О возможности обнаружения и мониторинга ландшафтных изменений северных арктических территорий на основе поляриметрических данных ALOS PALSAR

При поддержке гранта РФФИ № 15-29-06003
В настоящее время актуальным направлением мировых исследований арктических и субарктических регионов являются изучение процессов деградации криолитозоны, таких как криоморфогенез арктического побережья, изменение границ вечной мерзлоты в субарктической зоне и сопутствующие процессы выделения парниковых газов, образование и исчезновение термокарстовых озер. Интерполяция и распространение информации, полученной локальными наземными наблюдениями за озерами и берегами на всю Арктику и Субарктику, а также оценка темпов процесса для разных временных срезов и разных природных условий в этих труднодоступных регионах могут быть получены только при помощи дистанционного зондирования, главным образом, спутниковой радиолокации. К очевидным преимуществам возможности наблюдений в любое время суток и при любой погоде в последние годы добавилось сверхвысокое разрешение современных радаров (до 1-3 м), сравнимое с разрешением лучших оптических систем. Разновременная съемка в различных каналах поляризации предоставляет дополнительную возможность получения информации о физических механизмах рассеяния радиолокационного импульса и их перераспределении со временем.
В докладе представлены результаты сравнительного анализа поляриметрической декомпозиции разновременных снимков дециметрового диапазона (длина волны 23 см) ALOS1 PALSAR по трем тестовым участкам: полуострову Быковский, о. Самойловский и полуострову Ямал. На основе радарных данных в четырех каналах поляризации (hh, hv, vh, vv) проведено разложение Фримана на три компоненты – характеризующие рассеяние от поверхности, объемное от шероховатостей поверхности и двукратное уголковое отражение. Наибольший интерес для данного исследования представляют зоны с активными деградационными процессами, такими как обрушение береговой линии или формирование термотеррас за относительно короткий промежуток времени между двумя съемками и т.п.. На таких протяженных (до десятков метров) участках происходят значительные (до нескольких десятков сантиметров и более) провалы, обрушения и т.п. явления. При этом формируются уступы с почти вертикальными стенками и формируются своеобразные природные «уголковые» отражатели. При определенной ориентации относительно радара такие образования должны демонстрировать существенные изменения в распределении весов трех основных компонент разложения – с ростом доминирующей роли двукратного уголкового отражения. Для обнаружения и локализации таких участков по всем трем сценам составлены бинарные растры с доминированием каждой из компонент Фримана, растры изменений и перераспределения их вклада в общий сигнал. Все обнаруженные зоны векторизованы. Таким образом, на основе результатов сравнительного анализа поляриметрических радиолокационных данных по трем тестовым территориям составлены карты с локализацией вероятных участков активных деградационных процессов.