Определение ледового режима водохранилищ реки Волга по данным наблюдений альтиметрического спутника Jason-2

Работа посвящена определению времени ледостава и освобождения ото льда больших и средних пресноводных внутренних водоемов на примере водохранилищ реки Волги. Ранее было показано [1, 2], что ретрекинг данных спутников Jason-1, 2 позволяет определить достаточно точно вариации уровня воды как для больших водохранилищ (Рыбинское), так и для водохранилищ средних размеров (Горьковское и др.) Ледовый режим внутренних водоемов представляет интерес для исследований, поскольку он существенно влияет на жизнь людей, экономическую активность, а также является значимым показателем изменений климата. Спутниковые методы наблюдений за ледовым режимом имеют определенные преимущества, связанные с глобальным охватом и относительно низкой стоимостью. Тем не менее, использование спутниковых методов во внутренних водах часто затруднено тем, что их пространственное разрешение сравнимо или превышает размер водоемов. Дистанционное зондирование с высоким пространственным разрешением часто связано с большим периодом повторения данных (ICESat), или с существенной зависимостью качества данных от погодных условий (Landsat). В связи с этим, использование альтиметрических спутников Jason-1, 2, оснащенных двухчастотными (13,6 ГГц и 5 ГГц) радиолокационными альтиметрами и трехчастными (18, 21 и 37 ГГц) микроволновыми радиометрами представляет большой интерес, так как диаметр пятна рассеяния их альтиметров в Ku-диапазоне составляет около 10 км, а период повторения наблюдений - десять дней, что делает их пригодными для наблюдения как больших, так и средних внутренних водоемов.
Метод определения ледостава для внутренних водоемов был первоначально разработан для спутника Topex / Poseidon в [3] и был успешно применен в Каспийском, Аральском и других морях, а также в озерах Байкал и Онежское [4,5]. Этот метод основан на совместном анализе двух величин: коэффициента обратного рассеяния на частоте 13,6 ГГц и среднего от яркостной температуры на 18 и 37 ГГц, причем вывод об установлении ледяного покрова может быть сделан, когда эти параметры превышают определенный порог.Открытая вода и лед образуют два разных кластера на двумерной гистограмме коэффициента обратного рассеяния в Ку-диапазоне (13,6 ГГц) в зависимости от среднего значения яркостной температуры на частоте 18 и 37 ГГц. Гистограммы позволяют исследовать различные фазы образования льда: старение, накопление снега и таяние [3-5].
В данной работе мы анализируем возможности гистограмм коэффициента обратного рассеяния от средней яркостной температуры для различных водохранилищ реки Волга и исследуем динамику циклов замерзания и вскрытия для этих водоемов. Произведено сравнение спутниковых данных с данными гидропостов и показано, что метод гистограмм хорошо работает для крупных водоемов, таких как Рыбинское водохранилище, и испытывает некоторые трудности для средних водоемов, таких как Горьковское водохранилище и др. В значительной мере это связано с малым количеством данных по коэффициенту обратного рассеяния для средних водоемов, что вызвано влиянием суши на форму отраженных альтиметрических импульсов. Для средних водоемов более продуктивным оказывается метод, основанный на анализе разности яркостных температур суши и воды, которая сильно уменьшается при замерзании водоема [6,7]. В докладе приводятся временные ряды разности яркостных температур, построенные по данным спутника Джейсон-2 для пяти волжских водохранилищ и показано, что поведение этой величины позволяет судить о степени замерзания водоема.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты 13-05-01125 А и 13-05-97068-р_поволжье_а ).

1 Yu.Troitskaya et al., “Satellite altimetry of inland water bodies,” Water Resources, vol. 39(2), pp.184-199, 2012.
2. Yu.Troitskaya et al., “Adaptive retracking of Jason-1 altimetry data for inland waters: the example of the Gorky Reservoir”, Int. J. Rem. Sens., vol. 33, pp. 7559-7578, 2012.
3. A. V. Kouraev, et al. Ice cover variability in the Caspian and Aral seas from active and passive satellite microwave data. Polar Research, vol. 22(1), pp. 43−50, 2003,.
4. A. V. Kouraev, et al. Observation of Lake Baikal ice from satellite altimetry and radiometry. Remote Sens. Environ., No. 108 , pp. 240 -253, 2007.
5. A. V. Kouraev, et al. Ice and snow cover of continental water bodies from simultaneous radar altimetry and radiometry observations. Surveys in Geophysics, vol. 29 (4-5), pp. 271-295, 2008.
6. Rybushkina G.,Troitskaya Yu., Soustova I., "Ice and snow regimes of the Volga River reservoirs on the base of Jason-1,2 satellite observations", Living Planet 2014 Symposium, Edinburg (UK), 9-13 Sept., 2013
7. Rybushkina G.,Troitskaya Yu., Soustova I., "Water level and SWH variations in the middle-sized lakes of Russia on the base of Jason-1, 2 satellite measurements ", Living Planet 2014 Symposium, Edinburg (UK), 9-13 Sept., 2013