Сравнительный анализ возможностей дождевого радиолокатора спутника GPM и спектрометра SWIM при решении задачи мониторинга ледяного покрова
на примере Охотского моря

Данные орбитальных радиолокаторов применяются для решения задач дистанционного зондирования морской поверхности и получения информации о поле приводного ветра, параметрах волнения и ледяном покрове.
При малых углах падения механизм обратного рассеяния является квазизеркальным и отраженное поле вычисляется в приближении метода Кирхгофа. Измерения при малых углах падения выполняют дождевые радиолокаторы, установленные на спутниках TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission) и GPM (Global Precipitation Measurement). Наклонение орбиты последнего спутника составляет 65 градусов и в полосу обзора попадают территории с долговременным снежным и ледяным покровом, в частности, Охотское море. Измерения выполняются при малых углах падения: 0-19 градусов. Были разработаны алгоритмы классификации подстилающей поверхности по критерию «лед-вода» [1, 2].
Разработка новых радиолокационных систем продолжается и в конце 2018 на орбиту был выведен Китайско-французской спутник CFOSAT (Chinese-French Oceanic SATellite). На его борту установлен французский спектрометр SWIM (Surface Waves Investigation and Monitoring instrument) и китайский скаттерометр RFSCAT. Особенностью схемы измерения спектрометра является то, что измерения выполняются при малых углах падения (< 11°) и впервые сечение обратного рассеяния измеряется под разными азимутальными углами. В связи с этим появилась возможность восстановления двумерного поля уклонов крупномасштабного, по сравнению с длиной волны излучения, волнения, по измерениям дисперсии уклонов под несколькими азимутальными углами.
Применительно к ледяному покрову схема измерения SWIM дает дополнительный критерий для классификации типа подстилающей поверхности «лед/вода» по азимутальной зависимости сечения обратного рассеяния. Для ледяного покрова при малых углах падения, в отличие от морской поверхности, практически отсутствует азимутальная зависимость, поэтому вид азимутальной зависимости является дополнительным критерием.
В данной работе проведен сравнительный анализ данных спектрометра SWIM и двухчастотного дождевого радиолокатора DPR по Охотскому моря с декабря 2019 по май 2020. Дождевой радиолокатор обладает существенно лучшим пространственным разрешением (~ 5х5 км) по сравнению со SWIM (~ 6х18 км), поэтому лучше обнаруживает неоднородности ледяного покрова и точнее определяет границу «ледяной покров – открытая вода». В целом выполненное сравнение показало, что алгоритмы, разработанные для дождевого радиолокатора, применимы для спектрометра SWIM и решают задачу классификации типа подстилающей поверхности с учетом элемента разрешения SWIM.
Наклон орбиты спутника CFOSAT составляет 90 градусов и период повторения орбиты 13 суток. Впервые измерения при малых углах падения выполняются на регулярной основе в Арктике и в ходе дальнейших исследований данные SWIM будут использоваться для анализа ледовой обстановки в Арктических морях.
Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (проект 20-17-00179).