УДК 504.47
Использование исторических данных и современных космических изображений для оценки изменений размеров ледников на Алтае
© 2010 г. Г.А. Носенко1, Т.Е. Хромова1, А.Я. Муравьев1, Ю.К. Нарожный2, М.В. Шахгеданова3
1Институт географии РАН, Москва; 2Томский государственный университет; ^Университет г. Рединг, Великобритания
gnosenko@mail.ru
Статья принята к печати 20 марта 2009 г.
Горный ледник, каталог ледников, космическая съёмка, сокращение ледников. Glacier inventory, glacier recession, mountain glacier, space survey.
Представлены результаты оценки изменения площадей ледников, расположенных на Южно-Чуйском и Северо-Чуйских хребтах Горного Алтая, с 1952 по 2004 гг. Показана возможность использования для этой цели данных Каталога ледников СССР и современных космических снимков ASTER и МКС. Полученные результаты свидетельствуют, что ледники Алтая в этот период продолжали сокращаться.
Область исследований
Горный Алтай представляет собой самую высокую часть Алтае-Саянской горной системы. Основная особенность рельефа — сочетание обширных поверхностей выравнивания с высокогорным рельефом альпийского типа. В центральной его части горные хребты и массивы поднимаются до 3000—4000 м. Здесь отмечаются многочисленные и разнообразные формы современного оледенения. Для Центрального Алтая характерно оледенение альпийского типа с преобладанием долинных и карово-долинных ледников с обширными крутопадающими фирновыми бассейнами и менее крутыми ледниковыми языками, расположенными на днищах древних цирков и трогов. Ледники по территории распределяются неравномерно, группируясь вокруг наиболее высоких горных вершин и массивов [1].
Климат Алтая определяется тремя основными факторами: положением в умеренных широтах Северного полушария (49—52° с.ш.); господством западного переноса воздушных масс с Атлантики; влиянием в зимнее время мощного азиатского антициклона с малооблачной морозной погодой. Количество осадков уменьшается с запада на восток, а высота границы питания ледников возрастает с 2200 до 3200 м. Соответственно аккумуляция на высоте границы питания ледников уменьшается с 400 до 100 г/см2 [3]. Об изменениях климатических показателей последних десятилетий можно судить по данным трёх метеостанций — Аккем (2050 м), Кара-Тюрек (2600 м) и Актру (2025 м), расположенных в непосредственной близости от ледниковой зоны.
По данным Каталога ледников СССР, на Алтае установлено около 1500 ледников общей площадью
910 км2 [2]. В данной работе область исследований была ограничена ледниками Северо-Чуйского и Южно-Чуйского хребтов, обеспеченных современными космическими снимками ASTER и МКС.
История исследований
Начало описания ледников Алтая датируется первой половиной XIX в. Систематическое изучение ледников начато В. В. Сапожниковым на рубеже XIX и XX вв. и продолжено во время экспедиций братьев Троновых, первая из которых была организована в 1912 г. В 1925 г. Б.В. Троновым был составлен первый каталог ледников Алтая [5], в котором систематизированы данные о 408 ледниках общей площадью 590 км2. М.В. Тронов продолжил исследования и описал уже 724 ледника площадью 600 км2. В периоды Международного геофизического года (1957-1959 гг.) и Международного гидрологического десятилетия (1965-1974 гг.) основное внимание уделялось стационарным исследованиям на опорных ледниках. Тогда были организованы постоянно действующие научные станции в бассейнах рек Актру, Мульты и Аккема. В настоящее время периодические наблюдения проводятся только на станции Актру. В 1974-1978 гг. была проведена каталогизация ледников Алтая. Изучению регионального оледенения способствовало и создание Атласа снежно-ледовых ресурсов мира [1], в котором был отражён огромный фактический материал по ледникам Алтая. В результате появилась возможность начать изучение внутренних и внешних взаимосвязей с окружающей средой не отдельно взятых ледников, а ледниковой системы в целом [3]. Активные исследования ледников Алтая, в том числе и стационарные наблюдения, продолжались
и после 1980 г. С появлением космических снимков существенно расширились возможности изучения ледниковой системы Алтая. В конце 1990-х годов оценены изменения ледников с 1950-х годов [4].
Начиная с 2000 г. в рамках международного проекта Global Land Ice Measurements from Space (GLIMS) проводятся систематические работы по дешифрированию космических снимков ASTER и Landsat для формирования глобального покрытия с контурами ледников. Для этого создана система региональных центров, ответственных за анализ снимков в разных ледниковых районах Земли. Такой центр существует в Институте географии РАН, зона ответственности которого — территория бывшего СССР, в том числе Алтая.
Исходные данные
В работе использовались космические изображения ASTER («Terra»), полученные 10 сентября 2004 г., и снимки с борта Международной космической станции (MKS) от 9 сентября 2006 г. При обработке снимков применялись материалы наземного обследования ледников и данные GPS-съёмки, полученные в августе 2007 г. В качестве исторических (фондовых) данных использованы материалы Каталога ледников СССР, топографические карты 1957 г. издания в масштабе 1 : 50 000 и аэрофотоснимки от 18 сентября 1952 г.
Метод
Для определения современного положения границ языков ледников базовой основой служили орторектифицированные снимки ASTER, зарегистрированные в проекции UTM WGS 84 (рис. 1). Снимки обрабатывались с помощью программного обеспечение ERDAS IMAGINE 8.7. и ENVI 3.5. Дополнительно использовались данные GPS-съёмки, полученные во время экспедиционных работ в 2007 г. Среднеквадратическая ошибка (RMS) была меньше элемента разрешения снимка ASTER ( < 15 м). Оцифровка границ ледников велась вручную. Дополнительные источники информации при определении положений границ ледников — результаты наземных наблюдений 2007 г. и космические снимки MKS (9 сентября 2006 г.). Эти изображения геометрически некорректны, но пространственное разрешение их более высокое, чем у ASTER, — 5 м. Естественная цветопередача и перспективность изображения (съёмка выполняется под углом к земной поверхности) облегчают процесс дешифрирования.
При проведении границ конкретных ледников необходимо оценить величину погрешности, вызванной причинами как объективного, так и
Рис. 1. Снимки ASTER (10 сентября 2004 г.), зарегистрированные в проекции UTM WGS 84, и результаты дешифрирования границ ледников
Fig. 1. ASTER images (10.09.2004), registered in projection UTM WGS 84, and results of definition of glaciers outline
субъективного характера. К объективным можно отнести составляющую, которая обусловлена техническими характеристиками съёмочной аппаратуры и технологией обработки снимков. Они поддаются оценке, и для снимков ASTER, после трансформирования в картографическую проекцию, составляют около 20 м в плане. К субъективным относятся расхождения, возникающие в результате неоднозначной трактовки их положения оператором. Величина этой составляющей может быть установлена с помощью метода экспертной оценки, но в данной работе она не проводилась.
Вместе с тем с целью её минимизации была составлена выборка из 16 ледников, расположенных в пределах исследуемой территории. Главный критерий при выборе ледников — условие уверенного дешифрирования их границ на снимках ASTER с учётом светотеневой обстановки, присутствия облачности, наличия сезонного снега и моренного покрова на поверхности ледника. Эта выборка использовалась для сравнения полученных результатов реакции ледников данного региона на измене-
ния климата во второй половине ХХ в. В основном это ледники долинного типа, определение площади которых было выполнено ранее Ю.К. Нарожным с использованием АФС 1952 г. и наземных измерений [4]. Для этих же ледников имеются оценки площади по снимкам Landsat 1998 г., выполненные в Томском государственном университете.
Результаты
Корректное трансформирование материалов АФС в условиях высокой степени расчленённости рельефа до настоящего времени остаётся проблематичным. Поэтому в своё время (при составлении Каталога ледников СССР) технология использования аэрофотоснимков Алтая 1952 г. заключалась в переносе границ ледников на топографические карты масштаба 1 : 25 000 и подсчёте отредактированных площадей. Эта процедура выполнялась вручную, но, несмотря на это, благодаря высокому разрешению АФС и крупномасштабной картографической топографической основе, обеспечивалась удовлетворительная точность определения геометрических характеристик ледников. Тем не менее вопрос о возможности использования данных Каталога для оценки изменений, происходящих в настоящее время, требует дополнительных исследований в каждом конкретном случае.
Результаты подсчёта современных площадей и изменения, произошедшие с 1952 г. для выборки из
16 ледников, показаны в табл. 1. Там же, для сравнения, даны характеристики этих ледников из Каталога и результаты аналогичных исследований, выполненных В. Айзиным на примере ледников бассейна Актру в 2006 г. (цифры в скобках) [6]. Определённые трудности возникли при использовании аэрофотоснимков 1952 г., поскольку корректное трансформирование всего аэрофотоснимка было практически невозможно из-за технических характеристик изображения и высокой степени расчленённости рельефа. Поэтому, исходя из предпосылки, что основные изменения происходят ниже границы питания, использовались только фрагменты изображения языков исследуемых ледников с прилегающими участками долины (рис. 2). Это обеспечило допустимую величину погрешности при трансформировании и позволило избежать расхождений, которые могли бы возникнуть из-за различий в подходах при определении положений границ ледников в области питания.
В ы б р а н н ы е ф р а г м е н т ы а э р о ф о т о с н и м ко в трансформировались в орторектифицированные изображения ASTER. Средний размер фрагментов — 5 х 5 км. Опорными точками для трансформирования служили характерные элементы гидрографии и рельефа на уровне поверхности языка ледника. Трансформированные фрагменты сравнивались, а затем измерялись перемещения линии фронта и изменение пл
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.