Лаборатория физики атмосферно-гидросферных процессов

Методическое пособие по дистанционному мониторингу территорий, подверженных засухам

Лаборатория физики атмосферно-гидросферных процессов

1. Основные направления работы

Исследование физических процессов в атмосфере и гидросфере, а также их взаимосвязи в широком диапазоне пространственно-временных масштабов, в т.ч.:

прогнозная оценка состояния водных ресурсов Арктической зоны РФ, анализ возможных экологических угроз, исследование режима увлажнения и осадков для территории рек арктического бассейна;
оценка влияния точечных и протяженных источников атмосферных примесей на состояние воздушной среды промышленных центров и природных объектов в Алтайском крае;
Исследование возможных механизмов взаимовлияния гидрологических изменений в арктических и внутриконтинентальных регионах Северной Евразии;

Исследование геофизических и геохимических характеристик подстилающей поверхности и природных объектов с учетом их взаимодействия с атмосферой, в т.ч.:

комплексная оценка распространенности ряда химических элементов в объектах природной среды Западной Сибири;
разработка методов дистанционной диагностики состояния природных объектов с использованием спутниковых данных в оптическом, инфракрасном и микроволновом диапазонах на основе актуальной гидрометеорологической информации,
в том числе:
- дистанционное зондирование территорий с сезонной и вечной мерзлотой, засоленных и подтопленных почв;
- разработка дистанционных методов определения минерализации природных водоемов, оценка влияния крупных соленых и горько-соленых озер на мезоклимат территории;
- дистанционный мониторинг солончаков и пересыхающих солёных и горько-солёных озёр как индикаторов гидрологических изменений территории

2. Перечень выполняемых и выполнявшихся бюджетных проектов за последние 5 лет

Проект № 0383-2016-0004 «Формирование и развитие природных и природно-хозяйственных систем юга Западной Сибири в условиях глобальных и региональных климатических изменений, антропогенного воздействия», 2017-2020 гг.

Проект № 0306-2021-0007 «Природные и природно-хозяйственные системы Сибири в условиях современных вызовов: диагностика состояний, адаптивные возможности, потенциал экосистемных услуг», 2021-2025 гг.
Цель проекта: Диагностика состояний, оценка адаптивных возможностей, спектра потенциальных экосистемных услуг и прогноз развития природных и природно-хозяйственных систем Сибири различных иерархических уровней на основе комплекса индикаторов, полученных с помощью наземных наблюдений и данных дистанционного зондирования различного пространственного разрешения, в условиях современных вызовов, включающих разнонаправленные и разномасштабные воздействия природных и социально-экономических процессов, для разработки стратегий развития общества и гармонизации отношений общества и природы.

3. Возможные области договорных работ

Разработка системы мониторинга за пожароопасностью леса на основе контактных радиометрических установок и спутниковых данных дистанционного зондирования (на уровне района, региона).
Область применения: охрана и воспроизводство лесов.
Уровень готовности: Алгоритм → Способ → Методика → Технология → НИР → НИОКР → Внедрение
Разработка системы дистанционного мониторинга гидрологической засухи, адаптированная к почвенным и климатическим условиям конкретного региона.
Область применения: охрана окружающей среды, экология водных объектов.
Уровень готовности: Алгоритм Способ Методика Технология, НИР, НИОКР, Внедрение
Система дистанционного мониторинга наводнений подтоплений, адаптированная к почвенным и климатическим условиям конкретного региона.
Область применения: мониторинг опасных природных, явлений охрана окружающей среды, экология водных объектов.
Уровень готовности: Алгоритм Способ Методика Технология, НИР, НИОКР, Внедрение
Система дистанционного мониторинга почвенных (сельскохозяйственных) засух), адаптированная к почвенным и климатическим условиям конкретного региона.
Область применения: сельское хозяйство, мониторинг засух, охрана окружающей среды, экология почв.
Уровень готовности: Алгоритм Способ Методика Технология, НИР, НИОКР, Внедрение
Обустройство автомобильных трасс, автомобильных дорог радиотехническими установками для круглогодичного измерения глубины промерзания и оттаивания грунта с целью прогнозирования подтоплений участков дорог в весенний период интенсивного таяния снежного покрова и образования непроницаемого для воды слоя мёрзлого грунта.
Область применения: дорожное строительство, мониторинг чрезвычайных ситуаций.
Уровень готовности: Алгоритм Способ Методика Технология, НИР, НИОКР, Внедрение
Тепловизионное обследование жилых и производственных помещений, коттеджей, школ, детских садов на предмет обнаружения участков утечки тепла.
Основные потребители: Жилищные кооперативы, Муниципальные управляющие компании, собственники помещений, арендаторы.
Уровень готовности: Алгоритм Способ Методика Технология, НИР, НИОКР, Внедрение
Разработка и изготовление тематических карт в видимом, инфракрасном, микроволновом диапазонах на основе спутниковых данных и наземного обследования территории с разным пространственным разрешением (от 0.7 м до 10-16 км). Картографирование разливов рек, подтопленных территорий, вырубок лесов, незаконного строительства, незарегистрированных песчаных карьеров, брошенных земельных участков, появление отвалов в результате добычи полезных ископаемых, инвентаризация искусственных и природных объектов на земной поверхности.
Основные потребители: Региональные, городские, районные управления, комитеты по строительству и архитектуре, МЧС, экологические организации.
Уровень готовности: Алгоритм Способ Методика Технология, НИР, НИОКР, Внедрение
Дистанционная оценка биоресурсов минеральных (артемиевых) озёр с использованием высоко оперативных методов дистанционного зондирования.
Уровень готовности: Алгоритм Способ Методика Технология, НИР, НИОКР, Внедрение

Применяемое оборудование и базы данных

Собственная сеть метеорологических станций, установленных в разных районах Алтайского края, непрерывно измеряет широкий перечень атмосферно-метеорологических и почвенных параметров. Возможна установка метеостанций на участках заказчика.
Собственная сеть радиотехнических стационарных установок для полевых измерений в автоматическом режиме температуры и влажности в метровом слое почвы. Возможна установка на участках заказчика.
Портативная высокоточная система для измерения параметров грунта в полевых условиях, лаборатории или в тепличных комплексах. Регистрирует влажность почвы, температуру, суммарную электропроводность, изолированные диэлектрические проницаемости.
Стационарное лабораторное оборудование для измерения диэлектрических характеристик твёрдых, сыпучих и жидких образцов.
Портативный высокоточный тепловизор для регистрации на близких дистанциях тепловых градиентов поверхностей природных объектов и искусственных покрытий.
Международные архивы и оперативная спутниковая информация о характеристиках поверхности суши и водоёмов в оптическом, инфракрасном и микроволновом диапазонах длин волн с различным пространственным разрешением.
Открытые данные ЕЦП "НСПД" о местоположении кадастровых границ земельных участков.
Собственный экспедиционный транспорт, в том числе для обследования береговых зон водных объектов (рек, озёр, прудов) и др.

4. Перечень выполнявшихся внебюджетных проектов за последние 5 лет

Гранты РФФИ и РНФ

Грант РНФ 25-27-20020 Разработка методов дистанционного мониторинга солончаков как индикаторов гидрологических изменений территории (на примере Алтайского края)

Грант РНФ № 22-17-20041 «Дистанционные радиофизические предвестники засух в стратегически важных аграрных регионах России (на примере Алтайского края)»

Грант РФФИ № 18-05-00753 «Поиск, экспериментальное и теоретическое обоснование дистанционных радиофизических маркеров гидролого-климатических изменений в Северной Евразии на основе ежедневных данных спутникового микроволнового зондирования для прогнозирования опасных природных явлений»

5. Примеры использования спутниковых данных

6. Список наиболее значимых публикаций

2025
Andrey N. Romanov (2025) Vegetation optical depth taking account of dielectric characteristics of water in living trees, Remote Sensing Letters, 16:4, 354-364, DOI: 10.1080/2150704X.2025.2463697

2024
Romanov, Andrey N., Georgy S. Bordonskiy, Alexander А. Gurulev, Ilya V. Khvostov, Dmitry N. Troshkin, Marya P. Peleneva, V.A. Kazantsev, A.K. Kozlov, and A.O. Orlov. 2024. “On Some Features of Diurnal Dynamics of Solonchak Emissivity in Summer.” International Journal of Remote Sensing 46 (3): 1248–56. doi:10.1080/01431161.2024.2429780

Дистанционная оценка влагозапаса почвы в метровом слое по данным спутника SMOS / А. Н. Романов, И. В. Хвостов, И. В. Рябинин, Д. А. Романов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2024. – Т. 21, № 4. – С. 209-222. DOI 10.21046/2070-7401-2024-21-4-209-222

Дистанционные микроволновые индикаторы сухости леса / А. Н. Романов, И. В. Хвостов, И. В. Рябинин [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2024. – Т. 21, № 1. – С. 197-209. – DOI 10.21046/2070-7401-2024-21-1-197-209

Романов, А. Н. Оптическая толщина растительности с учётом диэлектрических характеристик воды в живых растениях / А. Н. Романов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2024. – Т. 21, № 2. – С. 223-234. – DOI 10.21046/2070-7401-2024-21-2-223-234

2023
К разработке дистанционного микроволнового индекса гидрологической засухи (на примере сезонного усыхания гипергалинного озера) / А. Н. Романов, И. В. Хвостов, И. В. Рябинин, Д. А. Романов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2023. – Т. 20, № 6. – С. 222-233. – DOI 10.21046/2070-7401-2023-20-6-222-233

Analysis of Hydrological Changes in Mineral Lakes in Northern Eurasia Based on SMOS Satellite Data / A. N. Romanov, I. V. Khvostov, I. V. Ryabinin, D. A. Romanov // Cosmic Research. – 2023. – Vol. 61, No. S1. – P. S80-S88. – DOI 10.1134/s0010952523700648

Romanov A.N., Khvostov I.V., Ryabinin I.V., Troshkin D.N., Romanov D.A. Remote Microwave Soil Drought Index Considering Dielectric Properties of Soil // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2023. V. 61. Art. 4408208. https://doi.org/10.1109/TGRS.2023.3314463

2022
Romanov A., Ryabinin I., Khvostov I., Troshkin D., Romanov D. Remote radio-physical harbingers of drought in steppes of the south of Western Siberia // Remote Sens. 2022. V. 14. Is. 23. pn. 6141. DOI: 10.3390/rs14236141

Romanov A.N. Some Behavior Features of Dielectric Properties of Water in Birch Wood at a Frequency of 1.41 GHz // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2022. V. 60. Is. -. pn. 4409208. DOI: 10.1109/TGRS.2022.3157642

Анализ гидрологических изменений минеральных озёр в Северной Евразии по данным спутника SMOS / А. Н. Романов, И. В. Рябинин, И. В. Хвостов, Д. А. Романов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2022. – Т. 19, № 6. – С. 222-233. – DOI 10.21046/2070-7401-2022-19-6-222-233

Romanov A. N., Khvostov I.V., Tikhonov V.V., Sharkov E.A. Assessing Hydrological Changes in Wetland Areas of the Russian Arctic, Subarctic, and Northern Taiga Based on Microwave Remote Sensing Data // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2022. V. 58. Is. -. P. 1100-1110. DOI: 10.1134/S0001433822090201

Tikhonov V.V., Khvostov I.V., Alekseeva T.A., Romanov A.N., Afanasieva E.V., Boyarskii D.A., Komarova N.Y. Analysis of the Winter Hydrological Regime of the Yenisei, Pechora, and Khatanga Estuaries Using SMOS Data // Izvestiya - Atmospheric and Ocean Physics. 2022. V. 58. Is. 12. P. 1519-1531. DOI: 10.1134/S0001433822120234

2021
Romanov A.N. Dielectric Properties of Water in Saline Soil and its Solonchak Vegetation at a Frequency of 1.41 GHz // IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING LETTERS. 2021. V. 18. Is. 12. P. 2033-2037. DOI: 10.1109/LGRS.2020.3014374

2020
Tikhonov V.V., Khvostov I.V., Romanov A.N., Sharkov E.A., Boyarskii D.A., Komarova N.Y., Sinitskiy A.I. Features of the Intrinsic L-Band Radiation of the Gulf of Ob during the Freeze-Up Period // IZVESTIYA ATMOSPHERIC AND OCEANIC PHYSICS. 2020. V. 56. Is. 9. P. 936-949. DOI: 10.1134/S0001433820090236

Troshkin D.N., Kabanov M.V., Pavlov V.E. Total Content of Water Vapor Over Yamal During the Warm Period of the Year // GEOGRAPHY AND NATURAL RESOURCES. 2020. V. 41. Is. 1. P. 59-66. DOI: 10.1134/S1875372820010084

2019
Troshkin D.N., Pavlov V.E. Statistical Model of Cloud Optical Depths in Certain Zones of the Yamal Peninsula Region Using Satellite Data // ATMOSPHERIC AND OCEANIC OPTICS. 2019. V. 32. Is. 2. P. 147-151. DOI: 10.1134/S1024856019020143

Boyarskii D.A., Romanov A.N., Khvostov I.V., Tikhonov V.V., Sharkov E.A. On Evaluating the Depth of Soil Freezing Based on SMOS Satellite Data // IZVESTIYA ATMOSPHERIC AND OCEANIC PHYSICS. 2019. V. 55. Is. 9. P. 996-1004. DOI: 10.1134/S0001433819090147

Romanov A.N., Khvostov I.V. On the Validation of Satellite Microwave Remote Sensing Data under Soil Salinity Conditions // IZVESTIYA ATMOSPHERIC AND OCEANIC PHYSICS. 2019. V. 55. Is. 9. P. 1033-1040. DOI: 10.1134/S0001433819090147

Tikhonov V.V., Raev M.D., Khvostov I.V., Boyarskii D.A., Romanov A.N., Sharkov E.A., Komarova N.Yu. Analysis of the Seasonal Dependence of the Brightness Temperature of the Glacier Sheet of Antarctica by Microwave Satellite Data // IZVESTIYA ATMOSPHERIC AND OCEANIC PHYSICS. 2019. V. 55. Is. 9. P. 1302-1313. DOI: 10.1134/S0001433819090512

Romanov A.N. Dielectric Behavior of Sodic Solonchak at 1.41 GHz in the South of Western Siberia // IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING. 2019. V. 57. Is. 12. P. 9517-9523. DOI: 10.1109/TGRS.2019.2927243

Romanov A.N., Ulanov P.N. Seasonal Differences in Dielectric Properties of Dwarf Woody Tundra Vegetation in a Microwave Range // IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING. 2019. V. 57. Is. 6. P. 3119-3125. DOI: 10.1109/TGRS.2018.2881048

Romanov A.N. Influence of Water Content and Temperature on the Dielectric and Radio-Emitting Properties of the Salt Crust of Puffy Solonchak // EURASIAN SOIL SCIENCE. 2019. V. 52. Is. 2. P. 171-179. DOI: 10.1134/S1064229319020121

2018
Tikhonov V.V., Khvostov I.V., Romanov A.N., Sharkov E.A. Analysis of Changes in the Ice Cover of Freshwater Lakes by SMOS data // IZVESTIYA ATMOSPHERIC AND OCEANIC PHYSICS. 2018. V. 54. Is. 9. P. 1135-1140. DOI: 10.1134/S0001433818090384

Romanov Andrei N. Dielectric and Radio-Emission Properties of Oil-Polluted Soils // IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING. 2018. V. 56. Is. 3. P. 1767-1773. DOI: 10.1109/TGRS.2017.2768121

Romanov Andrey N., Khvostov Ilya V. Emissivity peculiarities of the inland salt marshes in the south of Western Siberia // INTERNATIONAL JOURNAL OF REMOTE SENSING. 2018. V. 39. Is. 2. P. 418-431. DOI: 10.1080/01431161.2017.1385105

Tikhonov V., Khvostov I., Romanov A., Sharkov E. Theoretical study of ice cover phenology at large freshwater lakes based on SMOS MIRAS data // CRYOSPHERE. 2018. V. 12. Is. 8. P. 2727-2740. DOI: 10.5194/tc-12-2727-2018