Лёд и Снег • 2012 • № 1 (117)
Ледники и ледниковые покровы
УДК 551.324.63
Изменение площади и объёма ледников хр. Терскей Ала-Тоо во второй половине XX в.
© 2012 г. С.С. Кутузов
Институт географии РАН, Москва s.kutuzov@gmail.com
Статья принята к печати 4 мая 2011 г.
Дистанционные методы, изменение климата, ледники, Центральная Азия. Central Asia, climate change, glaciers, remote sensing.
Анализируется изменение площади и объёма ледников хр. Терскей Ала-Тоо во Внутреннем Тянь-Шане. Показано, что во второй половине XX в. эти параметры ледников непрерывно сокращались, при этом темпы деградации существенно увеличились с 1990 по 2006 г. В настоящее время объём ледников в основном изменяется в результате понижения поверхности льда. Рассмотрены также основные климатические параметры района исследования.
Введение
Темпы сокращения ледников существенно увеличиваются практически во всех районах земного шара [11, 21]. Относительно небольшие горные ледники часто более чувствительны к изменениям климата и реагируют на них быстрее, чем ледниковые покровы. Согласно выводам Межправительственной комиссии по изменениям климата, несмотря на полученные к настоящему времени результаты, каталогизация ледников и изучение особенностей динамики оледенения представляют собой, пожалуй, самые актуальные задачи современной гляциологии [13].
Тянь-Шань — один из самых обширных горных ледниковых районов мира. Здесь насчитывается около 16 тыс. ледников общей площадью 15,5 тыс. км2 [6]. Во внутренних районах Тянь-Шаня, где в днищах долин количество атмосферных осадков составляет 300—400 мм/год, большое значение имеет ледниковое питание рек. При расчёте и моделировании стока необходимы точные сведения об изменении размеров оледенения, что позволит реально оценить вклад различных составляющих в уравнения водного баланса.
В последние несколько лет сильно возросло число публикаций по изменениям оледенения в Центральной Азии. В первую очередь, это связано с недостатком пресной воды в регионе, в связи с чем требуются самые современные оценки динамики оледенения. Для Северного Тянь-Шаня такие оценки
сделаны несколькими авторами [2, 9, 12]. Так, уменьшение площади ледников Заилийского Ала-Тоо с 1950 г. до конца XX в. оценивается в 30—35% [9]. Для китайской части Тянь-Шаня величины отступания несколько ниже: за последние 37 лет они составили 13% [14, 17]. Известны оценки изменения площади оледенения и для ледников Центрального и Внутреннего Тянь-Шаня [8, 15, 17, 21]. Отметим, однако, что у разных авторов из-за использования разных методик результаты существенно отличаются. Поэтому наши знания об изменениях параметров ледников Тянь-Шаня всё ещё недостаточны.
Материалы и методы исследования
Основными объектами наших исследований были ледники, расположенные в хр. Терскей Ала-Тоо (рис. 1, 2). Для анализа изменений ледников использованы: 1) аэрофотоснимки в цифровом формате TIFF высокого разрешения, охватывающие период с 1943 по 1988 г. (1943, 1956, 1959, 1977, 1980 и 1988 гг.); 2) топографические карты масштаба 1:25 000 для восточной части хр. Терскей Ала-Тоо по состоянию на 1965 и 1977 гг.; 3) космические снимки Landsat TM 1990 г. и Landsat ETM+ 1999 г.; 4) набор снимков сенсора Aster 2003 и 2006 гг. Аэрофотоснимки и топографические карты получены автором в Институте геологии Национальной Академии наук Киргизской Республики и в Институте географии РАН, Москва. При оценке площади ледников в максимум послед-
Рис. 1. Район исследования. Контуром показаны границы рис. 2; метеостанции: 1 — Тянь-Шань; 2 — Нарын; 3 — Каракол; 4 — Балыкчи; 5 — Чолпон-Ата Fig. 1. Study area.
The red outline on the figure shows the area depicted in Fig. 2. Triangles show locations of the weather stations: 1 -Tien Shan; 2 - Naryn; 3 - Karakol; 4 -Balykchi; 5 - Cholpon-Ata
Рис. 2. Контуры исследуемых ледников по состоянию на 2003 г. по данным дешифрирования снимков ASTER.
Показано положение ледников: 1 -Григорьева; 2 - Попова; 3 - Южный Ашутор; 4 - Колпаковского Fig. 2. The outlines of the studied glaciers derived from the 2003 ASTER imagery.
The location of glaciers: 1 - Gregoriev; 2 - Popov; 3 - South Ashutor; 4 -Kolpakovsky
него ледникового периода (около 150 лет назад) дополнительно изучены опубликованные материалы о возрасте и положении моренных комплексов.
Изменение высоты поверхности и объёма ледников определялось на основе материалов цифровых моделей рельефа (ЦМР), составленных по топографическим картам 1965 и 1977 гг. и радарной топографической съёмке земной поверхности 8ЯТМ 2000 г.
Картографирование пространственных изменений ледников включало в себя следующие этапы: привязку и трансформирование аэрофото- и космических снимков; перевод всех имеющихся снимков и карт в единую систему координат; построение ЦМР; дешифрирование ледников и моренных комплексов; сравнение разновременных ЦМР и расчёт изменения объёма ледников; оценку точности измерений.
Таблица 1. Сокращение числа и площади ледников в период 1965-2003 гг. в зависимости от их размера
Класс ледников по площади, км2 Число ледников/площадь, км2 Сокращение площади, %
1965 1990 2003 1965/1990 1990/2003 1965/2003
< 1 69/22,9 66/19,8 66/18,4 13,8 7,1 19,9
1-3 28/40,3 28/37,0 28/34,4 8,1 4,3 12,0
3-5 8/27,4 8/24,6 8/24,5 6,7 4,1 10,6
5-10 4/29,4 4/27,7 4/26,6 4,7 4,0 9,5
Всего 109/120,0 106/110,1 106/104,9 8,3 4,7 12,6
Получены данные об изменении границ 109 ледников для периодов 1965—1990 и 1990—2003 гг. Для десяти ледников южного склона хр. Терскей Ала-Тоо на основе исторической информации, топографических карт, аэрофото- и космических снимков, а также результатов полевых работ собраны материалы об их изменении на протяжении последних 150 лет. Совместный анализ топографических карт 1965 г. и 8ЯТМ 2000 г. позволил рассчитать изменение поверхности льда.
Чтобы определить точность ручного дешифрирования границ ледников, выполнена повторная обрисовка нескольких ледников с площадью более 0,1 км2 на изображениях разного типа. Установлено, что погрешность определения площади отдельных ледников составляет менее 5%. Погрешность определения площади значительной выборки ледников (более 100) снижается до 3% и менее из-за компенсирования положительных и отрицательных ошибок.
Точность построенных ЦМР оценивалась на основе точности исходных данных, а также путём сравнения двух ЦМР для неледниковых поверхностей. Номинальная вертикальная точность отображения поверхности на топографических картах масштаба 1:25 000 составляет 1/3 интервала между горизонталями рельефа (порядка 3,3 м); горизонтальная точность равна 5 м. Для однородных снежных поверхностей в областях аккумуляции ледников вертикальная точность снижается из-за отсутствия контрастности на аэрофотоснимках, поэтому размер этой ошибки оценивается только приблизительно. Вертикальная точность данных 8ЯТМ, в свою очередь, часто превышает 16 м [8]. В то же время известно, что точность ЦМР, полученных на основе данных интерферометрического радара (1и8ЛК), существенно снижается в районах с сильно расчленённым рельефом. Кроме того, в отличие от топографических карт, при составлении которых используется Балтийская система высот, для данных 8ЯТМ применяется ортометрическая система высот. Для оценки точности мы сравнили данные двух моделей рельефа для 500 точек на территории, свободной ото льда и с крутизной склона от 0° до 20°, характерной для ледников. Разница между двумя моделями соста-
вила -3,5 м при величине стандартного отклонения 5 м и диапазоне изменчивости от -18,9 м до 15 м, что подтверждает отсутствие значительного расхождения между высотными системами.
База данных по климату региона включает в себя показатели 35 метеорологических станций. Для анализа климатических изменений в районе исследования выбрано пять ближайших к ледникам станций, метеорологические параметры которых отличаются высоким коэффициентом корреляции (см. рис. 1). Проанализирована временная изменчивость температуры воздуха и количества осадков с 1880-х годов.
Результаты
Изменение площади ледников. Со времени малого ледникового периода и вплоть до середины XX в. 109 ледников восточной части хр. Терскей Ала-Тоо потеряли около 9,6% общей площади, которая уменьшилась с 132,8 до 120 км2. В последующие 25 лет (с 1965 по 1990 г.) площадь оледенения этого района сократилась ещё на 8,3% (табл. 1, рис. 3). В период 1990—2003 гг. скорость сокращения ледников увеличилась: после 1990 г. общая площадь 109 ледников стала меньше на 4,7%, что составило 5,2 км2.
В 1965 г. из 109 ледников 69 имели площадь меньше 1 км2 и занимали 19% общей площади. Ввиду сокращения этих малых ледников общая площадь ледников уменьшилась на 27%. Однако вклад малых ледников в этом регионе оказался несколько меньше значений, полученных в результате исследований в Европейских Альпах, где малые ледники, занимая 18% общей площади оледенения, ответственны за 44% общего уменьшения площади между 1973 и 1999 г. [19].
С целью более детального анализа поведения ледников в условиях изменяющегося климата на протяжении последних 150 лет исследованы десять ледников южного склона хр. Терскей Ала-Тоо. Основные показатели при выборе ледников — значительный объём информации по ним, а также компактное их расположение в одних и тех же локальных климатических условиях. В результате были оценены пространственные изменения ледников на протяжении XX в. (табл. 2, рис. 4). Сравнение топо-
Рис. 3. Изменение размеров некоторых ледников восточной части хр. Терскей Ала-Тоо (фрагмент): 1 - 1965 г.; 2 - 1990 г.; 3 - 2003 г. В качестве основы использованы топографические карты, составленные на основе съёмки 1965 г. в масштабе 1:25 000. Номера ледников даны в соответствии с Каталогом ледников СССР
Fig. 3. Changes of several glaciers in eastern Terskey Ala-Too range (fragment):
1 - 1965; 2 - 1990; 3 - 2003 Glaciers are named and numbered as in the USSR Glacier Inventory
графических карт 1965 и 1977 гг. и данных 8ЯТМ 2000 г. позволило получить значения высоты нижней точки для каждого из ледников за разные периоды времени (табл. 3). Отметим,
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.