CC BY
55
УДК 528.8
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ В МОНИТОРИНГЕ МАЛЫХ ОЗЕР УБСУНУРСКОЙ КОТЛОВИНЫ (ТЫВА)
Дмитрий Сергеевич Дубовик
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат географических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Михаил Владимирович Якутии
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 8/2, доктор биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии; Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
В результате дешифрирования данных Landsat оценена динамика изменения площадей водного зеркала малых озер Торе-Холь, Шара-Нур и Дус-Холь в пределах российской части Убсунурской котловины. Делается вывод о возможности применения методов дистанционного зондирования в практике экологического мониторинга малых озер в зоне сухих степей.
Ключевые слова: экологический мониторинг, Тыва, Убсунурская котловина, малые озера, динамика водного зеркала, дистанционное зондирование.
THE USE OF REMOTE SENSING DATA IN THE MONITORING OF SMALL LAKES OF UBSUNUR DEPRESSION (TUVA)
Dmitry S. Dubovik
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., assistent professor, department of ecology and nature use, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Mikhail V. Yakutin
Institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 8/2 Akademician Lavrentjev Avenue, D. Sc., assistant professor, senior researcher of laboratory of biogeocenology; Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., professor of department of ecology and nature use, tel. (383)363-90-25, e-mail: [email protected]
During interpretation of Landsat data the dynamics of area changes of the water table small lake Tore-Khol, Shara-Nur and Dus-Khol within the Russian part of the Ubsunur depression was estimated. The conclusion about possibility of application of remote sensing techniques in the practice of environmental monitoring of small lakes in the zone of dry steppes was made.
Key words: ecological monitoring, Tyva, Ubsunur depression, small lakes, water table dynamics, dynamics, remote sensing.
Водные ресурсы Республики Тыва имеют важнейшее значение для сельского хозяйства республики. Использование озер аридной зоне Внутренней Азии с древнейших времен для нужд отгонного скотоводства позволяет отнести
их к природно-антропогенным экосистемам. В Тыве почти 8 тыс. рек/ Большая часть из них принадлежит к бассейну Енисея. Кроме Енисея с его общей протяженностью по территории Тывы около 500 км в Республике протекает 20 средних по величине рек. Примерно 81% рек формируются на территории самой Тывы и около 19% формируются на приграничных территориях Монголии. В среднем густота речной сети составляет около 0,46 км на 1 км , но в засушливых степных котловинах (Убсунурской и Тувинской) этот показатель
Л
снижается до 0,1 км на 1 км . В Тыве около 40 тыс. больших и малых озер, при этом наибольшее их количество расположено в Тоджинской котловине. В степных котловинах расположены крупные бессточные озера (Убсу-Нур, Ха-дын, Торе-Холь, Чедер, Шара-Нур, Дус-Холь и др.) [1].
Глобальные климатические изменения последних столетий ведут к усилению процесса «усыхания Азии», т.е. увеличению аридности климата на территории Внутренней Азии. И основная причина этого - увеличение среднегодовой температуры приземного воздуха. При этом если глобальная среднегодовая температура воздуха выросла за последние 100 лет на 0,4-0,8 оС [2], то только за 50 лет, с 1955 по 2005 гг., в аридных районах Внутренней Азии среднегодовая температура воздуха выросла на 1,0-2,3 оС [3, 4].
Повышение температуры воздуха вместе с незначительным увеличением количества осадков должно привести к уменьшению увлажненности значительной части территории Внутренней Азии [5, 6] и к дальнейшему усыханию или полному пересыханию расположенных здесь многочисленных озер. Следы усыхания, прослеживаемые по террасам с древнеозерными отложениями, обнаружены при изучении уровней таких больших озер, как Арал в Средней Азии [7], Чаны на юге Западной Сибири [8, 9], Убсу-Нур и Хиргис-Нур в Западной Монголии [10, 11].
Убсунурская котловина расположена на границе Республики Тыва и Монголии между 48-50° с. ш. и 91-99° в. д. и относится к одной из самых засушливых областей Центральной Азии, региону, называемому «Котловина Больших озер Западной Монголии». Протяженность Убсунурской котловины с севера на юг 160 км, с запада на восток 600 км. Котловина бессточная. Соленое озеро Убсу-Нур размером 80^70 км и глубиною около 15 м лежит в западной ее части, на абсолютной высоте 1000 м. Сток рек в Убсунурской котловине в основном формируется за счет атмосферных осадков, выпадающих в горах, и таяния льдов. Среднегодовое количество осадков в котловине составляет около 150 мм. Осадки перераспределяются внутри котловины: благодаря атмосферной циркуляции влага переносится со дна котловины на окружающие ее горы. Таким образом, количество влаги в пределах котловины распределяется очень неравномерно [3, 10].
Цель данного исследования состояла в анализе возможности использования данных дистанционного зандирования Земли в изучении динамики водного зеркала трех малых озер Торе-Холь, Шара-Нур и Дус-Холь, лежащих в российской части территории Убсунурской котловины. В аридных условиях Центральной Азии при дефиците водных ресурсов природные водоемы имеют огромное значение для всех видов хозяйственной деятельности. Малые озера
Убсунурской котловины имеют для жителей Тывы также и важное рекреационное значение.
Для изучения характера изменения водного зеркала озер было выполнено дешифрирование четырёх снимков Landsat 8, полученных в конце июля - начале сентября 2014 года, покрывающих всю котловину. При оценке динамики площадей озер также выполнялось дешифрирование данных Landsat 5 и Landsat 7, полученных в 1991, 2002, 2010 годах. В процессе работы были синтезированы цветные растровые изображения на основе данных отдельных участков электромагнитного спектра, соответствующие комбинациям спектральных каналов 7, 5, 3 сенсора OLI спутника Landsat 8, и комбинациям спектральных каналов 7, 4, 2 сенсоров спутников Landsat 5 и Landsat 7 [12, 13, 14]. Эта комбинация позволяет получать изображение, близкое к естественным цветам, и позволяет анализировать состояние атмосферы и дым. Травянистые сообщества выглядят ярко зелеными, непокрытая растениями почва - ярко розовой, разреженная растительность - коричневой и оранжевой, сухостойная растительность - оранжевой, вода - голубой [15].
Обработка снимков осуществлялась с использованием программного продукта ErdasImagine 2013 и включала в себя синтезирование цветных изображений и увеличение пространственного разрешения цветных изображений за счёт панхроматического канала (операция «Resolutionmerge», метод «Broveytransform»). После того, как данные были подготовлены, дальнейшая работа осуществлялась в геоинформационной системе Panorama, и заключалась в дешифрировании и векторизации опознанных водных объектов в пределах исследуемой территории [15].
На рис. 1 представлен обработанный фрагмент космического снимка Landsat 8 на изучаемую территорию в комбинации спектральных каналов RGB 753, а на рис. 2 озера Торе-Холь и Шара-Нур в комбинации спектральных каналов
RGB 742 (Landsat 5).
Варьирование площади водного зеркала самого большого из малых озер Уб-сунурской котловины (Торе-Холь) за изученный период (с 1991 по 2014 гг.) составило 1% (рис. 3). Разница между максимальной и минимальной площадью водного зеркала озера Шара-Нур за этот же период составила 26%. Площадь самого маленького из изученных озер (Дус-Холь) с 1991 по 2014 год изменялась в пределах 16%. Таким образом, размер озера,
Рис. 1. Малые озера Убсунурской котловины на снимке Landsat 8 (2014 г.) в комбинации спектральных каналов RGB 753 (1 - Торе-Холь, 2 - Шара-Нур, 3 - Дус-Холь)
как оказалось, не всегда может быть связан с размахом колебаний площади водного зеркала. Но размах колебаний площади большого озера Торе-Холь был минимальным, что может быть объяснено его большой водностью.
Рис. 2. Российская часть озера Торе-Холь (А) и озеро Шара-Нур (Б) на снимке Landsat 5 1991 г. в комбинации спектральных каналов RGB 742
Рис. 3. Динамика площадей малых озёр в пределах российской части территории Убсунурской котловины с 1991 по 2014 год
Максимальная площадь водного зеркала в изученный период была у озера Торе-Холь в 2002 г., у озера Шара-Нур - в 2010 г., а у озера Дус-Холь в 1991 г. Минимальный размер водного зеркала озера Торе-Холь и Дус-Холь имели в 2014 г., а озеро Шара-Нур - в 1991 году. Таким образом, полученные данные не позволяют напрямую связать изменение размеров водного зеркала изученных озер с динамикой климатических показателей местности. Это может свидетельствовать о важной роли грунтового питания в поддержании водности малых озер Убсунурской котловины. А значит, изучение характера и объемов такого питания может иметь большое значение для прогнозов динамики водного зеркала этих малых озер.
Таким образом, проведенное исследование наглядно продемонстрировало, что использование материалов дистанционного зондирования может оказаться очень эффективным инструментом в экологическом мониторинге озер в аридных регионах. Представляется актуальным более подробное исследование и дальнейший мониторинг водных объектов Убсунурской котловины.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Проблемы устойчивости экосистем и оценка их современного состояния / С. О. Он-дар, Н. И. Путинцев, А. Ч. Ашак-оол и др. / Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2000. - 182 с.
2. Баженова О. И., Мартьянова Г. Н. Реакция степных и лесостепных морфодинамиче-ских систем на современные изменения климата // География и природные ресурсы. - 2000. -№ 4. - C. 23-32.
3. Хруцкий В. С., Голубева Е. И. Динамика опустынивания аридных систем Внутренней Азии // География и природные ресурсы. - 2011. - № 4. - С. 148-156.
4. Conen F., Yakutin M. V., Sambuu A. D. Potential for detecting changes in soil organic carbon concentrations resulting from climate change // Global Change Biology. - 2003. - V. 9. -P.1515-1520.
5. Почвенный покров основных природных зон Монголии / под ред. Н. А. Ногина. -М.: Наука, 1978. - 275 с.
6. Якутин М. В., Анопченко Л. Ю. Структура запаса растительного вещества в мониторинге экосистем, формирующихся в обсыхающих поймах соленых озер Барабы // Вестник СГГА. - 2006. - Вып. 11. - С. 172-177.
7. Кривошей М. И. Арал и Каспий: (Причины катастрофы). - СПб.: Гидрометеоиздат, 1997. - 130 с.
8. Шнитников А. В. Озера Срединного региона (историческая изменчивость и современное состояние). - Л.: Наука, 1976. - 559 с.
9. Анопченко Л. Ю., Якутин М. В. Изменение соотношения площадей засоленных и незасоленных почв в процессе обсыхания Барабинской равнины // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 2. - С. 160-165.
10. Синицын В. М. Центральная Азия. - М.: Гос. изд-во географ. лит-ры, 1959. - 456 с.
11. Якутин М. В., Андриевский В. С. Биологические характеристики в мониторинге почв Озерных равнин Западной Монголии // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск : СГГА, 2011. Т. 4. -С 188-192.
12. Якутин М. В., Дубовик Д. С. О системе показателей мониторинга экосистем сухих степей // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 2 (18). - С. 94-99.
13. Дубовик Д. С., Якутин М. В. Геоэкологический мониторинг пастбищ Убсунурской котловины с использованием методов дистанционного зондирования // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск : СГГА, 2011. Т. 4. - С. 254-258.
14. Якутин М. В., Дубовик Д. С. Использование данных дистанционного зондирования в мониторинге экосистем Турано-Уюкской котловины // Геодезия и картография. Известия высших учебных заведений. - 2012. - № 1. - С. 75-78.
15. Чандра А. М., Гош С. К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. - М.: Техносфера, 2008. - 312 с.
© Д. С. Дубовик, М. В. Якутин, 2016
