Оценка возможностей двухчастотного дождевого радиолокатора для решения задач диагностики ледяного покрова внутренних водоемов

Японское космическое агентство (JAXA) на смену одночастотному дождевому радиолокатору (PR – precipitation radar, длина волны 2,1 см), в конце февраля 2014 года вывело на орбиту первый двухчастотный дождевой радиолокатор. Использование второй более короткой длины волны (0,8 см) позволяет измерять дожди средней и низкой интенсивности. В связи с этим полоса зондирования была расширена до +/- 65 градусов относительно экватора. Впервые измерения будут выполняться над территорией, где существует долговременный снежный и ледяной покровы. В сентябре, после завершения стадии калибровки, данные двухчастотного дождевого радиолокатора стали доступны для анализа исследователям.

Дождевой радиолокатор предназначен для измерения высотного профиля распределения осадков с высоты 10 км до поверхности земли с высоким разрешением по высоте (250 м по дальности) в полосе обзора шириной около 200 км и с пространственным разрешением около 5 км. Сечение обратного рассеяния, измеренное на максимальной дальности, соответствует отражению от поверхности, поэтому оно может быть использовано для определения параметров рассеивающей поверхности. Однако стандартный информационный продукт не содержит информации о снежном и ледяном покрове и не существует алгоритмов получения этой информации.

Зима 2014-2015 года стала первой, когда двухчастотный дождевой радиолокатор проводил измерения, поэтому проведенное нами исследование является первой оценкой информативности дистанционного зондирования в зимних условиях.

В качестве первого объекта для исследования было выбрано озеро Ильмень. Оно привлекательно тем, что его диаметр равен примерно 40 км, что позволяет иметь около 6-7 отсчетов на водной поверхности вне зависимости от направления полета. Данные о скорости ветра, температуре воздуха, высоте снежного покрова, наличии ледяного покрова и его толщине были получены с метеорологических станций, расположенных недалеко от озера.

Обработка данных показала, что при отражении от воды сечение обратного рассеяния сильно зависит от скорости ветра на обеих частотах. При этом водная поверхность при малых углах падения лучше отражает электромагнитное излучение, что позволяет легко выделять водные объекты. При замерзании озера и появлении льда ситуация меняется. Контраст между сушей и озером, покрытым льдом, становится незначительным, а уровень сигнала существенно снижается, что позволяет диагностировать появление льда.

Обработка данных подтвердила, что температура (переход через ноль) сильно влияет на сечение обратного рассеяния и этот эффект может быть диагностирована по данным дождевого радиолокатора.

Первые результаты обработки подтвердили эффективность использования данных двухчастотного дождевого радиолокатора для анализа состояния ледяного покрова на внутренних водоемах.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 15-45-02501-р-Поволжье ).