Лёд и Снег • 2013 • № 1 (727)
УДК 551.324
Реакция ледников Центрального Кавказа в 2001-2010 гг. на изменения температуры и
количества осадков
© 2013 г. Г.А. Носенко1, Т.Е. Хромова1, О.В. Рототаева1, М.В. Шахгеданова2
1Институт географии РАН, Москва; 2Университет г. Рединг, Великобритания
gnosenko@gmail.com
Статья принята к печати 7 августа 2012 г.
Баланс массы, космические снимки, сокращение площади ледников, Центральный Кавказ.
Central Caucasus, mass balance, shrinkage of glaciers, space images.
Оценено изменение размеров ледников Центрального Кавказа с 2001 по 2010 г. Для количественной оценки сокращения площади ледников Центрального Кавказа в бассейнах рек Баксан и Ингури за этот период использованы материалы повторной космической съёмки. В среднем эта величина составила 5%. По сравнению с предыдущим периодом наблюдений (1987-2001 гг.) средняя скорость отступания языков ледников увеличилась. Причины сокращения площади ледников анализировались на основе данных непрерывного многолетнего ряда балансовых наблюдений на леднике Гарабаши (Эльбрус), а также материалов наблюдений за изменениями температуры и количества осадков на метеостанции Терскол. Сокращение размеров оледенения хорошо коррелирует с ростом летних температур в высокогорье Кавказа, несмотря на увеличение количества зимних осадков.
Введение
В последние десятилетия наблюдаются рост изменчивости основных климатических параметров (температуры воздуха и количества осадков) и ускорение таяния ледников во многих горных районах мира. Такие выводы делаются на основе результатов продолжающихся наблюдений на отдельных репрезентативных ледниках или количественных оценок по некоторым горным системам в целом, выполненных путём сравнения исторических материалов (карты, аэрофотоснимки, данные каталогов), и данных, полученных с помощью современных дистанционных методов [1, 11, 12]. Как правило, в таких работах рассматриваются изменения, которые произошли за несколько десятилетий [3, 8, 12], т.е. они охватывают большой временной интервал, однако информация об эволюции ледников внутри этого периода не всегда доступна. Однако динамичность современной ситуации предполагает и более высокую детальность исследований нивально-гляциальных процессов во времени. Авторы настоящей работы попытались оценить изменения, произошедшие с ледниками Центрального Кавказа за сравнительно короткий период 2001—2010 гг., и проанализировать их в контексте современных колебаний климатических показателей в высокогорной зоне. Выбранный временной интервал особенно интересен, так как он характеризуется интенсивным таянием ледников и активизацией стихийных процессов в высокогорье Кавказа, т.е. увеличением числа и мощности снежных лавин, а также воз-
никновением ряда крупных гляциальных селей, в число которых вошла и Кармадонская катастрофа 2002 г. [4, 9].
Для решения этой задачи использованы материалы съёмки из космоса с помощью аппаратуры ASTER, выполняемой в рамках проекта GLIMS с 2000 г. по настоящее время. Они обеспечили однородность разновременных условий получения данных о состоянии ледников и их сопоставимость, а наличие в высокогорной зоне действующей метеостанции Терскол позволило выполнить сравнительный анализ изменчивости основных метеопараметров за исследуемый период.
Район исследований, используемые данные и методы обработки
Основное условие при выборе района исследований — наличие материалов повторной съёмки в конце периода абляции 2001 и 2010 гг. Такому требованию удовлетворял участок Главного Кавказского хребта между 43,05—43,35° с.ш. и 42,34—42,83° в.д., где расположены ледники верховьев бассейнов рек Баксан и Ингури, в том числе и ледники юго-восточного склона Эльбруса (рис. 1). Согласно данным Каталога ледников СССР [2], на исследуемой территории находился 181 ледник, площади которых превышали 0,1 км2. Такие ледники по форме и размерам типичны для Центрального Кавказа. К ним относятся также ледники Гарабаши и Джанкуат, на которых ведутся ежегодные наблюдения за динамикой границ и балансом массы.
Рис. 1. Район исследований в зоне перекрытия снимков ASTER 2001 и 2010 гг. Fig. 1. Study area in frame ASTER images 2001 and 2010
В качестве исходной информации использованы два снимка ASTER 2001 и 2010 гг.; выборка из аэрофотоснимков 1987 г. для 28 ледников, данные Каталога ледников СССР по бассейнам рек Баксан и Ингури, результаты GPS-съёмки контрольных участков исследуемой территории, материалы многолетних балансовых наблюдений на леднике Гарабаши и данные наблюдений за температурой воздуха и количеством выпавших осадков на метеостанции Терскол.
Снимки ASTER (29 сентября 2010 и 15 сентября 2001 гг.) использовались для дешифрирования границ ледников. Снимки сделаны в конце периода абляции, до начала выпадения нового снега, поэтому погрешности дешифрирования, обусловленные влиянием этого фактора, можно считать равными нулю. Снимки прошли предварительную обработку в архиве NASA LP DAAC (Land Processes Distributed Active Archive Center), где они были орторектифицированы в картографической проекции UTM WGS 84 с использованием программного обеспечения PCI OrthoEngine [6]. Проверка точности совмещения разновременных снимков ASTER выполнена с использованием сети из 12 наземных контрольных точек (GCP), координаты которых предварительно определяли с помощью GPS-съёмки. Величина среднеквадратичной ошибки (RMSEXJ;) находилась в пределах разрешения снимка и не превышала 8,1 м. Вклад этой ошибки в подсчёт площадей ледников
оценивался путём построения буферной зоны вдоль границ ледников. Ширина зоны составляла половину максимальной величины RMSExy Полученная величина ошибки зависела от размеров ледника и лежала в диапазоне 2—0,5% для ледников площадью 0,5—9,8 км2 соответственно. С учётом распределения исследуемых ледников по размерам ошибка составила ±1,2%.
Векторизация границ ледников по состоянию на два срока выполнялась вручную с использованием программы GLIMSView по синтезированным из трёх каналов изображениям ASTER (0,52-0,6, 0,63-0,69 и 0,78-0,86 нм) для территории, попадающей в область их перекрытия. Если дешифрирование границ ледников осложняли тени от горного обрамления, то применялась функция выравнивания контраста программы ENVI 3.5. При определении положений ледораз-делов (особенно для ледников Эльбруса) использовалась цифровая модель рельефа (ASTER DEM). При оцифровке положений границ ледников погрешность, обусловленная субъективным фактором, принята равной ±1,1%, исходя из опыта предыдущих работ [3, 12].
Моренный покров на поверхности ледников — распространённое явление для Центрального Кавказа. На отдельных ледниках его площадь составляет от 3 до 25% и может служить причиной ошибок, возникающих при определении положения их границ. Для количественной
оценки погрешности, обусловленной наличием моренного покрова, мы использовали данные GPS-съёмки на десяти ледниках, расположенных на склонах Эльбруса и в прилегающих к Главному Кавказскому хребту долинах бассейна р. Баксан. Измерения выполнены вдоль границ языков ледников во время балансовых наблюдений (вторая половина сентября 2010 г.) в конце периода абляции и по срокам практически совпадали со съёмкой ASTER 2010 г. Сравнение результатов дешифрирования границ ледников по снимку ASTER и данных наземных измерений показало, что наличие моренного покрова на языках вносит дополнительно ±0,3% в погрешность оценки изменений площадей ледников. С учётом погрешности от совмещения снимков ASTER итоговая среднеквадратичная погрешность при подсчёте площадей составила ±1,6%.
Материалы аэрофотосъёмки 25—26 сентября 1987 г. использованы для оценки скорости отступания фронтальных частей ледников в предыдущий период (1987—2001 гг.). Этот показатель — более чувствительный индикатор изменения внешних условий на таком относительно коротком временном интервале, как десятилетие. Была сделана выборка из 28 долинных ледников, расположенных на северном и южном склонах Главного Кавказского хребта, а также на юго-восточном склоне Эльбруса. В неё вошли в основном долинные и сложные долинные ледники протяжённостью от 2 до 12 км. Фрагменты аэрофотоснимков, которые содержат изображения языков ледников, интерактивно трансформированы c использованием наземных контрольных точек, опознаваемых на снимках ASTER 2001 г., и программного обеспечения ERDAS 8.7 (RMSExy = 6,5 м). Величина отступания языка ледника определялась по результатам измерений этого параметра в нескольких точках линии фронта вдоль линий тока. Для сравнения использовалось среднее значение.
При анализе изменений климатических условий использовались ряды среднемесячных температур и осадков с 1951 по 2010 г. по метеостанции Терскол (43,26° с.ш.; 42,51° в.д.; высота 2141 м), расположенной близко от объектов исследований.
Результаты и обсуждение
Общее число ледников, оцифрованных по снимкам 2001 и 2010 гг. и использовавшихся для сравнения, составило 181, в том числе 103 — на северном склоне Главного Кавказского хребта, 71 — на южном склоне и семь ледников на юго-восточном склоне Эльбруса. Суммарная площадь этих ледников в 2001 г. составляла 221,05 км2. К 2010 г. она уменьшилась на 10,29 км2, или на
4,65%. При этом ледники южного склона хребта (в бассейне р. Ингури) сократились на 5,6%, а северного — на 4,6%. Наименьшие потери площади произошли у ледников Эльбруса, относящихся к бассейну р. Баксан: её суммарная величина составила 2,8%. Возможная причина меньшего сокращения площади этих ледников обусловлена тем, что ледники Эльбруса отличаются от ледников Главного Кавказского хребта большими высотой и протяжённостью области аккумуляции, открытой навстречу влагонесущим потокам юго-западных циклонов. Средняя высота ледников Эльбруса, вошедших в выборку, — 3980 м, в то время как у ледников северного и южного склонов Главного Кавказского хребта — 3130 и 2810 м соответственно. Этот фактор, по-видимому, влияет на увеличение таяния поверхности и скорость сокращения размеров ледников на южном склоне хребта, несмотря на то, что количество осадков здесь больше.
Восемь ледников сократились более
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.