CC BY
9УДК 551.32; 551.332
А. Л. КОК4РЕВ, И. И. ¡НЕСТЕРОВА
КАТАЛОГ ЛЕДНИКОВ ЮЖНОЙ ДЖУНГАРИИ (ЖЕТЫСУСКИЙ АЛАТАУ) ПО СОСТОЯНИЮ НА 2000 ГОД
Map Info, Easy Trace, A rcGIS, GeoTransformer багдарламаларыныц ГАЖ-iH цолдана отырып, 2000 жшга ар к сигам Жетку (Жоцгар) Алатауыныц Оцту cm iK 6aiieiHdeei музбасудын, каталоги жасалды. Музбасу параметр,!ер in 1956, 1972 жэне J 990 жш дар мен сапыстыру o*cypei3U\di, осы may аймагындагы музбасудыц кулдырау к,арк,ындары багаланды.
Составлен каталог оледенения южной части Жетысуского Алатау на 2000 г. (по космоснимкам) с применением ГИС-программ Maplnfo, EasyTrace, ArcGIS, Geotransformer. Проведено сравнение параметров оледенения с ¡956, 1972 и 1990 гг., оценены темпы деградации оледенения в этом горном регионе.
Catalogue of glaciers of the southern part of the Zhetysuskiy (Dzhungarskiy) Alatau by 2000 (using satellite images) with application of GISprograms: Maplnfo. EasyTrace, ArcGIS, Geotransformer was compiled. Comparison of parameters of glaciation in 1956, 1972 and 1990 was carried out, rates of degradation of glaciation in the given mountain region were estimated.
Создание ГИС. Картографической основой ГИС-проекта «Каталог состояния ледников на 2000 год» служат оперативная космическая съемка Landsat 7 ЕТМ+ WRS-2, Path 148, Row 029, 04.09.2000 г., Landsat ЕТМ WRS-2, Path 148, Row 029,14.09.1989 г. (космоснимки нам любезно предоставил наш коллега из Дрезден-ского университета Dr. Tobias Boich) и топог рафические карты M 1:50 000, на основе которых нами составлялся каталог ледников за 1990 г. Использование этих материалов позволило наиболее полно отразить пространственную информацию о ледниковых комплексах исследуемой территории. Такой тип космической информации дал возможность выделить ледники, моренные комплексы, озера и другие объекты гляциологического мониторинга на момент съемки. Снимок не лучшего разрешения (размер pixel - 30 м), что несколько затрудняло обработку снимка и его дешифрирование, которые проведены по известным методикам [1] с применением программ ENVI 4.0, ERDAS Imagine 8.6 и Maplnfo 7.8. Авторы постарались свести неизбежную ошибку к минимуму, в частности, с созданием панхроматического изображения (что увеличивает наземное разрешение или размер pixel до 15 м), выбором мультиспектральных изображений, максимально удовлетворяющим задачам проекта, и выполнением различных видов коррекции (табл. 1).
В ходе проекта были выполнены следующие задачи обработки данных дистанционного зондирования:
Таблица 1. Характеристика спектральных диапазонов и пространственного разрешения спутника Landsat 7 ЕТМ+
Каналы Спектральные Наземное
диапазоны, мк разрешение, м
1 0,45-0,515 30
2 0,525-0,605 30
3 0,63-0,690 30
4 0,75-0.90 30
5 1,55-1,75 30
6 10,40-12,5 60
п / 2,09-2,35 30
Панхромат 0,52-0,90 15
1) выбор мультиспектральных изображений, максимально удовлетворяющих задачам проекта, связанных с оценкой изменений и т.п.;
2) импорт изображений в формат программ обработки данных ДЗ (ERDAS Imagine 8.6., ENVI 4.0):
3) выполнение различных видов коррекции (атмосферной, яркостной и т.д.);
4) географическая коррекция снимков (привязка мультиспектрального изображения в систему координат);
5) коррекция снимка с имеющимися топокар-тами ГИС-проекта;
6) отцифровка гляциологической информации;
7) экспорт полученных карт в ГИС.
Геоинформационная система (ГИС) определяется как комплекс программных и технических средств, включающий аппаратные средства и программное обеспечение, предназначенное для ввода, хранения и обработки картографической
информации в целях анализа и тематического моделирования.
Внедрение ГНС решает проблемы управления за счет:
повышения степени достоверности информации; устранения дублирования данных; увеличения степени надежности хранения и обработки информации;
обеспечения представления информации в удобной форме;
сокращения времени на получение необходимой информации.
Решаемые задачи:
определение целей применения ГИС и задач, решаемых системой;
оснащение вычислительными средствами на уровне объемов информации, а также сложности и состава решаемых задач;
сбор, организация и ввод на соответствующем уровне картографической и тематической информации в ГИС;
моделирование пространственных данных. Иерархия структуры ГИС включает в себя:
Основу ядра исходных данных составляют базы геоданных (векторные слои, тематические карты, ко с мо снимки, ЦМР) и база данных (результаты исследований, аналитические данные по изучению). При этом поддерживается связь между графическими объектами карты и записями в базах данных. Ядро анализа является инструментальной частью комплекса ГИС. Оно состоит из программных модулей, реализующих различные аспекты поведения системы и работы ГИС. Основа ядра - программный комплекс Мар1п1о 7.8. I ИС включает в себя 6 основных слоев, составляющих топооснову проекта, и более 10 вспомогательных слоев по исследуемому региону (рис. 2).
Для качественной идентификации некоторых гляциологических объектов (в частности, морен) возникла необходимость в создании цифровой модели рельефа (ЦМР). Она была создана с применением данных спутникового зондирования поверхности земли и с высокой точностью
сбор и формализацию первичной информации (инвентаризационные карты, динамика географических объектов и т.п.);
контроль, обобщение и анализ информации (построение интерполяционных карт, диаграмм, графиков на основе аналитических данных); активное использование оперативных данных; импорт и анализ данных дистанционного зондирования в ГИС;
анализ GRID изображений (производных от классифицированных мультиспектральных изображений).
Общая модель ГИС каталога ледников.
Модель ГИС-проекта (рис. 1) строилась на основе трех основных компонентов: исходных данных, программного блока и анализа. Четвертый компонент, блок принятия решения, является результирующим компонентом системы. Он осуществляет запросно-ответную связь на ядре системы, тем самым обеспечивает общение пользователя с данными. После формирования запросов и передачи их в систему блок представляет интерпретацию полученного результата.
Блок принятия решений
«посажена» па космоснимки ГИС-проекта. В результате были построены изолинии через 50 и 100 м и появилась возможность качественной визуализации космических изображений с помощью ин-струментариев объема (ЗБ моделирование). Пример использования ЦМР представлен на рис. 3.
Каталог ледников. Оледенение Южного Жетысуского Алатау территориально относится к Каталогу ледников СССР, т. 13, вып. 2, ч. 4 [2]. Для топоосновы ГИС была принята проекция иТМ \VGS84 (Ш1УШ15АЬТКА№УЕК5Е МЕИСДКЖ).
Современное оледенение Южного Жетысуского Алатау расположено в бассейнах рек с востока на запад: Коргас, Чижин, Тышкан, Бурхан, Улькен Осек, Орта Осек, Киши Осек, Борохуд-зир; относятся к бассейну р. Иле. Все ледники на рассматриваемой территории были разделены на три группы: 1) ледники основных долин, залегающие между горными хребтами (сложные долинные, котловинные, простые и асимметричные
Исходные данные
4 ^ Анализ
^ г
Рис. 1. Модель ГИС-проекта
V_zz
Программируемый блок
DtoWlal «1 Ш-Я alBKdmM«!! 1А1 -1 а I vMariÄfl_
ПГ lau^läfei-ii'1 4*1 ¿|g| n|i| -J=j тЩ рМайЗаЫ H'-JaMoHM
•333S.
гао-исо
[OJO»P15
¡ОДУ)?'
tf I»
«Vieil»
s» Oj&SÄ
t 1706
J! iT** V rf
УШ+ШмА.
Тамр: » CWfr> it« ummi. «
Рис. 2. Пример "Viewer" участка оледенения Южного Жетысускою Адата\
jJäüJ
I-LJÄI
»i
—I .......
долинные); 2) ледники, расположенные на склонах хребтов (шлейфовые, карово-долинные, висячие каровые, каровые, карово-висячие, висячие); 3) ледники на денудационных поверхностях (плоских вершинах).
Сведения о ледниках по бассейнам рек Южного Жетысуского Алатау по состоянию на 2000 г. приведены в основной таблице каталога, составленной в соответствии с «Руководством по составлению Каталога ледников СССР» [3]. Морфологический тип и общая экспозиция ледников определялись по предыдущему каталогу (по состоянию на 1990 г.), составленному А. Л. Кокаре-вым и И. Н. [Нестеровой [4], и корректировались в случаях значительного изменения площади по топографическим картам и космическим снимкам. Объем ледников VI и погребенного льда находился но формулам, предложенным П. А. Черкасовым для Джунгарского Алатау [5]:
1) для ледников "основных долин":
К;=29,76^и8/103, (1)
(2)
2) для ледников "висячих долин и каров", площадью менее 3 км2:
К/ =49,37/7/,2/103. (3)
Япл = 49,369 • 202 • Кт • • 10"3; (4)
3) для ледников «горных склонов»:
V, =0;00393^Ш4/106, (5)
Ям = 0,0039324 -Кт •Рт -Ю"*; (6)
4) для ледников площадью менее 0,1 км2:
У1 =3,93-10"
I*.
И.12
V п ,
(7)
Ям = 0,00393
ч 0,124
а?<0,1
V Пя<0.\
0.1 ' Х
(8)
где ^ - площадь открытого льда; Г{ - площадь /-го ледника <0,1 км2; К^ - коэффициент перевода средней толщины открытой части ледника в толщин}' "мертвого" погребенного льда, равный 0,5; площадь открытого льда; площадь погребенного льда; <0 ] — общая площадь открытого льда ледников в бассейне реки с площадью < 0,1 км2; п 0! - общее количество ледников в бассейне реки с площадью <0,1 км2, имеющих площади погребенного льда под боковыми и конечными моренами; Р|и<01 — площадь погребенного льда у ледников с площадью <0,1 км2. В формулах (1)-(4) выражена в км2, а в формулах (5)-(8) - в м2.
Общие данные о количестве, площади и объеме ледников, включая открытые и погребенные части в основных бассейнах, полученные на основе основных таблиц каталога, представлены в табл. 2.
Полученные данные позволяют провести предварительный анализ изменения количества, площади и объема ледников между реперными годами.
Согласно данным каталогов ледников с 1956 по 2000 г. шел неуклонный рост количества и
Таблица 2. Количество, площадь и объем ледников в бассейнах рек Южного Жетысуского Алатау
по состоянию на 2000 г.
Количество Площадь открытой Объем открытой Площадь Объем льда
Бассейн части, км2 части, км3 морен, под моренами,
5<0,1 5>0,1 Всего 5<0,1 8>0,1 Всего У<0,1 У>0,1 Всего км2 км3
Коргас 28 111 139 0.894 48,108 49,769 0,01159 1,97532 1,98691 32,08504 0,62659
Шыжын 11 11 8,342 8,342 0,49213 0,49213 4,18036 0,10655
Тышкан 20 32 52 0,261 12,467 12,728 0,00333 0,43129 0,43462 8,91038 0,15216
Бурхан 4 4 8 0,055 0,516 0,571 0,00070 0,01722 0,01792 0,21412 0,00348
У. Осек 26 64 90 0,440 19,345 19,785 0,00594 0,70231 0,70825 12,47352 0,23055
О. Осек 28 53 81 0,485 14,766 15,251 0,00644 0,56769 0,57413 12,59590 0,21370
К. Осек 22 78 100 0,266 24,744 25,009 0,00335 0,97491 0,97826 13,22922 0,25581
Борохудзир I 1 0,007 0,007 0,00008 0,00008
Всего 129 353 482 2,408 128,286 131,462 0,03143 5,16087 5,19230 83,68854 1,58882
площади ледников с площадью менее О, 1 км2, что связано не только с процессом распада ледников в связи с их деградацией, но и, как уже отмечал П. А. Черкасов [5], в большей степени с увеличением точности исходного картографического материала и технических методов их получения.
Скорость сокращения оледенения в процентном отношении за второй и третий периоды больше, чем за первый (табл. 3). Однако данную оценку следует считать ориентировочной, так как в расчете по причинам, указанным выше, не учитывались площади ледников, приведенных в каталоге общим списком (без порядкового номера).
Таблица 3. Скорость изменения плошади оледенения Южного Жетысуского Алатау
Показатели 1956 г. 1972 г. 1990 г. 2000 г.
Площадь, км2 220,8 184,26 148,68 128,29
Период 1956- 1972- 1990- 1956-
1972 1990 2000 2000
Изменение, км2 -36,56 -35,56 -20,39 -92,51
Деградация. км2/год -2,28 -1,98 -2,04 -2,10
Изменение, % -16,6 -19,3 -13,7 -41,9
Деградация, %/год -1,03 -1,07 -1,37 -0,95
Таким образом, скорость деградации площади оледенения Южного Жетысуского Алатау вполне сопоставима со скоростью деградации оледенения северного склона Заилийского и Кун-гей-Алатау, где она, по оценкам Е. Н. Вилесова и П. А. Черкасова, за 1956-1990 гг. практически составляла от 0,8 до 1 % в год. В целом за 44 года (1956-2000), площадь оледенения уменьшилась на 42%, теряя в среднем 0,95 % в год.
Если сравнить полученные с одинаковой степенью достоверности общие площади оледенения (с учетом мелких ледников) за 1990 и 2000 гг., то площадь оледенения уменьшилась за 10 лег на 23,086 км2, или на 15%, и степень деградации составила 1,5% в год. Ход изменения площади оледенения Южного Жетысуского .Алатау показан на рис. 4.
Для объективной оценки оледенения в горном регионе важно определять не только изменения открытых частей ледников. При деградации оледенения (открытой части) увеличиваются площадь и объем погребенных льдов. Но определенную трудность составляет расчет поправки к формулам (2), (4). (6), (8), учитывающей деградацию погребенных льдов на данной площади за расчетный период. Пока нам удалось рассчитать общую поправку к определению объемов на основе анализа карт, полученных в результате крупномасштабных фотограмметрических съемок горноледникового комплекса Туйыксу в 1958 и 1998 гг. [6,7]. 11а основании учета разницы высот, полученных в результате наложения разновозрастных карт, нами построена карга изменений высоты поверхности ледников и морен (рис. 5).
Карта выполнена с помощью ГИС-програм-мы МарХпАо 7.8, и подсчитаны площади изменения высот, что позволяет с высокой точностью рассчитать процент уменьшения объема погребенных льдов в грубообломочных породах моренного комплекса. Общие потери объема льда погребенной части Туйыксуйской группы ледников за сорокале тий период составили 0,01949 кмя (19 490 165 м3), что эквивалентно 34,3 % от
Рис. 4. Изменения плошади оледенения Южного Жетысуского Алатау: У - чистый лед; км2; 2 - морены, км2
Рис. 5. Изменения высоты поверхности ледников и моренного комплекса но материалам фотограмметрических съемок горноледиикового бассейна Туйыксу в 1958 и 1998 гг.
рассчитанных по формулам (2), (4), (6) объемов погребенного льда (0,05681 км") на период первой фотограмметрической съемки 1958 г. Таким образом, вытаивание погребенных льдов в моренных комплексах в первом приближении составляет 0,86 % в год. Так как горноледниковый комплекс Туйыксу составляют разные ледники по морфологическому типу, то мы сочли возможным принять данную поправку без учета морфологических типов ледников.
Имея скорость деградации объема погребенного льда за 40 лет, мы рассчитываем изменения объема льда за 44 года (1956-2000). Для этого к объему изменившегося за этот период льда под моренами с площадью на 1965 г. необходимо прибавить изменения приращения объемов между реперными годами. Для объема погребенного льда на 2000 г. мы получили следующую формулу:
V =У
г 2000 г 56
+ Л^|,'90-Г72>
Рх 44 100
РхШ 100
+ ДК
Рх 28
(I 72-Г56)
+ Л V
^ (Г2000-Г90)
100 ) Рх 5Л
1-
100
(9)
где У56— объем погребенного льда на 1956 г.; Л ^ -приращение объема (изменение объема за период); Р - скорость деградации объема погребенного льда (в нашем случае - 0,86 % в год); 44, 28, 10, 5 - периоды времени, в течение которого происходит деградация данного объема погребенного льда.
Таким образом, на 2000 г. в Южном Жеты-суском Алатау объем погребенного льда К9000 = = 1,25278 км\ что на 21 % меньше объема погребенного льда, рассчитанного по формулам (2), (4), (6), (8). Результаты пересчета объема погре-
Таблица 4. Изменение объема погребенного льда за 1956-1972-1990-2000 гг.
Таблица 5. Скорость изменения объема оледенения Южного Жетысуского Алатау
Показатели 1956 г. 1972 г. 1990 г. 2000 г.
Объем льда
по каталогам, км3 0,97 1,10 1,17 1,59
Объем льда с учетом
поправки, км3 0,97 0,79 0,86 1,25
бенного льда в ледниковых комплексах Южного Жетысуского Алатау представлены в табл. 4.
В табл. 5 и на рис. 6 представлены сведения об объеме ледников за реперные годы и скорости изменения объема оледенения за исследуемый период.
Таким образом, объем оледенения Южного Жетысуского Алатау в целом за 44 года (1956-2000) уменьшился на 45 %, теряя в среднем
V,км3
Показатели 1956 г. 1972 г. 1990 г. 2000 г.
Объем, км3 9,50 7,96 6,07 5,16
Период 1956- 1972- 1990- 1956-
1972 1990 2000 2000
Изменение, км3 -1,489 -1,885 -0,865 -4,34
Деградация, км3/год -0,09 -0,11 -0,09 -0,10
Изменение, % -15,5 -23,7 -14,2 -45,4
Деградация, %/год -1,02 -1,32 -1,42 -1,03
около 1 % в год. Изменения объема оледенения представлены на рис. 6.
Объем льда в целом (с учетом мелких ледников) уменьшился за 10 лет (с 1990 по 2000 г.) на 0,6 км3, или на 9,8%, что составляет темп деградации 0.98% в год.
2000
Рис. 6. Изменения объемов и темпы деградации оледенения Южного Жетысуского Алатау: 1 - чистый лед; 2 - погребенный лед
Некоторые несоответствия темпов деградации площадей и объемов оледенения связаны с тем, что наиболее интенсивно уменьшаются и исчезают плоские мелкие ледники, своим количеством изменяющие темпы деградации площадей, тогда как крупные ледники, имеющие наибольшие запасы льда, менее подвержены деградации. Так, ледники Южного Жетысуского Алатау площадью больше 1 км2 за десять лет (1990-2000 гг.) в целом потеряли лишь 3,4% своей площади, или 0,34% в год, за этот период.
ЛИТЕРАТУРА [.Лурье И.К., Косиков А.Г., Ушакова Л. А., Карпович Л.Л., Любимцева .V/. 10., Тутубалина О. В. Компьютерный практикум по цифровой обработке изображений и созданию 1"ИС: (Дистанционное зондирование и географические информационные системы). М., 2004. 174 с.
2. Черкасов П. А. Каталог ледников СССР. Т. 13, вып. 2; ч. 4. Бассейны рек Хоргоса, Усека. JÏ.: Гидрометеоиздат, 1975.77 с.
3. Руководство по составлению каталога ледников СССР. Л., 1966. 154 с.
4. Кокарев А.Л., ¡Нестерова ИИ. Деградация оледенения Жетысу (Джунгарского) Алатау (бассейны рек Корга-са, Осека) в период с 1956 по 1990 год // География в современном мире: теория и практика (мат. межд. н.-п. конф.). Ташкент, 2006. С. 308-310.
5. Черкасов H.A. Расчет составляющих вводно-ледово-го баланса внутриконтинентальной ледниковой системы, Ал-матьк 2004. 334 с.
6. Gletschergebiet Tu juksu, Sailiski Alalau. M 1:10 000. Institut fur Kartographie T. H. Dresden. - VEB I Iermarm Haack, 1961.
7. Ed er К., Geiss N.. Renisch H., Kokarev A., Uvarov V. Surveying and mapping of the Tuyuksu Glacier Region, Kazakhstan, 1:10,000. - lUGG(CCS) » UNHP - UNESCO. Fluctuations of Glaciers 1995 2000. V. VIII. World Glacier Monitoring Service. Zurich. 2005. P. 72-73.
