Оценка вертикальных смещений пахотных земель по данным Sentinel-1 в условиях низкой когерентности

Мониторинг эрозионно-аккумулятивных процессов на пашне методами радарной интерферометрии ограничен декорреляцией сигнала С-диапазона: вспашка, сезонные колебания влажности и растительный покров перестраивают отражающую поверхность между смежными съёмками. Цель работы – разработка алгоритма, обеспечивающего оценку многолетних вертикальных смещений пахотных земель Среднего Поволжья по данным Sentinel-1.
Использован архив из 222 сцен Sentinel-1 (IW SLC, VV, трек 152, май 2016 – октябрь 2025 гг.). Обработка стандартной цепочкой малых базовых линий (ISCE2 и MintPy, 1740 интерферограмм) показала её непригодность для пашни: медиана временной когерентности 0,03, стандартное отклонение скоростей 17,9 мм/год, доля пикселей с когерентностью не менее 0,5 составила менее 0,4 % и пришлась только на городскую застройку. Причина носит физический характер – на ежегодно перерабатываемой поверхности отсутствуют постоянные рассеиватели.
Предложен алгоритм, основанный на распределенных рассеивателях и одномерном временном разматывании фазы: временной ряд смещений строится для каждого пикселя независимо интегрированием фаз коротких интерферограмм, а пары с ошибками разматывания выявляются по невязкам замыкания фазовых треугольников без опоры на постоянные рассеиватели. Сеть из 168 пар с перпендикулярной базой не более 150 м построена по сезонному принципу: осенние пары после уборки урожая, весенние после схода снега и зимние связующие пары, обеспечивающие непрерывность ряда через период мёрзлой почвы. Тропосферная задержка оценивается по реанализу ERA5, приращение влажности корнеобитаемого слоя по данным SMAP вводится регрессором в систему метода наименьших квадратов. Ряды разложены на сезонную и трендовую составляющие.
Алгоритм даёт устойчивый сигнал при когерентности 0,10–0,12; получены первые пространственно-сплошные карты вертикальных смещений для 809 тыс. га пашни (53,5 % площади, разрешение 60 м). Сезонная амплитуда (медиана 23,2 мм), связанная с агротехническим циклом, в 15 раз превышает трендовую составляющую, что делает прямую интерпретацию нескорректированных скоростей некорректной. После её выделения медиана трендовой скорости составила -1,74 мм/год; на 49,4 % площади (доверительный интервал 47,5–52,9 % при уровне 95 %) отмечено опускание поверхности со скоростью более 2 мм/год. Совместный порог скорости и когерентности сокращает зону приоритетного полевого контроля с 330 до 2,6 тыс. га. Обсуждаются ограничения метода (выбор опорных пикселей, отделение эрозии от уплотнения почвы) и схема наземной верификации повторным лазерным сканированием на 12 ключевых участках.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 25-77-10004.