Картографирование ледяного покрова по данным двухчастотного дождевого радиолокатора на примере Охотского моря

Современные орбитальные радиолокаторы активно используются для оперативного мониторинга поверхности Земли. Одной из задач дистанционного зондирования является мониторинг образования и разрушения ледяного покрова на морской поверхности. Эта информация необходима для обеспечения безопасности судоходства, используется при составлении метеорологических прогнозов и анализе климатических изменений. Карты ледяного покрова составляют, в частности, по оптическим снимкам, однако такой метод является затруднительным при наличии сильной облачности или иных неблагоприятных погодных условий. Применяют данные радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны, однако их количество невелико.

В разработанном алгоритме обнаружения ледяного покрова используются данные двухчастотного дождевого радиолокатора, установленного на спутнике Global Precipitation Measurement (GPM). В Ku-диапазоне (длина волны 2,2 см) радиолокатор выполняет измерения при малых углах зондирования (+/- 17 градусов). При высоте орбиты около 400 км ширина полосы обзора составляет примерно 245 км, а размер пятна засветки (пространственное разрешение) – порядка 5 км. В северных регионах повторяемость наблюдения одной и той же территории составляет примерно 1-2 дня. Наличие облачности не влияет серьезно на сечение обратного рассеяния, а данные при наличии осадков исключаются из рассмотрения.

В работах [1, 2] было показано, что зависимости сечения обратного рассеяния от угла падения для водной поверхности и ледяного покрова имеют качественные различия. При обработке на первом этапе анализируется вид зависимости сечения обратного рассеяния от угла падения и определяется тип подстилающей поверхности: вода или лед (в направлении перпендикулярном направлению движения). Точное определение границы между водой и льдом выполняется для каждого угла падения, что соответствует направлению вдоль полосы обзора. Для локализации положения «скачка» сечения обратного рассеяния используется методика, применяемая для обработки изображений [3], и адаптированная для одномерной задачи. При углах зондирования близких к нулевому, величина «скачка» сечения обратного рассеяния сопоставима с уровнем шумов, поэтому положение границы вода-лед в данной области интерполируется. В результате каждому элементу разрешения в полосе обзора присваивается статус: вода или лед.

Сравнение границ ледяного покрова, полученного по данным двухчастотного дождевого радиолокатора, с оптическими изображениями подтвердило эффективность нового алгоритма.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 17-05-00939-а).