Радарная интерферометрия снежных покровов: модель и эксперимент

Оценка и мониторинг параметров снежного покрова является одной из важных задач космического дистанционного зондирования Земли [1, 2]. Радарное зондирование дает возможность измерения высоты и водного эквивалента снега, поскольку микроволны проникают через толщу снежного покрова. В частности, проведенные ранее наземные эксперименты по бистатическому зондированию снежного покрова при различной его высоте над почвой показали, что коэффициент отражения микроволн L-диапазона испытывает заметные вариации в зависимости от высоты снега [3, 4].
Снежный покров на поверхности почвы можно представить в виде двухслойной среды «снег – почва» с шероховатыми границами раздела «воздух – снег». В докладе рассмотрено обратное рассеяние микроволн от снежного покрова в рамках такой двухслойной модели с однородным снегом и однородной почвой, и в среднем плоскими поверхностями раздела. Решение строится на физическом уровне строгости на основе применения результатов метода малых возмущений. Результирующее поле находится в результате суммирования волн, однократно рассеянных обеими границами раздела, и возникающих в результате отражений внутри слоя. Приведена физическая картина возникновения этих волн. Разработанная модель позволяет прогнозировать не только амплитуду, но и фазу радиолокационного сигнала. Это дает возможность анализа результатов радарной интерферометрии снежного покрова, которые получаются при обработке радиолокационных изображений при отсутствии и наличии снежного покрова. В докладе приведены результаты расчетов обратного рассеяния микроволн при различных физико-геометрических параметрах снежного покрова и почвы.
В работе приведены результаты экспериментального использования радарной интерферометрии для определения высоты снежного покрова и снежного эквивалента снега. Использовались данные двух сеансов съемки тестового участка земной поверхности, проведенных космическим радаром с синтезированной апертурой ALOS PALSAR-2 в бесснежный период и при наличии снежного покрова [5]. Для валидации интерферометрических измерений на тестовом участке использовался уголковый отражатель, обратное рассеяние которого и положение фазового центра рассеяния были одинаковы в обеих съемках. Расчетные значения высоты снега, полученные, исходя из модельных представлений, на основе измерения дифференциальной фазы методом космической радарной интерферометрии, а также натурные измерения высоты снега на тестовом участке показали хорошее взаимное соответствие.
Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ, грант № 15-29-06003 офи-м «Фундаментальные проблемы мониторинга арктической зоны методами космической радарной интерферометрии и поляриметрии».