Изучение динамики полей термокарстовых озер в горных ландшафтах Алтая

ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

_2012 г. Выпуск 3 (26). С. 27-31_

УДК 551.345

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ПОЛЕЙ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ОЗЕР В ГОРНЫХ ЛАНДШАФТАХ АЛТАЯ

Ю. М. Полищук, Д. С. Шаронов, М. А. Куприянов Введение

Современные изменения климата сопровождаются усилением многих природных опасностей, в том числе и геокриологических, связанных с таянием льда. Сопутствующие им геоморфологические изменения земной поверхности оказывают неблагоприятное воздействие на объекты инженерной инфраструктуры. Для снижения рисков аварийности необходимы исследования динамики термокарстовых процессов на различных территориях многолетней мерзлоты.

В работе [1] показано, что термокарстовые озера (ТО) являются удобным индикатором деградации многолетнемерзлых пород. Они хорошо дешифрируются на космических снимках, что позволяет использовать данные дистанционного зондирования при проведении геокриологических исследований. Кроме того, для прогнозирования возможных изменений состояния вечной мерзлоты требуется собирать и анализировать большие объемы информации, что в условиях труднодоступности территорий многолетней мерзлоты можно выполнить только с использованием методов дистанционного зондирования.

В настоящее время проводятся обширные дистанционные исследования динамики ТО на территории вечной мерзлоты Северной Евразии [3, 5]. Однако динамика озер в горных районах изучена явно недостаточно. Предварительные результаты дистанционных исследований динамики термокарстовых озер в Горном Алтае представлены в работе [4]. Целью настоящей работы явилось расширение территории исследований и выбор дополнительных тестовых участков.

Методика и данные

Дистанционные исследования динамики ТО в горах проведены на территории, расположенной в южной части республики Алтай вблизи границ Монголии, Китая и Казахстана. На исследуемой территории в зонах наиболее интенсивного термокарста было выбрано 10 тестовых участков (ТУ), расположение которых показано на карте (рис. 1).

Рисунок 1. Карта-схема расположения исследуемых участков

Дадим более подробную характеристику размещения ТУ. Условно территорию исследований можно разделить на два района: западный - ТУ-1 - ТУ-6 и восточный ТУ-7 - ТУ-10. Все участки были выбраны преимущественно на высотных территориях горных хребтов.

Для исследования динамики термокарстовых озер было отобрано 8 снимков Landsat, полученных в теплые месяцы 1989-2011 гг. Выбор космических снимков определялся отсутствием облачного покрова в пределах сцен. Для каждого района имелось по 4 безоблачных снимка Landsat. Снимки были получены из архива Global Land Cover Facility. Все полученные снимки имеют уровень обработки 1T («земная» коррекция), предполагающий проведение радиометрической и геометрической коррекций с использованием цифровых моделей рельефа. Коллекции снимков Landsat формировались для каждого района. В таблице 1 для каждого района исследований приведен перечень использованных космических снимков.

Таблица 1. Перечень космических снимков Landsat

Район Космические снимки Даты съемки

Восточный Landsat-4 19.09.1989

Landsat-7 04.09.2001

Landsat-5 10.09.2006

Landsat-5 08.09.2011

Западный Landsat-5 20.09.1993

Landsat-5 27.06.2000

Landsat-5 08.09.2006

Landsat-5 08.09.2011

Дистанционные измерения площадей озер проводились по космическим снимкам с использованием стандартных средств геоинформационных систем ERDAS Imagine 9.1 и ArcGis 9.3. Статистическая обработка полученных результатов выполнена с помощью программных систем Statistica 6.0 и Excel. На каждом тестовом участке определялось от нескольких десят-

ков до нескольких сотен термокарстовых озер различных размеров. Общее число исследованных термокарстовых озер составило 657.

Результаты исследований многолетней динамики суммарных площадей озер

По результатам измерений площадей исследованных озер были построены графики временных изменений средних значений площади термокарстовых озер на различных тестовых участках. Для иллюстрации на рис.2 приведен график временного хода средних площадей озер на ТУ-1. Точки на графиках обозначают средние (за каждый исследуемый год в отдельности) значения площадей озер ТУ, рассчитанные на основе полученных данных. Отрезки прямых линий показывают доверительные интервалы, определенные для вероятности 90 %. Пунктирной линией на графиках обозначена линия тренда, показывающая, что средняя площадь озер на ТУ-1 увеличивается со временем.

14

12

£ 10

го

I 8

ц

« 6 к

5 4

а

О о

ТУ-1

-|-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1—г-

0

1990 1995 2000 2005 2010

время, годы

Рисунок 2. Временной ход среднего значения площадей озер на ТУ-1

Обобщенный график временных изменений среднего значения площадей озер на всех исследованных ТУ приведен на рис. 3. Как видно из графика (рис. 3), на большинстве тестовых участков площадь термокарстовых озер в среднем увеличивается во времени.

35

30

2 25

В

о «

с

20

15

<ц а

и 10

—о

1989

1994

1999 2004

Время, годы

2009

Рисунок 3. Временной ход средних значений площадей термокарстовых озер на всех ТУ

5

0

Представляет интерес рассмотреть временную динамику суммарных площадей термокарстовых озер в горах. На рис. 4 представлены графики временных ходов суммарных (по всем ТУ) площадей озер для восточного и западного районов исследования.

1989 1994 1999 2004 2009

Время, годы

Рисунок 4. Временные изменения суммарных площадей озер во времени

Из графика видно, что суммарная площадь озер как на востоке, так и на западе Горного Алтая увеличивается со временем. Однако в западном районе интенсивность термокарстовых процессов выше, чем в восточном районе. Временной ход суммарной площади озер может быть аппроксимирован линейным уравнением вида (с высоким коэффициентом детерминации):

у = а * х + Ь,

где а - коэффициент линейного тренда (га/год); Ь - свободный член уравнения (1) (га).

По данным рис. 2 было рассчитано относительное изменение суммарной площади озер во времени для каждого района как отношение приращения суммарной площади озер за период исследований к её величине в начальный год исследования. Расчет показал, что суммарная площадь озер за период исследований на востоке увеличилась на 30 %, а на западе -на 9,3 %. Увеличение площадей, по нашему мнению, может быть объяснено тем, что в условиях наблюдаемого в последние десятилетия глобального потепления прогрессирующий термокарст вызывает рост площадей озер. Заметим, что проведенный [2] за 50-ти летний период анализ материалов дистанционного зондирования также показал устойчивое увеличение на 50 % площадей ТО в пределах озерно-болотного комплекса Джангызколь, который находится в непосредственной близости от района наших исследований.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Госконтракт № 14.07.11.0409 от 20.09.10 по заказу Минобрнауки РФ).

ЛИТЕРАТУРА

1. Кирпотин, С. Н. Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления [Текст] / С. Н. Кирпотин, Ю. М. Полищук, Н. А. Брыксин // Вестник Томского Государственного университета. - 2008. - № 311. - С. 185-189.

2. Климатообусловленные геоморфологические опасности Горного Алтая [Электронный ресурс]. - Режим доступа : URL: http://www.georiski.ru/testu1.htm.

3. Кравцова, В. И. Распространение термокарстовых озер в России в пределах зоны современной мерзлоты [Текст] / В. И. Кравцова // Вестник Московского университета. -2009. - № 3. - С. 33-42.

4. Шаронов, Д. С. Сравнительный анализ динамики термокарста на территории мерзлоты Западной Сибири и Горного Алтая на основе космических снимков [Текст] / Д. С. Шаронов, Н. А. Брыксин, В. Ю. Полищук, Ю. М. Полищук. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов : сб. науч. статей. - Т. 9. - № 1. - М. : ООО «ДоМира», 2012. - С 313-319.

5. Smith, L. C., Sheng, Y., MacDonald, G. M., Hinzman, L. D. Disappearing Arctic Lakes // Science. 2005. - V. 308. - No. 3. - P. 14.