view in publisher's site

Analysis of Sentinel-3 SAR altimetry waveform retracking algorithms for deriving temporally consistent water levels over ice-covered lakes

Highlights•The performances of Sentinel-3 SRAL SAR retrackers over inland lakes are evaluated.•The mechanism of how lake ice affects SRAL SAR water level estimates is revealed.•We develop a bimodal algorithm to derive consistent water levels for ice-covered lake.AbstractSatellite radar altimetry has been widely used in the monitoring of water levels of lakes, rivers and wetlands in the past decades. The conventional pulse-limited radar altimeters have a relatively large ground footprint, which limits their capability to retrieve surface elevation information over small and medium-sized water bodies. A new generation of satellite radar altimeter system, a dual-frequency SAR radar altimeter (SRAL) onboard the Copernicus Sentinel-3 satellite, has produced densely sampled elevation measurements with a smaller footprint for the Earth's surfaces since June 2016, owing to the Delay-Doppler processing technique. Four standard SRAL SAR altimetry waveform retracking algorithms (known as retrackers) have been designed to retrieve elevation measurements for different types of surfaces: Ice-Sheet retracker for polar ice sheets, SAMOSA-3 retracker for open ocean and coastal zones, OCOG retracker for sea-ice margins, and Sea-Ice retracker for sea ice. In this research, we evaluated the performances of the Sentinel-3 SRAL SAR altimetry retrackers over lakes, particularly over seasonally ice-covered lakes in one hydrological cycle. For 15 lakes and reservoirs with different sizes and at varying latitudes in the northern hemisphere, we compared the lake water levels estimated by each of standard SRAL SAR retrackers against in-situ water level measurements for different seasons (a full hydrologic cycle) during 2016–2017. Our evaluation shows that Sea-Ice retracker was unable to provide continuous estimates of lake water levels, as a result of the high rate of missing data. Although the precision and relative accuracy of lake water level estimates from these three standard SRAL SAR retrackers are similar, the SAMOSA-3 retracker has the least bias in comparison with ground-based gauge measurements. When the lakes in the mid- and high-latitude regions were covered by ice in the winter season, these three standard SAR retrackers generated erroneous lake water level measurements, significantly lower than the true lake water levels recorded by in-situ gauge stations. The measurement errors of these three standard retrackers increase with the growth of the lake ice thickness. To address the negative effect of the seasonal ice cover, we developed a new bimodal correction algorithm. We demonstrate that our bimodal correction algorithm can retrieve the ice thickness and reliably estimate water levels for the ice-covered lakes in winter, hence enabling the generation of temporally consistent lake water level measurements throughout all seasons for lake hydrological analysis.

تحلیل الگوریتم های بازیابی شکل موج ارتفاع سنجی Sentinel - ۳ SAR برای استخراج سطوح آب با ثبات زمانی روی دریاچه‌های پوشیده از یخ

کاره‌ای ردیاب‌های Sentinel - ۳ Sزه‌دار SAR بر روی دریاچه‌های داخلی ارزیابی می‌شوند. مکانیسم این که چگونه یخ دریاچه بر برآورده‌ای سطح آب SSAR موثر است آشکار می‌شود. ما یک الگوریتم دو طرفه را برای استخراج سطوح آب سازگار برای دریاچه تحت پوشش یخی توسعه می‌دهیم. التیمترهای رادار با پالس محدود دارای جای پای زمینی نسبتا بزرگی هستند که توانایی آن‌ها را برای بازیابی اطلاعات ارتفاع سطح بر روی بدنه‌های آبی کوچک و متوسط محدود می‌کند. نسل جدیدی از سیستم سنجش رادار ماهواره‌ای، یک رادار رادار فرکانس دوگانه SAR بر روی ماهواره کوپرنیک Sentinel - ۳، اندازه‌گیری‌های ارتفاع نمونه‌برداری شده متراکم با جای پای کوچک‌تر برای سطوح زمین از ژوئن ۲۰۱۶، به خاطر تکنیک پردازش داپلر دلای تولید کرده‌است. چهار الگوریتم استاندارد ردیابی شکل موج SSAR (که به عنوان ردیاب‌های مجدد شناخته می‌شوند)برای بازیابی اندازه‌گیری ارتفاع برای انواع مختلف سطوح طراحی شده‌اند: ردیاب‌های یخ شکل برای ورقه‌های یخ قطبی، ردیاب‌های SAMOSA - ۳ برای اقیانوس باز و مناطق ساحلی، ردیاب‌های OCOG برای حاشیه یخ دریا، و ردیاب‌های دریایی - یخی برای یخ دریا. در این تحقیق، ما عملکرد ردیاب‌های ارتفاع سنجی Sentinel - ۳ S را بر روی دریاچه‌ها، به ویژه بر روی دریاچه‌های پوشیده از یخ فصلی در یک چرخه هیدرولوژیکی ارزیابی کردیم. برای ۱۵ دریاچه و ذخایر با اندازه‌های مختلف و در عرض‌های جغرافیایی مختلف در نیم‌کره شمالی، ما سطح آب دریاچه برآورد شده توسط هر یک از ردیاب‌های استاندارد Sه‌هایش SAR را در برابر اندازه‌گیری‌های سطح آب در محل برای فصل‌های مختلف (چرخه کامل هیدرولوژیکی)در طول سال‌های ۲۰۱۷ - ۲۰۱۶ مقایسه کردیم. ارزیابی ما نشان می‌دهد که ردیاب‌های دریایی - یخی در نتیجه نرخ بالای داده‌های از دست رفته، قادر به ارایه برآورده‌ای مستمر از سطح آب دریاچه نبودند. اگر چه دقت و دقت نسبی برآورده‌ای سطح آب دریاچه از این سه ردیاب‌های استاندارد SAR مشابه هستند، ردیاب‌های SAMOSA - ۳ در مقایسه با اندازه‌گیری‌های گیج مبتنی بر زمین دارای کم‌ترین اریبی هستند. هنگامی که دریاچه‌ها در مناطق عرض متوسط و بالا توسط یخ در فصل زمستان پوشش داده شدند، این سه رد یابی استاندارد SAR اندازه‌گیری‌های سطح آب دریاچه اشتباه ایجاد کردند، که به طور قابل‌توجهی کم‌تر از سطح آب دریاچه واقعی ثبت‌شده توسط ایستگاه‌های اندازه‌گیری در محل بود. خطاهای اندازه‌گیری این سه ردیاب‌های استاندارد با رشد ضخامت یخ دریاچه افزایش می‌یابد. برای نشان دادن اثر منفی پوشش یخی فصلی، یک الگوریتم تصحیح دو سویه جدید ایجاد کردیم. ما نشان می‌دهیم که الگوریتم تصحیح دو دستی ما می‌تواند ضخامت یخ را بازیابی کند و سطوح آب را برای دریاچه‌های پوشیده از یخ در زمستان به طور قابل اطمینانی برآورد کند، از این رو ایجاد اندازه‌گیری‌های سطح آب دریاچه از لحاظ زمانی سازگار در تمام فصول برای آنالیز هیدرولوژیکی دریاچه را ممکن می‌سازد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Geology
  • ترجمه مقاله Geology
  • مقاله زمین‌شناسی
  • ترجمه مقاله زمین‌شناسی
  • مقاله Soil Science
  • ترجمه مقاله Soil Science
  • مقاله علوم خاک
  • ترجمه مقاله علوم خاک
  • مقاله Computers in Earth Sciences
  • ترجمه مقاله Computers in Earth Sciences
  • مقاله کامپیوتر در علوم زمین
  • ترجمه مقاله کامپیوتر در علوم زمین
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.