсутствовало, и на изображениях РСА они имели темный тон. Площадь водной поверхности из-за интенсивных дождей увеличилась на 3800 га.
При отсутствии облаков затопленные и частично затопленные участки поверхности могут быть выделены по яркостным контрастам на спектральных изображениях в видимом диапазоне со спутников Landsat-7, Landsat-8 и Sentinel-2 и по температурным контрастам на ИК изображениях со спутников Landsat. В полях яркостных температур Тя(f) по данным микроволновых радиометров AMSR2 (спутник GCOM-W1), GMI (спутник GPM) и МТВЗА-ГЯ (спутник Метеор-М № 2) зоны затоплений, осадков и мощной облачности обычно имели вид пятен и полос. Они характеризовались пониженными значениями Тя(f). На частотах f ≤ 11 ГГц понижение Тя было обусловлено появлением пятен открытой воды и увеличением влажности почвы, коэффициенты излучения которых ниже, чем у фона (возвышения, участки, покрытые лесом и т.п.). На частотах f > 36 ГГц понижения Тя были вызваны поглощением излучения в дождях и облаках и/или рассеянием излучения на крупных каплях осадков. Разность между яркостными температурами участков водосбора DТя(n) = Тя(n1) - Тя(ni), измеренными до выпадения осадков (n1) и в в различные сроки прохождения наводнения ni, i = 2, 3, 4, может служить количественной характеристикой процесса. Временные ряды разности DТя(n) на различных частотах и суммарные осадки по данным IMERG (продукт обработки измерений различных спутниковых сенсоров), могут быть использованы для изучения динамики наводнений в отдельных водосборах. Для этого разности DТя(n) необходимо преобразовать в значения эффективного коэффициента излучения, используя результаты моделирования при вариациях двух параметров: относительной площади открытой воды и влажности почвы. Результаты моделирования спектров Тяв,г(f) на вертикальной (В) и горизонтальной (Г) поляризациях в диапазоне частот от 5 до 200 ГГц при вариациях параметров подстилающей поверхности, атмосферы и угла падения от 0 до 65° хорошо согласуются с экспериментальными данными. Яркостные температуры зоны фронта над Японским морем были заметно выше, чем у окружающих областей. Ширина области повышенных значений Тяв,г(f) зависела от частоты зондирования. Приращения Тя на f = 10,65 ГГц с Г-поляризацией были вызваны ветром и осадками, на частоте 23.8 ГГц заметный вклад в приращения Тя вносило выcокое паросодержание атмосферы в зоне фронта и осадки, а на частоте 36,5 ГГц - облачность, осадки. Максимальные значения Тя на частотах 10,65, 18,7, 23,8 и 36,5 ГГц отмечались в полосе осадков шириной примерно 50-80 км. Водозапас облаков превышал 1 кг/м2, а паросодержание атмосферы в обширной области вокруг фронта – 50–60 кг/м2. При анализе эволюции наводнения использовались также синоптические карты погоды и данные радиозондирования атмосферы на станции Сад город.
Использование дистанционных измерений с нескольких спутников в различных диапазонах длин волн повышает временное разрешение, а специализированные программы их оперативной обработки обеспечивают оценку важных гидрологических параметров, что в сочетании с данными наземных контактных измерений и моделирования может служить основой для улучшения прогноза и уменьшения ущерба от чрезвычайных ситуаций.

Работа выполнена при частичной поддержке Комплексной программы Дальневосточного отделения РАН (проект 15-I-1-009).