ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2013, том 40, № 2, с. 130-139
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 528.8:551.343(571.56)
МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПЛОЩАДЕЙ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ОЗЕР НА ТЕРРИТОРИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ1
© 2013 г. Т. В. Тарасенко
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы E-mail: manunya_geo@mail.ru Поступила в редакцию 29.03.2011 г.
Изучению термокарстовых озер с точки зрения реакции криолитозоны на глобальное потепление климата в настоящее время уделяется много внимания. Однако другим факторам, влияющим на изменение площадей озер, в частности атмосферным осадкам, внимание практически не уделяется, хотя для многих водных объектов они являются одним из основных источников питания. В связи с этим на территории Центральной Якутии были проанализированы межгодовые изменения площадей озер в зависимости от осадков. Исследование было основано на анализе разновременных космических снимков. В результате установлено, что осадки накладывают существенный отпечаток на изменения площадей термокарстовых озер, прослеживается прямая взаимосвязь между колебаниями площадей озер и осадков, не оказывают влияния лишь отдельные единичные многоводные или маловодные годы. Проанализированы также изменения площадей озер в течение летнего сезона, которые важны при выборе снимков для изучения межгодовых изменений. В результате установлено уменьшение площадей термокарстовых озер от июня к августу, что свидетельствует о необходимости использования снимков за близкие даты, полученные в конце летнего периода.
Ключевые слова: термокарстовые озера, колебание осадков, изменение площадей озер, космические снимки
Б01: 10.7868/80321059613010100
В настоящее время достаточно большое внимание уделяется изучению термокарстовых озер с точки зрения реакции криолитозоны на глобальное потепление климата, определяется изменение их площадей по космическим снимкам [3, 4, 8, 9]. Однако, для того чтобы учесть влияние потепления климата, возникает необходимость рассмотрения других факторов, сказывающихся на изменении площадей озер, таких как влияние эрозионной деятельности рек, неотектонических процессов, а также атмосферных осадков в период, предшествующий космической съемке [4, 5]. Также отмечается важность сезона съемки при подборе космических снимков. Но всем перечисленным факторам чаще всего уделяется мало внимания, а в некоторых исследованиях они не рассматриваются вообще [3, 4, 8]. В связи с этим основная цель настоящего исследования — анализ изменений площадей озер в зависимости от атмосферных осадков и времени съемки в течение лет-
1 Работа выполнена по программам НШ (проект 3405.2010.5), НОЦ (проект 1470.11.0200), РФФИ (проект 10-05-00267).
него сезона. Для большинства водных объектов атмосферные осадки — один из основных источников питания, именно поэтому им уделяется особое внимание.
Исследование выполнено на территории Центральной Якутии, где при изучении изменений площадей озер в период потепления климата обнаружено значительное их увеличение с 1976 по 2000 г. [4]. Причины такого увеличения не ясны, поэтому атмосферные осадки в настоящем исследовании рассматриваются в качестве возможной причины зафиксированных изменений.
Обзор литературы показал, что изучением динамики площадей аласных озер Центральной Якутии некоторые ученые занимались еще в середине XX в. [2, 6, 7]. Естественная периодичность в водном режиме озер, подмеченная местным населением, привлекала внимание исследователей, которые указывали на ее зависимость от атмосферных осадков и температуры воздуха.
А. Г. Немчинов [6] проанализировал зависимость внутривековых колебаний уровня озер
Центральной Якутии от атмосферных осадков и температуры воздуха за период с 1888 по 1954 г. Для определения водного режима озер в прошлом был использован опросный метод. Из-за отсутствия сведений по многим озерам в исследовании были рассмотрены лишь отдельные озера. Была установлена периодичность водного режима озер Центральной Якутии, обусловленная внутриве-ковыми колебаниями климата.
Независимо от А.Г Немчинова, в 1961 г. П.А. Соловьевым [7] были получены такие же результаты, при этом им были уточнены климатические факторы, определяющие водный режим озер, продолжительность цикла изменений их водообиль-ности. Им был проанализирован период с 1890 по 1952 г. Для определения состояния уровня озер П.А. Соловьев использовал сведения предшествующих авторов, топографические карты и аэрофотоснимки, а также личные наблюдения над уровнями озер Абалах и Чурапча в 1947, 1948 и 1952 гг.
Таким образом, А.Г. Немчинов и П.А. Соловьев независимо друг от друга установили и подтвердили связь периодичности водного режима озер Центральной Якутии с внутривековыми колебаниями климата, т.е. с изменениями климатических характеристик, среди которых наиболее важны атмосферные осадки (особенно зимние) и температура воздуха в летние месяцы. Помимо этого, оба автора указывают на необходимость учета местных условий, которые могут повлиять на изменение водного режима нескольких озер или отдельного озера.
Продолжил исследования предшественников Н.П. Босиков [2]. Им был рассмотрен временной интервал с 1891 по 1990 г.; проведены полевые маршрутные исследования и опросы старожилов, а также использованы данные непрерывных наблюдений на гидрологических постах за уровнем воды на озерах Тюнгюлю и Чурапча с 1966 г. Им была подтверждена зависимость колебания уровня аласных озер от распределения осадков по сезонам.
При сравнении результатов трех представленных исследований выявляется существенная аналогия в выделенных многолетних фазах колебания площадей озер (таблица). Авторы этих исследований отмечают зависимость колебания площадей озер от атмосферных осадков и температуры воздуха [2, 6, 7]. Различия наблюдаются лишь в дробности деления той или иной фазы.
На основании этого сравнения возникают вопросы: наблюдаемое увеличение площадей озер с 1976 по 2000 г. на территории Центральной Якутии [4] связано с активизацией термокарста при
Фазы колебаний площадей аласных озер Центральной Якутии, выделенные разными исследователями
Фазы коле- А.Г. Немчи- П.А. Соло- Н.П. Боси-
баний пло- нов (1958 г.), вьев (1961 г.), ков (1991 г.),
щадей озер годы годы годы
Маловодье 1888-1900 1890-1900 1891- 1901
Многоводье 1901-1918 1901-1914 1902- 1917
Маловодье 1920-1931 1915-1947 1918- 1930
Многоводье 1934-1940 1931- 1934
Маловодье 1941-1945 1935- 1950
Многоводье 1946
Маловодье 1947-1949
Многоводье 1950-... 1948-. 1951- 1973
Маловодье 1974- 1980
Многоводье 1981- 1984
Маловодье 1985- 1990
потеплении климата или с влиянием атмосферных осадков? Решение этого вопроса подразумевается в настоящем исследовании на основе анализа межгодовых изменений площадей озер с использованием космических снимков. В связи с этим дополнительно проанализированы изменения площадей озер в течение летнего сезона, которые при подборе снимков для изучения многолетней динамики площади озер имеют немаловажное значение.
МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Один из методов, позволяющих осуществлять изучение динамики площадей термокарстовых озер, — анализ космических снимков. Озера можно надежно отдешифрировать на снимках, в частности выделить их в автоматизированном режиме. Но поскольку изучение изменений площадей термокарстовых озер требует изображений в достаточно крупном масштабе (не мельче 1 : 200000), то выявление этих изменений для всей территории распространения термокарстовых озер — слишком большая и трудоемкая работа. Поэтому она проводится на эталонных участках. Для реализации поставленной задачи в пределах Центральной Якутии было выбрано два эталонных участка: 1 - "Вилюй" и 2 -"Лена" (рис. 1).
В качестве основных материалов для изучения изменений площадей термокарстовых озер использованы снимки со спутника Landsat. Этот выбор определила возможность поиска и свободного получения их через Интернет.
Пространственное и спектральное разрешение указанных снимков позволяет решать постав-
64°
62°
120°
124° 128°
132°
Рис. 1. Расположение эталонных участков 1 и 2. Здесь и на рис. с 2 по 5 а—ж — фрагменты исследования.
ленную задачу. Разрешение снимков, полученных сканирующими системами ТМ, ЕТМ+ со спутника Landsat, составляет 30 м, что достаточно для выделения термокарстовых озер, — размеры меньших из них обычно составляют от нескольких десятков до сотен метров.
Важная особенность используемых космических снимков — наличие канала в ближней инфракрасной зоне, обеспечивающего надежное выделение водных поверхностей по яркостным признакам.
При рассмотрении изменений площадей озер важно учитывать влияние водной растительности, которая может появляться на мелких участках озер [5]. В начале лета, в июне, озера свободны от растительности, а в августе они частично зарастают осокой, которая осенью отмирает и в начале следующего года вновь не видна. Сравнение пары таких снимков за разные годы может привести к неправильным выводам об изменении площади озер.
Другая трудность при выделении озер — наличие на них льда и теней от облаков, которые при автоматизированном дешифрировании могут быть источником ошибок. Поэтому желательно использовать летние снимки без облачности. Помимо этого, на снимке важен учет гарей после пожаров. Как правило, в ближней инфракрасной зоне гари и водные объекты изображены одина-
ково — черным тоном, поэтому при автоматизированном дешифрировании в класс водных объектов попадают и гари.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Для дешифрирования водных объектов лучше всего подходит комбинация из ближнего (4) и среднего (5) инфракрасных каналов и красного (3) видимого канала — RGB 453. Эта комбинация, наряду с использованием ближнего инфракрасного канала отдельно, позволяет четко различить границу между водой и сушей. Водные объекты изображаются здесь оттенками синего цвета. Иногда такой синтез позволяет выделить водные объекты и влажные территории лучше, чем при использовании ближнего инфракрасного канала отдельно.
Однако при наличии гарей комбинацию каналов RGB 453 желательно не использовать либо деши
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.