Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 3 (22) | 2002 Ледники Российской Арктики. Новые решения

    Андрей Глазовский, ведущий н.с., Институт географии РАН, Москва

    Площадь ледников на архипелагах Российской Арктики превышает 55 тысяч кв. км, в них содержится почти 15 тыс. куб. км льда. Самый крупный центр оледенения - Новая Земля, затем следуют Северная Земля и Земля Франца-Иосифа. Самый «белый» архипелаг из них - Земля Франца-Иосифа, где ледниками занято более 85% площади островов. До недавнего прошлого эти архипелаги были в прямом смысле белыми пятнами на картах - Землю Франца-Иосифа открыли в 1873 году, а Северную Землю -только в 1913 году, что было последним крупным географическим открытием в истории человечества. Было предпринято много усилий, чтобы исследовать эти удаленные и суровые места. Были составлены каталоги ледников, велись многолетние наземные работы. Цель таких исследований была в том, чтобы понять, как устроены эти неизведанные земли, каково состояние ледников, что с ними происходит сейчас и может произойти в будущем. В общем, размеры ледников Арктики зависят от того, сколько за год накапливается на них снега и сколько стаивает и откалывается с айсбергами. Таким образом, ледники служат природными указателями изменений осадков и температуры, а вопрос с айсбергами важен для судоходства и освоения шельфа.

    Последние 10 лет я изучаю эти ледники и хочу здесь рассказать о том, какие новые возможности для этого появились вместе с новыми космическими данными и ГИС-технологиями. Сейчас в Институте географии эти работы ведутся в рамках ряда проектов: европейского Amethyst, цель которого - оценить изменения ледяных берегов; международного GLIMS, направленного на мониторинг ледников по космическим изображениям Aster-Terra (рис. 1); проекта ФЦП по изучению ледников как индикатора и фактора природных изменений.


    Рис. 1.
    Изображение Aster-Terra, 4 апреля 2001 г., ледники Мака и Велькена, Новая Земля.

    Первое, что приходит на ум, это соединить данные каталога ледников с картами. Это было легко сделать, используя возможности ArcView. Общая картина распределения ледников на архипелагах показана на рис. 2, где красными точками выделены ледники, заканчивающиеся в море, то есть дающие айсберги. Одного взгляда достаточно, чтобы увидеть географические различия.


    Рис. 2.
    Береговые зоны архипелагов, продуцирующие айсберги.

    Земля Франца-Иосифа - самый раздробленный архипелаг с множеством ледников, достигающих моря. Это хорошо видно на рис. 3, где приведено изображение Ресурс-01, MSU-SK, 15 июня 1998 г. (предоставлено отделом экологического мониторинга Госкомэкологии ЯНАО).


    Рис. 3.
    Земля Франца-Иосифа.

    Совместный анализ данных таблиц каталога и наших воздушных радиолокационных измерений толщины ледников, выполненный в ArcView, дает возможность уточнить картину - найти области, где ледники имеют самые толстые края и высокие отношения площади к длине, то есть выделить области, где потенциально возможны крупные айсберги и существенные изменения (рис. 4).


    Рис. 4.
    Толщина фронтальной части некоторых ледников Земли Франца-Иосифа.

    В качестве примера детального исследования состояния и изменений полярного ледника приведу некоторые результаты обработки и анализа радиолокационных данных, космических изображений и карт для острова Ла-Ронсьер на Земле Франца-Иосифа.

    В первую очередь нужно было уточнить контуры ледника, что было сделано по снимку КФА-1000, проложить профили радиолокационного зондирования, построить цифровую модель толщины льда и карту. Все эти операции были выполнены, используя объединенные возможности ERDAS IMAGINE и ArcView. Сравнение контуров ледника 1993 и 1953 года позволило вычислить изменения его площадей и установить, что он стал меньше на 17 кв. км. Можно было оценить интенсивность отступания и для каждого элемента края ледника. Если построить поле ближайших расстояний до старого контура ледника, то потом вектором нового контура можно выбрать значения поля, которые показывают, насколько отступил ледник (рис. 5).

    Рис. 5. Состояние и изменение оледенения о-ва Ла-Ронсьер на Земле Франца-Иосифа.

    Впервые удалось сопоставить интенсивность отступания ледника с толщиной льда на его краю, где он обрывается в море, и со скоростью движения льда. Юго-восточная сторона ледникового купола за 40 лет отступила больше всего (1130 м). Приток льда здесь (850 м) не компенсирует облом края. Северо-западная сторона гораздо устойчивее. Она отодвинулась всего на 250 м, но это связано с тем, что здесь высокий приток льда - более 3200 м. То есть, если бы ледник не двигался, то на юго-востоке он уменьшился бы на 1980 м, а на северо-западе - на 3450 м. Иными словами, видимые изменения размеров ледников отражают сочетание процессов накопления и таяния снега, движения льда и откола айсбергов, анализ которых коренным образом усовершенствуют современные технологии.

    Сейчас продолжаются работы по векторизации контуров ледников на архипелагах по картам 1:200 000 масштаба. Они послужат базой для сравнения со всеми имеющимися космическими изображениями для поиска изменений. Векторизация контуров ведется средствами ArcInfo и ArcView. Это отчасти определяется тем, что для передачи векторной информации в архив Международного центра данных по снегу и льду по проекту GLIMS выбран формат ESRI shapefile.

    В связи с этим проектом особое значение в последнее время получают изображения Aster-Terrsa. В результате работы этой космической системы в течение 16 месяцев получены качественные изображения по всем трем архипелагам (рис. 6). Отмечу, что размер файла с одним изображением (в 14 каналах VNIR, SWIR и TIR) составляет около 120 Мб, что требует определенной мощности компьютеров и объемов рабочей и архивной памяти.


    Рис. 6.
    Картограмма покрытия ледниковых районов изображениями ASTER.

    Снимки ASTER имеют максимальную разрешающую способность (15 м) в четырех каналах диапазона VNIR (1 канал - 0,52 - 0,60 мкм; 2 канал - 0,63 - 0,69 мкм; 3N канал - 0,78 - 0,86 мкм; 3B канал - 0,78 - 0,86 мкм). Этот диапазон и является основным для пространственной привязки снимков и определения геометрических характеристик ледников. Изображение в канале 3В специально предназначено для получения стереоизображений и построения ЦМР (в совокупности с каналом 3N).

    Высокое спектральное и геометрическое разрешение съемок ASTER позволяет при благоприятных условиях уверенно идентифицировать различные элементы морфологии поверхности ледников в области питания и абляции. Геометрическое разрешение в видимом диапазоне обеспечивает приемлемую точность определения положений границ и фронтов ледников различных типов в пределах одного пиксела. На рис. 7 показана фронтальная часть ледника №12, остров Галля, Земля Франца-Иосифа. Слева приведен увеличенный фрагмент изображения ASTER, 21 мая 2001 г., уровень обработки 1B, 3 канал с коррекцией гистограммы, справа - тот же участок на карте 1:200 000, составленной по аэросъемке 1953 г.


    Рис. 7.
    Фронтальная часть ледника №12.

    Использование комбинации или отдельных спектральных каналов в изображениях ASTER позволяет исследовать состояние как области питания, так и языковых частей ледников, имеющих разные отражательные характеристики. Для «чистых» участков эффективнее работает третий канал, а для «грязных» поверхностей более информативен первый.

    Особая задача в использовании изображений ASTER в проекте GLIMS состоит в их географической привязке и трансформации в базовую картографическую проекцию WGS-84. Сейчас стандартные изображения ASTER существуют в виде продуктов с уровнями обработки 1А и 1В. Для целей привязки и трансформации важно, что в продуктах 1А коэффициенты геометрической коррекции и радиометрической калибровки даны в метафайле, но не реализованы в самом изображении. Тогда как 1В содержит данные с радиометрической и геометрической коррекцией. В связи с этим, для целей географической привязки и трансформации в картографическую проекцию удобнее использовать данные 1В, но число таких снимков в настоящее время ограничено. Если использовать данные 1А, необходимо проводить привязку и трансформацию по отдельным каналам и выполнять их взаимную регистрацию. Все эти задачи решаются стандартными средствами ERDAS IMAGINE, где сейчас появился и специальный конвертер для импорта изображений ASTER, которые исходно существуют в специфическом формате HDF-EOS.

    Отмечу, что геометрическая коррекция снимков проводится по орбитальным параметрам без опоры на наземные контрольные точки. Как показывает опыт работы со снимками ASTER, для острова Галля (Земля Франца-Иосифа) и острова Шмидта (Северная Земля) такая процедура обеспечивает точность привязки на местности около 200-300 м, что явно недостаточно для наших целей. Поэтому необходима дополнительная коррекция, которую можно проводить, используя опорные точки, измеренные непосредственно в поле или снятые с картографических источников. Использование наземных точек требует полевых работ или высококачественных крупномасштабных картографических материалов. Для указанных районов такие источники отсутствовали, и пришлось использовать карты масштаба 1:200 000. Такая процедура, при наличии достаточного числа хорошо опознаваемых точек на карте и изображении, позволяет привязать снимок с точностью около 40 м. Учитывая степень генерализации карты, реальные изменения положения краев ледников, которые можно установить при сравнении карты и снимка, должны быть не менее 100 м.

    Примером сложной задачи служит остров Шмидта, Северная Земля. Практически весь остров ледяной, и использовать контрольные точки можно только по одному коренному мысу в северной части. Также очевидно, что сама карта содержит неточности в изображении ледяного фронта, особенно в юго-западной части. Поэтому, обнаруживаемые здесь изменения края купола складываются из погрешностей привязки, ошибок карты и реальных изменений, которые трудно вычленить. Наиболее надежными представляются величины отступания края в северо-восточной части, где они составляют около 600 м за 47 лет. На рис. 8 слева приведен увеличенный фрагмент изображения ASTER, 15 июля 2000 г., уровень обработки 1А, с геометрической коррекцией, справа - тот же купол на карте 1:200 000, составленной по аэросъемке 1953 г.


    Рис. 8.
    Ледниковый купол острова Шмидта.

    Итак, в этом кратком обзоре я остановился лишь на нескольких сюжетах. Сейчас перед гляциологией открываются новые просторы, возникают новые проблемы и решения. Роль современных ГИС-технологий в этом направлении совершенно очевидна, и, полагаю, она имеет ключевое значение.

    Дополнительную информацию о некоторых проектах вы можете найти на сайтах
    http://dib.joanneum.ac.at/amethyst /home.html ,
    http://almaz.npomit.ru;
    http://wwwflag.wr.usgs.gov/GLIMS /glimshome.html .




    Версия для печати