CC BY
56
УДК 528.88
Н.А. Брыксина, В.Ю. Полищук, Ю.М. Полищук
Югорский НИИ информационных технологий, Ханты-Мансийск
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ
Изучены временные изменения водной поверхности площадей термокарстовых озёр на основе разновременных космических снимков. Проведен анализ динамики среднелетней температуры и средних значений площадей термокарстовых озер в последние три десятилетия в зоне вечной мерзлоты Западной Сибири. Установлено, что в этот период с увеличением среднелетней температуры суммарная площадь озер в зонах как сплошного, так и прерывистого распространения мерзлоты в среднем уменьшается.
N.A. Bryksina, V.Yu. Polishchuk, Yu.M. Polishchuk
Ugra Research Institute of Information Technologies (URIIT)
pna@uriit.ru, steelhead@sibmail.com,Yu_Polishchuk@ugrasu.ru
RESEARCH OF TERMOKARST PROCESSES IN GLOBAL WARMING CONDITIONS BY REMOTE METHODS
Temporal changes of thermokarst lake areas based on analysis of nonsimultaneous space images have been studied. Analysis of dynamics of mean-summer temperature and the average area of thermokarst lakes in last three decades in permafrost zone of Western Siberia was carried out. It is found summarized area of lakes in continuous and discontinuous permafrost on average is shrunk at this period under growth of mean-summer temperature.
В настоящее время изменение климата, являющееся одной из значимых глобальных проблем современности, наиболее ощутимо проявляется в высоких широтах, вызывая снижение прочности многолетнемёрзлых пород (ММП) и рост аварийности на трубопроводах и других сооружениях нефтегазового комплекса [1]. В этих условиях изучение изменений
термокарстовых процессов в зоне многолетней мерзлоты в связи с глобальным изменением климата, несомненно, является актуальной
проблемой, решение которой вследствие высокой степени заболоченности и труднодоступности территории Западной Сибири невозможно без применения данных дистанционного зондирования поверхности Земли.
Как показано в [2], наиболее пригодными геоморфологическими индикаторами в дистанционных исследованиях криогенных изменений поверхности в условиях вечной мерзлоты являются термокарстовые озера, хорошо дешифрируемые на космических снимках. В большинстве работ, например [3], направленной на исследование термокарстовых озер
использовался преимущественно качественный подход, основанный на сопоставлении границ озер на карто-схемах, составленных путем
дешифрирования разновременных космических снимков. В [4] приведены данные об изменениях числа термокарстовых озер за 30-летний период. В наших работах [5, 6] получены количественные данных о временных
изменениях термокарстовых озер лишь на нескольких тестовых участках в зоне вечной мерзлоты, что не позволяет исследовать закономерности динамики термокарстовых процессов и ее взаимосвязи с климатическими изменениями во всей зоне вечной мерзлоты Западной Сибири.
В связи с этим целью настоящей работы явилось дистанционное исследование изменений площадей термокарстовых озер на большом числе тестовых участков в широком диапазоне изменений географической широты в зонах прерывистого и сплошного распространения мерзлоты и изучение взаимосвязи этих изменений с изменениями температуры на территории многолетней мерзлоты в Западной Сибири.
На рис. 1 приведена карта-схема геокриологического зонирования территории Западной Сибири [7] с обозначенными границами тестовых участков (ТУ). При этом ТУ-1 - ТУ-8 располагаются в зоне прерывистой мерзлоты, а ТУ-9 - ТУ-17 - в зоне сплошной мерзлоты.
Рис. 1. Карта-схема расположения тестовых участков на территории Западной
Сибири
На основе применения разновременных космических снимков Landsat исследованы временные изменения площадей водной поверхности
термокарстовых озер, расположенных на различных тестовых участках. На каждом из этих участков определялось от нескольких сотен до нескольких тысяч термокарстовых озер различных размеров, измерения площадей которых проводились с использованием средств геоинформационных систем ERDAS Imagine 8.3 и ArcGis 9.2.
Использованные в работе климатические данные получены в период 1973-2006 гг. на 12 метеостанциях, расположенных на территории сплошного и прерывистого распространения мерзлоты в Западной Сибири. Показатели климатического состояния территорий исследования включали данные о температуре и осадках в теплые месяцы года, когда среднемесячная температура была положительной величиной.
Анализ взаимосвязи изменений температуры и термокарста проводился путем сопоставления трендов изменения среднелетних значений температуры и средних площадей термокарстовых озер. На рис. 2 приведены графики временных зависимостей средней площади термокарстовых озер и среднелетней температуры воздуха, вычисленных для всех тестовых участков и метеостанциях, находящихся на исследуемой территории. Точки на графиках показывают средние значения площадей озер и среднелетние значения температуры, полученные путем усреднения соответствующих величин по всем тестовым участкам и метеостанциям. Сплошная линия на графике рис. 2 отображает график линейной аппроксимации временных ходов (линейный тренд) уравнением вида:
Y = ax + ß, (1)
где а - коэффициент уравнения линейной аппроксимации;
ß - свободный член уравнения аппроксимации;
x - время (годы).
Сопоставление трендов температур и площадей термокарстовых озер на этих двух графиках (рис. 2) показывает, что наблюдаемое в последние три десятилетия повышение среднелетней температуры воздуха сопровождается сокращением в среднем площади термокарстовых озер в зоне вечной мерзлоты Западной Сибири.
В табл. 1 приведены значения коэффициента а для изменения суммарных площадей термокарстовых озер на каждом тестовом участке. Как видно из таблицы, для большинства тестовых участков (11 из 17) значения а являются отрицательными. Определенная по данным табл. 1 средняя величина коэффициента а, полученная усреднением по всем тестовым участкам, является отрицательным и составляет - 13,7 %. Это позволяет сделать заключение о том, что суммарная площадь озер в зоне вечной мерзлоты Западной Сибири в среднем уменьшается, что также согласуется с правым графиком на рис. 2.
Следовательно, выявленное нашими исследованиями с использованием космических снимков сокращение в среднем площади термокарстовых озер криолитозоны Западной Сибири в последние тридцать лет можно связывать с повышением среднелетней температуры воздуха, обусловленным глобальным изменением климата. Этот вывод согласуется и с результатами исследований
американских ученых [8], установивших на основе анализа дистанционных данных значительное сокращение площади термокарстовых озер в зонах прерывистого распространения мерзлоты в центральной части Аляски за последние пять десятилетий.
Рис. 2. Зависимости средней площади термокарстовых озер и среднелетней
температуры от времени
Таблица 1 Значения коэффициента а для временных ходов суммарной площади термокарстовых озер на разных полигонах в зонах вечной мерзлоты
№ полигона Географическая широта, град. а, га/год
1 63,40 0,01
2 65,03 -27,31
3 65,01 -84,32
4 65,27 -68,06
5 65,35 -8,40
6 65,52 -26,57
7 65,59 -33,86
8 66,41 -65,49
9 67,55 -46,19
10 68,23 -26,84
11 69,19 -26,35
12 70,02 30,51
13 70,22 64,42
14 70,53 41,34
15 71,08 22,67
16 71,37 39,53
17 71,55 -18,48
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект № 08-05-92496-НЦНИЛа).
1. Анисимов О., Лавров С. Глобальное потепление и таяние вечной мерзлоты: оценка рисков для производственных объектов ТЭК РФ // Технологии ТЭК. - 2004. - № 3. - С. 78. - 83.
2. Днепровская В.П., Полищук Ю.М. Геоинформационный анализ геокриологических изменений в зоне многолетней мерзлоты Западной Сибири с использованием космических снимков // Геоинформатика. -2008. - № 2. - С. 9-14.
3. Кравцова В.И., Быстрова А.Г. Изучение динамики термокарстовых озер России // Геоинформатика, 2009. - № 1. - С. 44-51.
4. Smith L.C., Sheng Y., MacDonald G.M., Hinzman L.D. Disappearing Arctic Lakes // Science, 2005. - V. 308. - No 3. - pp. 14.
5. Кирпотин С.Н., Полищук Ю.М., Брыксина Н.А. Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления // Вестник Томск. ун-та, 2008. - № 311. - С. 185-189.
6. Днепровская В.П., Брыксина Н.А., Полищук Ю.М. Изучение изменений термокарста в зоне прерывистого распространения вечной мерзлоты Западной Сибири на основе космических снимков // Исследование Земли из космоса, 2009. - № 4. - С. 86-95.
7. Атлас СССР // Отв. редактор Т.П. Сидоренкова. - М.: Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1984. - 260 с.
8. Riordan B., Verbyla D., McGuire A.D. Shrinking ponds in subarctic Alaska based on 1950 - 2002 remotely sensed images // J. Geophys. Res., 2006. - Vol. 111. G04002, doi:10.1029/2005JG000150.
© Н.А. Брыксина, В.Ю. Полищук, Ю.М. Полищук, 2010
