ОСОБЕННОСТИ ЯРКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРРИТОРИИ ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ И СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА В ПЕРИОД ТАЯНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА, ИЗМЕРЯЕМЫХ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ SMOS

Полный текст

Результаты исследований процессов замерзания-оттаивания земных покровов востребованы при решении задач климатологии и метеорологии. По причине глобального характера решаемых задач главным средством мониторинга поверхности являются спутниковые технологии дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Достоинство микроволновых радиометрических методов, по сравнению с другими методами мониторинга, заключается в возможности получения информации об относительно толстом поверхностном слое почв. Спутник SMOS является одним из немногих аппаратов ДЗЗ, имеющим на борту микроволновый радиометр [1]. Яркостная температура почвы определяется выражением вида T.я = Т'эфф -г где T^ - эффективная температура почв, зависящая от функций изменения термодинамической температуры и комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) с глубиной; χ - коэффициент излучения. Изменение температуры почвы приводит как к изменению T^, так и χ. Наибольшие изменения χ наблюдаются при температуре фазового перехода почвенной влаги. 16 Раздел 1. Радиолокационная поляриметрия и интерферометрия. Радиометрия земных покровов Промерзание почвы при температуре воздуха немногим ниже 0 °C будет отличаться тем, что вся свободная вода в пределах замерзшего слоя замерзнет, а большая часть связанной воды будет находиться в жидком состоянии [2]; по мере роста глубины промерзания Тя вначале монотонно увеличивается, затем, осциллируя, стремится к значению, соответствующему почве, промерзшей до глубины, превышающей глубину зондируемого слоя радиометра [3]. Величина перепада Тя между значениями в талом и замерзшем состоянии в большей степени определяется влажностью почв перед промерзанием и может достигать величин от единиц кельвин для малоувлажненных почв до десятков кельвинов для сильно влажных (рис. 1). В силу климатических и географических особенностей юга Западной Сибири величина Тя поверхности перед промерзанием велика, что затрудняет отслеживание процесса промерзания почв с помощью спутника SMOS (рис. 1, а). В замерзшем состоянии изменения Тя обусловлены дальнейшим понижением термодинамической температуры почвы, слабым увеличением коэффициента излучения вследствие постепенного замерзания связанной воды, а также ростом толщины снежного покрова на поверхности почвы. Эксперимент, проведенный в январе 2013 г., показал, что вариации Тя почвы, покрытой слоем снега в 25 см, не превышали 2 К. При этом термодинамическая температура снега в его толще изменялась на 15 К, а температура поверхности почвы на 10 К. Объяснить такой факт, на наш взгляд, можно взаимной компенсацией влияния роста коэффициента излучения и падения термодинамической температуры почвы. В процессе анализа радиометрических данных SMOS в зимний период использовались данные, усредненные в диапазоне углов зондирования в 40,5°-42,5° (данные, полученные для этих углов зондирования, встречаются чаще всего). Вариации Тя, в отличие от наземных измерений, были более существенными, но не коррелировали с эффективной температурой (Тэфф), приведенной в SMOS Level 2 (рис. 2, а). При этом корреляция между температурой воздуха и Тэфф почвы была несколько лучше (рис. 2, б). а б Рис. 1. Результаты наземных (1), спутниковых (2) измерений Тя почв под углом зондирования 30°, а также временной ход температуры воздуха (3) на момент измерений в 2011 г. (а) и 2012 г. (б) Рис. 2. Зависимости радиояркостной (Тя), эффективной (Тэфф) и термодинамической (Т) температур для одного из пикселей радиометрического снимка в период осень 2012 - зима 2013 гг. б а 17 Вестник СибГАУ. N 5(51). 2013 Рис. 3. Временной ход яркостной температуры для углов зондирования 40,5°-42,5°, полученной усреднением значений для пикселей с широтой 53,5° с. ш. (1, 3) и 55,5° с.ш. (2, 4) в диапазоне долгот от 70° до 76° в. д. для азимутальных углов зондирования 0° (1, 2) и 180° (1, 2) Таяние снега сказывается на величине Тя, измеренной SMOS, в гораздо большей степени. В данных SMOS направление от спутника к зондируемому участку, совпадающее с направлением на географический юг, принимают за азимутальный угол, равный 0°. Анализ радиометрических данных показал: между значениями Тя, полученными при азимутальных углах 0° и 180° в момент таяния снега, имеются достоверные различия, которые нельзя свести к ошибкам работы аппаратуры (рис. 3) [4; 5]. На наш взгляд, различия в Тя можно объяснить влиянием крупномасштабных неровностей поверхности. Однако объяснить поведение Тя, наблюдаемое на приведенном графике, простым затенением северных склонов не представляется возможным, поскольку азимутальному углу зондирования в 0° (зондированию северного склона) соответствует более ранний минимум (раннее окончание таяния), по сравнению с данными для азимутального угла зондирования в 180° (зондирова-нию южного склона). Более развернутое объяснение эффекта требует дополнительных исследований. Таким образом, проведенные исследования и анализ данных показали, что радиометрические данные SMOS не позволяют достоверно определять момент начала промерзания. Процессы таяния сказываются на временном ходе Тя, измеренной аппаратом SMOS, в гораздо большей степени. Найденные различия Тя, полученные при разных азимутальных углах, в моменты таяния снега требуют дополнительного анализа.

Об авторах

П. П. Бобров

Омский государственный педагогический университет

Email: x_rays1@mail.ru
Россия, 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14

В. Л. Миронов

Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: rsdvm@ksc.krasn.ru
Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50

А. С. Ященко

Омский государственный педагогический университет

Email: x_rays1@mail.ru
Россия, 644099, Омск, наб. Тухачевского, 14

Список литературы

Дополнительные файлы