Метод восстановления абсолютных квазимгновенных значений влажности и шероховатости почвы по данным Sentinel-1 без наземной калибровки

В. В. Калинников

Аннотация


Предложен метод совместного восстановления абсолютных квазимгновенных значений объемной влажности и шероховатости открытой почвы по двухракурсным двухполяризационным наблюдениям Sentinel-1 без использования наземных данных для калибровки. Для каждой пары съемок независимо решается переопределенная система из четырех нелинейных уравнений: двух уравнений модели Дюбуа для УЭПР в поляризации VV и двух эмпирических уравнений, связывающих кросс-поляризационные УЭПР VH с среднеквадратической высотой неровностей. Метод проверен на полигоне, включающим гидрометеорологическую станцию Айвадж (AYVA) в Хатлонской области Таджикистана. Данные Sentinel-1 для полигона доступны с восходящей относительной орбиты R144 и нисходящей R151 с углами падения 44,40° и 38,43°. Съемки образуют 197 квазисинхронных пар с интервалом около 12 ч за период 2017–2023 гг. Средние восстановленные значения шероховатости и относительной диэлектрической проницаемости составили 1,67 см и 5,94 соответственно. После преобразования по полиному Топпа средняя объемная влажность составила 0,100 м³/м³. Независимое сравнение с измерениями на станции AYVA на глубине 10 см дало коэффициент корреляции 0,516, среднеквадратическую ошибку 0,0466 м³/м³ и среднее смещение + 0,0182 м³/м³.

Ключевые слова


Влажность почвы; шероховатость поверхности; Sentinel-1; радиолокация; УЭПР; модель Дюбуа; кроссполяризация; диэлектрическая проницаемость.

Полный текст:

PDF

Литература


Zech C. Station Exposure Description: Ayvadzh / AYVA. GFZ Potsdam, updated 29.05.2020. Documentation for the CAWa ROMPS data set.

Dubois P. C., van Zyl J., Engman T. Measuring soil moisture with imaging radars // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1995. Vol. 33, No. 4. P. 915–926. DOI: 10.1109/36.406677.

Fan D. et al. A Sentinel-1 SAR-based global 1-km resolution soil moisture data product: Algorithm and preliminary assessment // Remote Sensing of Environment. 2025. Vol. 318. 114579. DOI: 10.1016/j.rse.2024.114579. EDN: HNFOJE.

Ma C. et al. Retrieving the Soil Moisture in Bare Farmland Areas Using a Modified Dubois Model // Frontiers in Earth Science. 2021. Vol. 9. 735958. DOI: 10.3389/feart.2021.735958. EDN: MVGURF.

Mirsoleimani H., Sahebi M., et al. Bare Soil Surface Moisture Retrieval from Sentinel-1 SAR Data Based on the Calibrated IEM and Dubois Models Using Neural Networks // Sensors. 2019. 19. 3209. DOI: 10.3390/s19143209.

Oh Y. Quantitative retrieval of soil moisture content and surface roughness from multipolarized radar observations of bare soil surfaces // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2004. Vol. 42, No. 3. P. 596–601. 10.1109/TGRS.2003.821065.

Singh A., Gaurav K., Meena G. K., Kumar S. Estimation of Soil Moisture Applying Modified Dubois Model to Sentinel-1; A Regional Study from Central India // Remote Sensing. 2020. Vol. 12. 2266. DOI: 10.3390/rs12142266. EDN: XIAOJB.

Srivastava H. S., Patel P., Manchanda M. L., Adiga S. Use of multi-incidence angle RADARSAT-1 SAR data to incorporate the effect of surface roughness in soil moisture estimation // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2003. Vol. 41, No. 7. P. 1638–1640. DOI: 10.1109/TGRS.2003.813356.

Srivastava H. S., Patel P., Sharma Y., Navalgund R. R. Retrieval of surface roughness using multi-polarized Envisat-1 ASAR data // Geocarto International. 2008. Vol. 23, No. 1. P. 67–77. DOI: 10.1080/10106040701538157.

Topp G. C., Davis J. L., Annan A. P. Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines // Water Resources Research. 1980. Vol. 16, No. 3. P. 574–582. 10.1029/WR016I003P00574.

Zech C. et al. Hydrometeorological data from ROMPS network in Central Asia. Version 1.0. GFZ Data Services, 2020. DOI: 10.5880/GFZ.1.2.2020.002.

Zech C. et al. Hydrometeorological data from a Remotely Operated Multi-Parameter Station network in Central Asia // Earth System Science Data. 2021. Vol. 13. P. 1289–1306. DOI: 10.5194/essd-13-1289-2021. EDN: KAPBHF.




DOI: https://doi.org/10.54708/SIIT-2026-no4-p121

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2026 В. В. Калинников