Модель рассеяния волн от двухслойной среды для оценки состояния снежных и ледовых покровов методами радарной интерферометрии

Снег и лед являются компонентами криосферы Земли и играют важнейшую роль в различных происходящих на ней природных процессах. Поэтому мониторинг состояния снежных и ледовых покровов является весьма актуальной проблемой. Особенно важным является контроль состояния снега и льда в арктической зоне, обширная часть которой находится в России.
Космическое дистанционное зондирование является эффективным инструментом изучения земных покровов. Для исследования арктических регионов большое значение имеют методы микроволнового зондирования, практически не зависящие от облачности и освещённости земной поверхности. Современные радиолокаторы с синтезированной апертурой, имеющие интерферометрические и поляриметрические режимы работы, могут обеспечивать высокоинформативный мониторинг пространственно-временной динамики снежных и ледовых покровов.
Цель работы заключается в разработке приближенной модели обратного рассеяния от двухслойных структур «снег - почва», «лед – вода» для интерпретации данных радарной интерферометрии и оценки состояния снега и льда.
При анализе данных зондирования интерферометрическим радарами основной информативной характеристикой является интерферометрическая фаза радиолокационного сигнала, рассеянного земной поверхностью, однако используемые до последнего времени расчетные методы практически не учитывают зависимость фазы радиолокационного сигнала от физических свойств и структуры земных покровов, в частности от их слоистого строения. В предлагаемой модели, основанной на лучевом подходе, определяется фаза сигнала обратного рассеяния. Постановка задачи следующая. Из среды 1 (атмосфера) на слой 2 с малыми шероховатостями границ раздела, лежащий на полупространстве 3, падает плоская электромагнитная волна единичной амплитуды. Результирующая рассеянная волна является суммой волн, испытавших различное число отражений и переходов из слоя в слой, и имеет вид суммы бесконечного числа волн, преобразуемой с помощью формулы для геометрической прогрессии. Полученное выражение для фазы волны зависит от толщины и плотности слоя, что позволяет оценивать его параметры в результате решения обратной задачи.
В работе приведены результаты численных расчетов зависимости фазы отраженного сигнала от физических характеристик слоев снега, льда, почвы и воды. Также приведены данные наземных измерений отражения сигналов L-диапазона от снежного и ледового покровов.
Исследования проводятся при финансовой поддержке РФФИ, грант №15-29-06003 офи-м.