Микроволновое дистанционное зондирование аридных и полуаридных земель. Пустыня Такла-Макан (аналогия с морскими процессами)

Площадь аридных и полуаридных земель превышает 40% площади Земли. Особенно велика относительная площадь таких земель в Австралии, Азии и Африке. Территории с предельно засушливым климатом, где количество осадков в год не превышает 250 мм, а испаряемость превышает осадки во много раз, относятся к пустыням. В почве пустынь органических веществ мало. Самыми большими пустынями являются Сахара, Ливийская, Нубийская и Калахари в Африке, Каракумы, Кызылкум, Гоби, Такла-Макан и Тар в Азии, Патагонская, в Южной Америке, Большой Бассейн и Сонора в Северной Америке, Большая Песчаная, Большая пустыня Виктория и Симпсона в Австралии. Выделяются пустыни каменистые, песчаные и глинистые, а также ледяные. Серьезными проблемами, связанными, в частности, с деятельностью человека, являются опустынивание земель и рост количества засух. Источником регулярной количественной информации о состоянии поверхности и подповерхностных слоев аридных земель, гидрологической сети и выпадающих осадков являются данные пассивного и активного микроволнового (МВ) зондирования из космоса. Измеряемые со спутника яркостные температуры Тя(f,p,z) на различных частотах f, поляризациях p и углах падения z зависят от температуры Т и коэффициентов излучения к(f,Т,p,z) поверхности, от интегрального поглощения в атмосфере тау(f,z). Коэффициенты излучения определяются комплексной диэлектрической проницаемостью среды n(f,T), крупномасштабными уклонами поверхности и её шероховатостью. Важнейшим параметром, влияющим на n(f,T) и на к(f,Т,p,z), является влажность среды. С уменьшением частоты увеличивается глубина проникновения электромагнитных волн в грунт D(f). Суточный и сезонный ход яркостных температур, процессы замерзания-таяния хорошо выражены на временных рядах Тя(f,p,z). Амплитуда суточных и сезонных вариаций Тя уменьшается с частотой. Изображения, полученные спутниковыми радарами с синтезированной апертурой (РСА), пространственное разрешение которых меняется от единиц до 100 метров служат для получения количественной информации о морфологии поверхности аридных территорий, о вариациях крупномасштабных уклонов, а при зондировании на волнах дециметрового диапазона - о гидрологической сети, в том числе и о погребенной под слоем песка. На изображениях РСА хорошо видна форма, размеры и ориентация песчаных дюн, сформированных под действием преобладающих ветров. В работе детально рассмотрены результаты зондирования пустыни Такла-Макан, вдоль южной границы которой проходил Великий шелковый путь. Интерпретирована суточная и сезонная изменчивость яркостных температур, полученных МВ радиометрами AMSR2 со спутника GCOM-W1, GMI со спутника GPM и МТВЗА-ГЯ со спутников Метеор-М № 2 и Метеор-М № 2-2, выделены ситуации с облачностью, осадками и пылевыми бурями. Временные ряды Тя сравниваются с наземными измерениями температуры воздуха на метеорологических станциях, со значениями паросодержания атмосферы по данным радиозондирования. Яркостные температуры, рассчитанные по радиозондовым профилям, сопоставлены со спутниковыми измерениями Тя. Выделены обширные зоны пустыни с малыми пространственными изменениями Тя, которые могут быть использованы при внешней калибровке спутниковых радиометров в качестве горячей области.
Работа выполнена при частичной поддержке целевой субсидией №18-I-010. Авторы благодарят JAXA и METI за данные ALOS-2 и JAXA за данные AMSR2.