научная статья по теме АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТОВ ТУНДРОВОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ НА ОСНОВЕ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТОВ ТУНДРОВОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ НА ОСНОВЕ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2015, № 3, с. 4-14

СОСТОЯНИЕ ЭКОСИСТЕМ В СУБАРКТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЛАНДШАФТОВ ТУНДРОВОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ НА ОСНОВЕ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ

© 2015 г. Л. Л. Голубятников1, *, Е. А. Заров2, В. С. Казанцев1, И. В. Филиппов2, Г. О. Гаврилов3

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва 2Югорский государственный университет, Ханты-Мансийск 3Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова *E-mail: golub@ifaran.ru Поступила в редакцию 19.05.2014 г.

Исследована структура ландшафтов типичной и южной тундровых подзон Западной Сибири по космическим снимкам со спутников Landsat и WorldView. На основе спутниковой информации и учета данных полевых исследований выделены типы микроландшафтов для рассматриваемых регионов и определены их площади. Определены площади основных болотных ландшафтов в различных типах болот севера Западной Сибири.

Ключевые слова: тундровая зона, Западная Сибирь, элементы ландшафта, космические снимки DOI: 10.7868/S0205961415030057

ВВЕДЕНИЕ

Одним из источников информации о состоянии наземных экосистем являются данные дистанционного зондирования Земли. Космический мониторинг территории позволяет исследовать экосистемы в районах, в которых проведение широкомасштабных полевых работ связано с большими сложностями или невозможно. Тундровая зона Арктики относится к малодоступным для наземных исследований регионам. Данные, получаемые с искусственных спутников Земли, позволяют анализировать состояние наземных экосистем этого региона (Елсаков, 2013; Корниенко, Якубсон, 2011; Raynolds et al., 2008), изучать динамику его растительного покрова (Туту-балина, 2006; Варламова, Соловьев, 2012; Olthof, Pouliot, 2010), исследовать криогенные изменения рельефа (Брыксина, Кирпотин, 2012; Кравцова, Быстрова, 2009; Riordan et al., 2006), осуществлять мониторинг температурно-влажност-ных характеристик атмосферы и подстилающей поверхности (Покровский, 2007; Голубятников, Денисенко, 2006; Поляков и др., 2009).

Современное глобальное изменение климата наиболее ощутимо проявляется в арктических и умеренных широтах (Bindoff et al., 2013). С конца 1980-х годов скорость повышения среднегодовой температуры воздуха в северных регионах Евразии составляет 0.4—0.5°С/10 лет (Методы..., 2012). За последние три десятилетия среднегодовая температура воздуха на севере России повы-

силась на 0.8—1.3°С, причем тренд повышения температуры воздуха в этом регионе за длительный холодный период в 1.2—1.5 раза больше, чем за короткий теплый (Павлов, 2008). В дальнейшем, согласно оценкам, полученным с помощью моделей общей циркуляции атмосферы и океана, существенные климатические изменения, в первую очередь повышение температуры воздуха и увеличение количества осадков, ожидаются также в арктических регионах (СоШп2 й а1., 2013).

Запас углерода в органическом веществе почв высоких широт Северного полушария оценивается в 1400-1850 Гт (МеОшге й а1., 2009). Потепление климата в этом регионе приведет к ускорению деградационных процессов в многолетне-мерзлых грунтах региона и окажет существенное влияние на интенсивность обменных потоков углерода между атмосферой и тундровыми экосистемами. В частности, в результате увеличения глубины сезонного оттаивания арктических почв в активный биохимический круговорот будет включен углерод, законсервированный на данный момент в верхних слоях мерзлой толщи почв. В результате ожидаемого потепления климата в Арктике может существенно увеличится поступление углекислого газа и метана в атмосферу из экосистем этого региона.

Эмиссия парниковых газов из болотных экосистем северного региона существенным образом зависит от совокупности микроландшафтов, образующих каждую экосистему. Обобщения экс-

70° л

80° 1-

80° Е _1_

Рис. 1. Ботанико-географическая зональность тундр Западной Сибири и месторасположение ключевых участков полевых наблюдений. Подзоны тундры: I — арктическая тундра; II — типичная тундра; III — южная тундра. Участки наблюдений отмечены звездочками.

периментальных оценок эмиссии метана и углекислого газа из тундровых экосистем высоких широт Северного полушария (Казанцев, 2013; Наумов 2009; Карелин, Замолодчиков, 2008) указывают на существенное отличие интенсивно-стей потоков этих газов из разных микроландшафтов рассматриваемых экосистем в атмосферу (например, эмиссия метана из мерзлых бугров и болотных топей может отличаться на порядок). Для корректного определения региональной эмиссии парниковых газов из северных экосистем по точечным экспериментальным данным требуется знание не только площади различных типов болот и суходолов изучаемой территории, но и соотношения площадей слагающих их микроландшафтов.

В настоящей работе проанализирована ландшафтная структура тундровых экосистем Западной Сибири на основе материалов спектрозо-нальных спутниковых съемок и данных полевых исследований.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Согласно ботанико-географической зональности Западной Сибири (Лисс и др., 2001), тунд-

ровая зона этого региона подразделяется на арктическую, типичную и южную подзоны (рис. 1). Для рассматриваемой территории характерен холодный гумидный климат: среднегодовые температуры воздуха отрицательные, количество годовых осадков около 300 мм (табл. 1). Тундровые экосистемы занимают более 340 тыс. км2 территории Западной Сибири. Для этого региона характерна равнинная местность с полигональными и плоскобугристыми болотами (табл. 2). Рельеф болот представляет собой сочетание повышений, образованных торфяными буграми и валиками, мерзлыми буграми пучения, кочками, и понижений, называемых мочажинами, различающихся степенью обводненности и составом растительности. В понижениях встречаются небольшие по площади внутриболотные озерки. Озера тундровой зоны подразделяются по типу происхождения на термокарстовые, пойменные и ледниковые. В котловинах спущенных термокарстовых озер, называемых хасыреями, встречаются заболоченные участки, формирующиеся бугры пучения и мелкие озерки.

Согласно оцифрованной типологической карте болот (Романова и др., 1977), значительная территория (около 58%) тундровой зоны рассматри-

Таблица 1. Основные территориально-климатические характеристики тундровых подзон Западной Сибири: Т — среднесуточная приповерхностная температура; Р — осадки; Т>0 — сумма положительных среднесуточных приповерхностных температур; — длина периода со среднесуточной приповерхностной температурой не менее +5°С; — площадь

Тундровая подзона T, °С P, мм/год T>0, °С veg, сут S, тыс. км2

год январь июль

Арктическая тундра -10.9 -24.8 5.1 (август) 310 398 67 57.5

Типичная тундра -8.7 -24.3 9.8 288 827 96 110.0

Южная тундра -8.2 -24.2 10.9 330 935 100 176.0

Примечание. Основные климатические характеристики определены на основе данных метеорологических станций им. Попова и Диксон (арктическая тундра), Антипаюпа и Марресаля (типичная тундра), мыс Каменный и Новый Порт (южная тундра) за период с 1980 по 2005 гг. (Сайт ВНИИГМИ).

ваемого региона слабо заболочена — переувлажненные экосистемы занимают на ней менее 10% площади. Около 23% северной территории Западной Сибири заболочено от 10 до 50%. На незначительной части (менее 9%) территории западно-сибирской тундры болотные ландшафты занимают более 80% площади (рис. 2). Наиболее заболоченные территории расположены на северо-востоке п-ова Ямал, в центральной части Тазовского п-ова и на севере Гыданского п-ова.

Для анализа структуры ландшафтов региона были выбраны два ключевых участка, расположенных в типичной и южной тундрах Ямало-Ненецкого автономного округа (рис. 1). На этих участках представлены микроландшафты, характерные соответствующим тундровым подзонам: мерзлые бугры пучения, торфяные бугры и валики, мочажины разных типов, внутриболотные озерки, озера, суходолы. На территориях этих участков летом

Таблица 2. Относительные площади типов болот тундровой зоны Западной Сибири

Тип болота согласно

Площадь болот (% площади тундровой подзоны)

(Романова и др., 1977) арктическая тундра типичная тундра южная тундра

Тип 1 21.2 9.6 8.0

Тип 2 7.0 9.4 2.7

Тип 3 0.2 0.5 5.4

Тип 4 0.0 0.0 0.1

Тип 5 0.0 0.0 0.7

Примечание. Тип 1 — полигонально-валиковые и полигонально-трещиноватые; тип 2 — полигональные в сочетании с травяными и травяномоховыми; тип 3 — плоскобугристо-мо-чажинные и плоскобугристо-мочажинноозерковые; тип 4 — плоскобугристые в сочетании с крупнобугристыми; тип 5 — кустарничковые мелкокочковатые.

2013 г. проводились полевые исследования, во время которых фиксировались метеорологические параметры и интенсивности потоков метана в атмосферу с различных тундровых микроландшафтов, изучался растительный и почвенный покровы, были определены местоположения основных микроландшафтов.

Согласно типологической карте болот (Романова и др., 1977), на ключевом участке в типичной тундре распространены полигонально-валико-вые и полигонально-трещиноватые болота. Болота ключевого участка южной тундры представлены кустарничковыми мелкокочковатыми плоскобугристыми болотами, небольшие торфяные бугры которых разделены неглубокими топями. Распространенные на ключевых участках хасы-реи частично заболочены.

Озера на ключевых участках представляют собой типичные для северной части Западной Сибири мелкие (2—3.5 м глубиной) и небольшие по площади (4 х 103—2 х 106 м2) водоемы с пологими, местами заболоченными берегами.

В данной работе использованы спутниковые изображения с космических аппаратов Landsat 5, Landsat 8 и WorldView-2. При анализе использовались снимки со спутников среднего разрешения Landsat 5 и Landsat 8 в синем (450—515 нм), зеленом (525—605 нм), красном (630—690 нм), ближнем (750—900 нм) и среднем (1360—2350 нм) инфракрасных (ИК) диапазонах спектра. Пространственное разрешение используемых спектральных каналов съемки составляет 30 м на пиксел, радиометрическое разрешение — 8 бит. Снимки этих космических аппаратов охватывают территорию 36.2 тыс. км2. Используемые данные имеют уровень обработки, который включает радиометрическую коррекцию, привязку по орбитальным параметрам, приведение в ста

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Космические исследования»