Technologies for using remote methods for studying and monitoring nival-glacial formations (glaciers, snowfields, ice sheets, stone glaciers) are presented using the example of the Munku-Sardyk mountain massif (Eastern Sayan). Usually, the dynamics of glaciers is estimated by area characteristics, but the thickness of the glacier is determined by the volume. Therefore, ground-penetrating radar (GPR) profiling to determine the thickness of the ice and the shape of the glacier bed, together with remote sensing data from the Earth, giving the geometric dimensions of the object, make it possible to measure the volume of the ice body more accurately than by special models. Such measurements were made for the Peretolchyna glacier. Over the past hundred years, the glacier has decreased in length and area by a factor of two from 0.68 to 0.34 km2, and in the volume from 0.026 to 0.007 km3, by 3.7 times. It is established that the rate of reduction of the Peretolchin glacier was the most intensive in 2009-2012. In addition, the ice volumes of the ice sheets from the Munku-Sardyk glaciers and the stone glaciers of this mountain range were estimated.
Представляются технологии использования дистанционных методов для исследования и мониторинга нивально-гляциальных образований (ледников, снежников, наледей, каменных глетчеров) на примере горного массива Мунку-Сардык (Восточный Саян). Обычно динамику ледников оценивают по площадным характеристикам, однако мощность ледника определяется объемом. Поэтому профильное георадарное зондирование для определения толщины льда и формы ложа ледника совместно с данными дистанционного зондирования Земли, дающие геометрические размеры объекта, позволяют измерить более точно, чем по специальным моделям, объем ледяного тела. Такие измерения были произведены для ледника Перетолчина. За последние сто лет ледник сократился по длине и площади в два раза с 0,68 до 0,34 км2, а в объеме с 0,026 до 0,007 км3, в 3,7 раза. Установлено, что темпы сокращения ледника Перетолчина были наиболее интенсивными в 2009–2012 гг. Кроме этого были оценены объемы льда наледей рек, берущих начало с ледников Мунку-Сардык, и каменных глетчеров этого горного массива.
Ключевые слова: геоинформационные технологии, георадарное исследование, данные дистанционного зондирования Земли, нивально-гляциальные образования, ледник Перетолчина, Восточный Саян.
Введение. Исследуемые нивально-гляциальные объекты сосредоточены в горах южной Сибири в четырех горных системах: хребет Кодар, Байкальский и Баргузинский хребты и Восточный Саян (горный массив Мунку-Сардык и массив Пика Топографов) (рис. 1). Рис. 1. Ключевые участки мониторинга нивально-гляциальных образований горных территорий Южной Сибири: 1 – линии хребтов; 2 – вершины с названиями и указанием высоты; 3 – госграница.
Для экспедиционных исследований этих объектов оптимален узкий временной
промежуток с середины июля по первую декаду августа. Поэтому на столь обширной территории
возможно детальное изучение за один полевой сезон, как правило, одного ключевого участка.
В связи с этим, для мониторинга состояния объектов всего трансекта Кодар-Саяны [
Технология исследований. С использованием ГИС-технологий (созданы ГИС-проекты) по картографическим материалам и ДЗЗ были составлены базы данных (БД) нивально-гляциальных образований и на всех ключевых участках была выполнена заверка полученных результатов картографирования (рис. 2).
Из архивов данных ДЗЗ сформирован временной ряд материалов, который продолжает
формироваться (заказ новой космосъемки), для оценки динамики происходящих
гляциологических процессов. Данные радарной съемки (SRTM) использовались для построения
цифровой модели рельефа (ЦМР), а для ледника его поверхности. Георадарное профилирование
применялось для построения поверхности ложа ледника (построение ЦМР под ледяной массой).
Оценка мощности (объема) ледника производилась по специальным математическим моделям
[
Разработка ГИСпроекта (Кодар, Баргузинский, Байкальский хребты, Мунку-Сардык, Пик Топографов)
Экспедиционные работы (GPS-метрия, геора
дарные исследования, ландшафтное картографирование, дендрохронологические исследования, метеорологические наблюдения и др.
Рис. 2. Блок-схема исследования нивально-гляциальных образований
Создание единой картографической основы
Накопление данных ДЗЗ и их трансформация к картографической
основе Формирование БД Вычисление объемных характеристик объекта
Вычисление площадных и линейных характери
стик Оценка динамики оледенения, клима
тические прогнозы и др.
Единое картографическое представление (проекция)
Атрибутивные характеристики объектов
Атрибутивные БД в формате WGI Точки Линии В е к т о р и з а ц и я , д е ш и ф р и р о в а н и е Исходные данные
Интернет портал
ArcGISonline
190 0-е года
196 0-80-е года
200 0-е года Картосхемы
Описания Топографические карты Тематические карты Аэроснимки
Каталоги Топографические карты ГГЦ Космоснимки Экспедиционные описания, GPS данные Рельеф SRTM Сл ои ГИСкарты
Высотные отметки, координаты
Длина Рис. 4. Дистанционные исследования ледника Перетолчина с использованием данных ДЗЗ Quick Bird (разрешение 0,6 м): а – георадарное профилирование северного ледника Перетолчина георадаром Око-2 с антенным блоком «Тритон» на частоте 100 МГц; треки профилей (подписаны горизонтальные профили); дешифрированная радарограмма профиля 2 (1 – фирн, 2 – лёд, 3 – донные морены с холодным льдом, 4 – ложе ледника, коренные мерзлые породы); б – динамика северного и южного ледников Перетолчина (1 – современное состояние по космоснимкам, 2 – 1960-е по топокартам, 3 – 1900 г. реконструкция по космоснимкам и картосхеме С.П.Перетолчина [10]). лиза геосистем гор Южной Сибири и оценки влияния изменения климата. База данных включает в себя информацию по 14 объектам массива Мунку-Сардык (универсальный международный код ледника, название ледника и др.). БД состоит из картографических данных и таблиц, в которой содержатся стандартные параметры ледника на момент первичного описания, уточненное современное состояние и описание дополнительных характеристик, а также данные предыдущих исследователей по трем основным ледникам массива. Это позволяет проследить динамику ледников за полвека, а для ледника Перетолчина и Радде за 100 лет. База данных является пополняемой и структурно расширяемой. Возможно составление запросов для поиска графических и атрибутивных данных.
За период более 110 лет размеры и мощность ледника существенно сократились – площадь и длина в два раза (с 0,68 до 0,34 км2), а объем в 3,7 раза (с 0,026 до 0,007 км3). Поднялась нижняя граница открытой части ледника на 184 м. Темпы сокращения ледника Перетолчина (см. рис 4. б) были наиболее интенсивными в 2009–2012 гг. В настоящее время они несколько замедлились.
Работа выполнена по проектам «Геоинформационное картографирование и математическое моделирование географической среды в условиях глобализации и воздействия на природные и социально-экономические процессы в Сибири и на сопредельных территориях», «Экзогенное рельефообразование на юге Сибири в позднем плейстоцене и голоцене» и при поддержке гранта РФФИ 16-05-00902А «Механизмы самоорганизации геосистем Прибайкалья».