Новости
Подписка
Библиотека
Новые книги
Карта сайта
Ссылки
О проекте

Пользовательского поиска




Детальное описание сверло ступенчатое по металлу тут.


предыдущая главасодержаниеследующая глава

В. М. Котляков, В. Т. Захаров, М. Ю. Москалевский. Дистанционный мониторинг колебаний края Антарктического ледникового покрова

УДК 551.2/.3

Введение

Ледниковый покров Антарктиды играет важную роль в формировании климата Южного полушария и Земли в целом. Будучи основным источником поступления пресной воды в океан, он является важным фактором колебания уровня моря. В то же время на Антарктическом ледниковом покрове отражаются изменения климата, связанные с постоянным взаимодействием ледника с океаном и атмосферой. Наиболее чувствительные индикаторы этих изменений - шельфовые и выводные ледники, которые находятся на плаву и непосредственно соприкасаются с океаном.

Режим, динамика и баланс массы ледникового покрова Антарктиды обусловлены характером атмосферной циркуляции в Южной полярной области, который определяют меридиональные и зональные макропроцессы. В течение последних ста лет в чередующихся отрезках времени (с экстремумами через 20-25 лет) преобладали меридиональные или зональные формы переноса воздушных масс. В связи с этим колебания края антарктических ледников (подвижки и обломы айсбергов) можно рассматривать в качестве индикаторов смены интенсивности и характера атмосферной циркуляции в Южном полушарии. Анализ данных о связи динамики ледников Антарктиды с изменениями климата позволяет сделать вывод, что в Южном полушарии попеременно действуют определенные совокупности процессов, которые соответствуют общеполушарным механизмам в системе оледенение-оке-ан-атмсофера.

Основным показателем состояния Антарктического ледникового покрова и его реакции на внешние воздействия океана и атмосферы служит изменение его размеров. Это проявляется в изменениях положения края активных побережий, представленных плавающими частями ледникового покрова - шельфовыми ледниками и языками выводных ледников и ледяных потоков. Береговая линия плавающих частей наиболее динамична и протяженна по сравнению с другими типами побережий Антарктиды (недифференцированный край). Шельфовые ледники как наиболее крупные и устойчивые образования могут гораздо дольше, чем выводные ледники, сохранять свои очертания. Оценка многочисленных динамичных языков выводных ледников крайне сложна.

Получившие широкое развитие и относительно доступные дистанционные технологии изучения оледенения позволили определить состояние и оценить изменения береговой линии практически всего Антарктического материка во второй половине XX века на основе сопряженного сравнительного анализа различных типов аэро- и космической информации от видимых снимков высокого разрешения до изображений в ИК- и микроволновом диапазонах (рис. 1).

Рис. 1. Антарктический ледниковый покров (вид из космоса)
Рис. 1. Антарктический ледниковый покров (вид из космоса)

Эффективность использования аэрокосмического мониторинга для оценки строения, режима и эволюции ледников краевой зоны Антарктиды и Субантарктики очевидна, поскольку дистанционное изучение территории площадью более 20 км2 экономически выгоднее аналогичных наземных работ.

Оценка динамики краевой части Антарктического ледникового покрова

Современное состояние и перспективы исследований. Мониторинг края такого значительного по размерам природного объекта, как Антарктический ледниковый покров, представляет сложную задачу, поскольку предполагает наличие большого объема фактической информации, полученной единовременно по всей периферии ледникового покрова.

Обзор современного состояния исследований в этой области показал, что имеется обширный фактический материал, полученный ведущими отечественными и зарубежными аэрокосмическими агентствами для краевой части Антарктического* ледникового покрова во второй половине XX века, однако его представление в каталогах агентств не дает возможности оценить информативность изображений без предварительного отбора. Для снимков видимого диапазона основными факторами отбора являются их сезонность и наличие облачности. Радарные изображения должны пройти как минимум процедуру полной калибровки и приведения к универсальной поперечной проекции Меркатора (UTM).

В рамках международных проектов СКАР "Баланс массы Антарктического ледникового покрова", "Картирование скоростей движения льда в Антарктическом ледниковом покрове" и совместного проекта Европейского научного фонда и Европейского космического агентства "ВЕКТРА" для ряда районов антарктических побережий проведена оценка информативности изображений, подобраны временные ряды съемок в различных диапазонах и на этой основе построены карты положения зоны налегания, изменений края, высоты поверхности и скорости движения ледникового покрова. Эти исследования охватили главным образом районы крупных шельфовых ледников Антарктиды в периоды облома гигантских айсбергов. Однако относительно небольшие шельфовые и выводные ледники значительно более чувствительны к короткопериодным изменениям климата. В отличие от крупных шельфовых ледников, развитие которых не всегда согласуется с изменением климатической ситуации, колебания края, высоты поверхности и скорости течения этих ледников, как правило, отражают тенденции изменений температуры и осадков.

Проект "Дать оценку строения, режима и эволюции ледников краевой зоны Антарктиды и Субантарктики" при формировании базы данных использует уже полученную в рамках российских и международных проектов информацию об изменениях края ледникового покрова Антарктиды и в свою очередь вносит вклад в программы национальных и международных исследований. Создание единой базы данных дистанционного зондирования краевой зоны Антарктического ледникового покрова является актуальной задачей практически всех международных проектов по изучению оледенения Антарктиды, а дешифрирование и интерпретация изображений видимого и микроволнового диапазона ледников Субантарктики определены в качестве одной из задач программы СКАР "Чувствительные ледники Субантарктики" и вносят вклад в международный проект СКАР "Гляциология Южных Шетландских островов" и европейский проект "ВЕКТРА". Полученные данные можно использовать при решении вопросов, касающихся современного состояния и изменений в системе океан-атмосфера-оледенение Антарктиды в рамках проблем, изучаемых проектами 3, 4, 6 и 13 подпрограммы "Изучение и исследование Антарктики" ФЦП "Мировой Океан".

Методический подход к представлению космических изображений антарктических ледников. Антарктический ледниковый покров в силу существенных различий топографии подледного рельефа, гидротермического режима, строения ледниковой поверхности, климатических условий, площадей и объемов льда традиционно подразделяют на Западную и Восточную Антарктиду. Это разделение подчеркивает асимметрию материка и отражается в неравномерном распределении шельфовых и выводных ледников и ледяных потоков в периферийной зоне ледникового покрова.

Ледниковый сток Антарктиды формируется в пределах двенадцати основных ледосборных бассейнов (рис. 2) и концентрируется в шельфовых и выводных ледниках. Среди ледосборных бассейнов Антарктического ледникового покрова выделяют два основных типа: конвергентные и дивергентные.

Рис. 2. Ледосборные бассейны Антарктического ледникового покрова: 1 - ледоразделы; 2 - линии течения льда; 3 - шельфовые ледники; 4 - выводные ледники; 1-ХII - номера бассейнов
Рис. 2. Ледосборные бассейны Антарктического ледникового покрова: 1 - ледоразделы; 2 - линии течения льда; 3 - шельфовые ледники; 4 - выводные ледники; 1-ХII - номера бассейнов

В первом случае линии тока льда сходятся от ледоразделов к краевой части покрова в долины ледников или отдельные ледниковые заливы и бухты. Во втором случае, наоборот, линии тока льда расходятся от ледоразделов к периферии.

Поскольку большая часть исследований состояния и динамики краевой зоны Антарктического ледникового покрова проводилась по отдельным ледникам в пределах основных ледосборных бассейнов, то для обеспечения непрерывности рядов наблюдений и возможности их сравнительного анализа мы сохранили такой же подход и при систематизации данных дистанционного зондирования края ледникового покрова Антарктиды.

Характеристика возможностей космических съемок антарктических ледников. Обзор национальных и международных архивов информации по состоянию и изменениям краевой части Антарктического ледникового покрова показал, что систематизация данных дистанционного зондирования проведена по отдельным видам зондирования и включает, как правило, лишь полный перечень существующих изображений вне зависимости от их информативности. Нашей же задачей является создание единой базы данных всех типов дистанционного зондирования, классифицированных по диапазонам, информативности и основным морфологическим районам краевой зоны Антарктиды. Такая база данных - фактическая основа для оценки реакции Антарктического ледникового покрова на глобальные изменения климата и его вклада в повышение уровня моря во второй половине XX века.

Данные дистанционного зондирования краевой части Антарктического ледникового покрова существуют в российских и зарубежных аэрокосмических агентствах в виде картограмм сети покрытия космическими изображениями различного диапазона и каталогов изображений. Для краевой зоны отдельных выводных и шельфовых ледников созданы также более подробные каталоги изображений видимого спектра в ограниченном временном интервале, отражающие главным образом периоды активных подвижек и обломы гигантских айсбергов.

Наиболее перспективны с точки зрения цели и задач проекта космические изображения микроволнового диапазона, позволяющие независимо от облачности и освещенности определять положение фронтов шельфовых и выводных ледников, высоту ледниковой поверхности, скорости движения льда, гидротермический режим приповерхностных снежно-фирновых толщ и границы основных зон льдообразования, изучать морские льды и айсберги. Изображения "Космос 1500" (1983-1984 гг.) и ERS-1/2 SAR, JERS-1 NVR, RADARSAT (1991-2000 гг.) получены для всей краевой зоны Антарктического ледникового покрова.

Космические изображения Антарктиды в видимом спектре получены со спутников серии "Космос" (1974-1990 гг.), SPOT multispectral HRV (1988-1995 гг.); Landsat 1,2,3 MSS (1973-1983 гг.), Landsat 4,5 TM (1982-1994 гг.), Landsat 7 ЕТМ (1990-2000 гг.). Эти снимки можно представить как в виде прямых изображений, так и в цифровом варианте. Они обладают высоким разрешением на местности и позволяют изучать динамику края шельфовых и выводных ледников, скорости движения льда, характер снежно-ледовых поверхностей, исследовать морские льды и айсберги.

Картограммы космических изображений содержат следующую информацию: координаты и площадь покрытия территории отдельным изображением; дата и время получения изображения; тип носителя, орбита и диапазон изображения; полный номер изображения в каталоге агентства, осуществлявшего съемку; наземная станция приема изображения; для изображений видимого диапазона указано наличие облачности в баллах на момент проведения съемки.

На первом этапе подготовки информации к анализу динамики края ледникового покрова Антарктиды во второй половине XX века мы систематизировали материалы космических съемок краевой зоны по двенадцати ледосбор-ным бассейнам, трапециям масштаба 1:1 000 000, типам сенсора, видам изображений и годам проведения съемок. В результате по каждому ледосборному бассейну получены данные о всех проведенных дистанционных наблюдениях. Следующей задачей является анализ информативности собранной аэрокосмической информации, т. е. отбор изображений, позволяющих идентифицировать гляциологические объекты. На этой основе для выбранных ключевых участков в пределах краевой зоны каждого из двенадцати ледосборных бассейнов будут получены ряды изображений, начиная с первых аэрофотосъемок, которые позволяют проследить изменения ледникового края. Эта информация в виде отдельных блоков будет "вложена" в общую базу. Предполагаемая база данных не имеет ни отечественных, ни зарубежных аналогов и станет основой для оценки изменения очертаний, скорости движения и высоты поверхности наиболее активных краевых зон ледосборных бассейнов на фоне изменений метеорологической ситуации во второй половине XX века.

Метеорологические наблюдения. Мониторинг краевой зоны Антарктического ледникового покрова предполагает проведение сравнительного анализа динамики ледников и изменения метеорологической ситуации. Эта информация содержится в архивах национальных антарктических служб и Всемирной метеорологической организации. Существование в пределах краевой части ледникового покрова Антарктиды и на островах Южного океана относительно развитой сети круглогодичных метеостанций позволило получить ряды фактической информации по изменению климата Южной полярной области в прошлом столетии, которые и послужили информационной основой для создания цифровой базы метеорологических данных. Предполагается, что массивы с метеорологическими данными будут "вложены" в базу данных дистанционного зондирования по региональному признаку, т.е. в блоки каждого ледосборного бассейна. Такой подход к систематизации метеоданных облегчит проведение сравнительного анализа.

Первые результаты дешифрирования космических изображений видимого и микроволнового диапазонов

Реакция ледников Антарктического полуострова на климатические изменения. Результаты обобщения метеорологических наблюдений в разных частях Антарктического п-ова показывают заметное повышение температуры воздуха во второй половине XX века, которое за более чем 40-летний период наблюдений составило по различным оценкам от 1,8 до 2,6 °С [King, Harangozo, 1988; Casassa, 1989; Morris, Vaughan, 1992; King, 1994; Stark, 1994; Smith et al., 1996; Harangozo et al., 1997; Skvarca et al., 1998]. Повышение температуры привело к заметному увеличению площадей и периодов абляции на ледниках [Rundle, 1969; Fox, Cooper, 1998; Schneider, 1999]. Так, в пределах ледникового купола о-ва Кинг-Джордж (Южные Шетландские острова) наземными гляциологическими наблюдениями установлено повышение высоты границы питания от 100-140 м над уровнем моря в 1969 г. [Замору-ев, 1972; Говоруха, Симонов, 1973] до 300-350 м над уровнем моря в 1995 г. [Simoes, Bremer, 1996]. Подобная тенденция к повышению границы питания характерна для большинства островных ледниковых куполов и выводных ледников северо-западной части Антарктического п-ова [King, Harangozo, 1988; Skvarca et al., 1998] и связана, по-видимому, с реакцией ледников на изменение климата во второй половине XX века.

Обломы гигантских айсбергов, вызвавшие в последнее десятилетие значительное разрушение шельфовых ледников Ларсена и Ворди, лежащих на разных сторонах Антарктического п-ова, служат дополнительными индикаторами существенных климатических изменений в этом районе Антарктики [Doake et al., 1998; Lucchitta, Rozanova, 1988; Rott et al., 1988]. Свидетельства потепления в районе Антарктического п-ова хорошо коррелируют с глобальными циркуляционными моделями (GCM), которые в случае потепления прогнозируют сокращение морских льдов и плавающих частей шельфовых ледников и увеличение осадков в прибрежной зоне Антарктики [Budd, Simmonds, 1991; O'Farell, Connoley, 1998]. Однако масштабы наблюдаемого в последние десятилетия потепления на Антарктическом п-ове выходят за рамки этих прогнозов. Очевидно, район Антарктического п-ова и в особенности его западный и северо-западный секторы наиболее чувствительны к климатическим изменениям в Антарктике.

Для дистанционного определения динамики края ледника, положения границы питания и зон льдообразования в области аккумуляции-был выбран ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж - наибольший из ледниковых куполов Южных Шетландских островов. Этот район хорошо обеспечен многолетними метеорологическими и гляциологическими наблюдениями.

Результаты наземных гляциологических исследований [Заморуев, 1968; Говоруха, Симонов, 1973; Orheim, Govorukha, 1982; Bintanja, 1995; Knap et al., 1996; Simoes, Bremer, 1996; Macheret et al., 1998] свидетельствуют, что ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж имеет теплый режим. Это подтверждается сравнением скоростей распространения радиоволн в леднике, измеренных во время наземного радиозондирования ледникового купола в 1995 г. [Macheret et al., 1998], с данными о скоростях радиоволн в ледниках с различным температурным режимом [Macheret et al., 1993].

Космические изображения о-ва Кинг-Джордж в видимом диапазоне. Полное изображение ледникового купола о-ва Кинг-Джордж в видимом диапазоне получено посредством накидного монтажа трех космических снимков высокого разрешения SPOT-1 HVR 725-478/0 (19.02.1988), SPOT-2 HVR 722-478/0 (31.03.1992) и SPOT3 HVR 725-477/3 (29.03.1995) (рис. 3). Коррекция изображений проведена с помощью топографических карт серии BAS D501 масштаба 1:27000 и сети точек спутникового позиционирования [Simoes, Bremer, 1996].

Рис. 3. Ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж. Изображение SPOT HRV
Рис. 3. Ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж. Изображение SPOT HRV

По отдельным изображениям SPOT-1 HVR и SPOT-2 HVR определено положение фронтов основных выводных ледников в 1988 и 1992 гг. Сравнение положения фронта наибольшего и самого активного выводного ледника Лендж в 1992 г. с его положением в 1956 г., зафиксированным по результатам аэрофотосъемки ледникового покрова о-ва Кинг-Джордж в 1955-1956 гг. (British Antarctic Survey, scale 1:27000), показало отступание фронта ледника на 1 км и сокращение его площади на 2 км2. Деградация выводного ледника Лендж проходила на фоне повышения температуры и сокращения количества осадков с 1944 по 1996 г. (рис. 4).

Рис. 4. Отступание фронта выводного ледника Лендж (1956-1992 гг.) на фоне изменений среднегодовых температур и количества осадков (1944-1996 гг.)
Рис. 4. Отступание фронта выводного ледника Лендж (1956-1992 гг.) на фоне изменений среднегодовых температур и количества осадков (1944-1996 гг.)

На комбинации космических изображений SPOT (см. рис. 3) хорошо определяется главный продольный ледораздел и ряд поперечных, которые контролируют границы основных ледосборных бассейнов ледникового купола. Сравнение рельефа поверхности вдоль линии главного ледораздела и в бассейне выводного ледника Лендж с продольным профилем, полученным по данным наземного радиозондирования и серии профилей в дренажном бассейне ледника [Macheret et al, 1997,1988], показало, что поверхность ледникового купола в значительной степени определяется подледным рельефом.

Оценка площади ледникового купола выполнена с использованием технологии ARC INFO (ARC EDIT и ARC VIEW 3.0) и составляет 1158 км2 или 92,7% всей площади о-ва Кинг-Джордж. С учетом средней толщины льда в 173 м, выведенной из данных наземного радиозондирования 1995 г., объем льда купола о-ва Кинг-Джордж составляет 200,3 км3.

Космические изображения о-ва Кинг-Джордж в микроволновом диапазоне. Космические изображения микроволнового диапазона, уступая в разрешающей способности снимкам видимого спектра, обладают рядом преимуществ и дополнительных возможностей. Они не зависят от условий погоды и освещенности и адекватно отражают снимаемую территорию даже при наличии сплошной многоярусной облачности и в условиях полярной ночи. Технологии получения радарных изображений применительно к ледникам позволяют классифицировать приповерхностные снежно-фирновые толщи по параметрам поверхностного и объемного рассеяния, весьма чувствительным к сезонным и суточным изменениям погодных условий (температура и осадки), плотности, содержанию незамерзшей воды, наличию и размерам ледяных слоев и линз, размеру кристаллов и шероховатости поверхности. Эти технологии позволяют также определять высоты поверхности и скорости течения льда по комбинациям интерферометрических и мульти-временных (повторных) изображений.

Поскольку чувствительность радара определяется, помимо параметров самого радара, содержанием в приповерхностном ледниковом слое незамерзшей воды и ледяных включений, то изображения микроволнового диапазона дают возможность выделять природные зоны сухого и влажного снега, их промежуточные стадии и участки обнаженного льда. Вместе с тем ареалы, получаемые по радарным изображениям, из-за зависимости от незначительных изменений погодных условий далеко не всегда совпадают с природными гляциологическими зонами, принятыми в отечественной [Гляциологический словарь, 1984] и зарубежной [Benson, 1961; Muller, 1962] литературе. Поэтому зоны с более или менее однородными показателями коэффициентов рассеяния, выделяемые на ледниках по космическим изображениям микроволнового диапазона, принято называть радарными гляциологическими зонами [Forster, 1996; Smith et al., 1997; Partington, 1998].

Для определения возможностей изображений микроволнового диапазона при дешифрировании состояния приповерхностных снежно-фирновых толщ ледникового купола о-ва Кинг-Джордж были использованы космические изображения ERS-1/2 SAR. Их обработка, включающая полную калибровку, приведение к универсальной поперечной проекции Меркатора (UTM) и получение значений коэффициентов рассеяния, выполнена в соответствии с полной процедурой обработки радарных космических изображений ERS SAR, рекомендованной Европейским космическим агентством [Laur et al., 1996].

На изображении ERS-2 SAR, полученном 16 октября 1995 года (рис. 5), т. е. в конце зимнего осадконакопления, поверхность ледника монотонна и представлена практически одной радарной гляциологической зоной, характеризующейся относительно высокими средними коэффициентами рассеяния от -3 до -8 дБ. Подобные значения коэффициентов рассеяния характерны для приповерхностного горизонта слоя зимних осадков на теплых субантарктических ледниках в конце сезона аккумуляции. Здесь в период осадконакопления на фоне относительно высоких отрицательных температур наблюдается периодическое таяние на поверхности, связанное с адвекциями тепла. Это вызывает промачивание приповерхностных горизонтов и формирование ледяных прослоев и линз - структур довольно сильно рассеивающих радарный сигнал [Smith er al., 1997; Partington, 1998; Ramage, Isacks, 1998; Rau, Sauree, 1998].

Рис. 5. Ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж. Изображение ERS-2 SAR, полученное 16.10.1995 г
Рис. 5. Ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж. Изображение ERS-2 SAR, полученное 16.10.1995 г

По данным метеонаблюдений среднесуточная температура на уровне моря в период получения космического изображения составила -3,1 °С. Принимая, что вертикальный температурный градиент составляет -0,55°С на 100 м, а высота ледникового купола о-ва Кинг-Джордж около 600 м [Macheret et al., 1998], можно сделать вывод, что приповерхностный слой ледникового купола на момент получения космического изображения имел отрицательную температуру. Отсутствие в приповерхностном слое незамерзшей воды определило характер и величину полученного рассеяния.

Приведенные результаты позволяют заключить, что данное изображение не несет информации о гляциологической зональности и не может быть использовано для дистанционного слежения за эволюцией зон льдообразования и изменениями положения границы питания. Вместе с тем определенные по изображению параметры рассеяния в приповерхностном слое позволяют судить о современном температурном режиме периода аккумуляции и климатических условиях снегонакопления.

Второе изображение ледникового купола о-ва Кинг-Джордж получено 5 февраля 1996 года в конце сезона абляции (рис. 6). В этом случае поверхность ледника представлена двумя основными радарными гляциологическими зонами: яркой, опоясывающей купол по периферии, и темной центральной. Для каждой из зон получены средние значения коэффициентов рассеяния. В пределах центральной зоны коэффициенты рассеяния характеризуются довольно низкими значениями -(22÷18) дБ. Значения коэффициентов рассеяния по периферийной радарной зоне гораздо выше и составляют -(12÷10) дБ. Низкие значения коэффициентов рассеяния в пределах центральной радарной зоны свидетельствуют о существенной поглащающей способности (абсорбции) слагающих ее приповерхностных снежно-фирновых толщ. Подобные значения коэффициентов рассеяния характерны для приповерхностного слоя теплой фирновой зоны субполярных ледников в конце периода абляции, где благодаря высокому содержанию незамерзшей воды наблюдаются существенная абсорбция и объемное рассеяние радарного сигнала [Wounderle et ah, 1994; Ramage, Isacks, 1998]. Относительно высокие показатели коэффициентов рассеяния, полученные для периферийной радарной гляциологической зоны, присущи таким сильным поверхностным отражателям сигнала, как толщи обнаженного ледникового льда [Smith et al; 1997; Partington, 1998].

Рис. 6. Ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж. Изображение ERS-2 SAR, полученное 5.02.1996 г
Рис. 6. Ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж. Изображение ERS-2 SAR, полученное 5.02.1996 г

Среднесуточная температура на уровне моря в период получения космического изображения составила 3,3 °С. С учетом тех же значений вертикального температурного градиента и высоты ледника можно сделать вывод, что практически весь приповерхностный слой ледникового купола на момент получения космического изображения имел положительную температуру.

Высотное положение нижней границы центральной радарной гляциологической зоны оценено с помощью корреляции с положением точек наземного радиозондирования 1995 г. и составило от 300 до 400 м над уровнем моря. Наземными гляциологическими наблюдениями летом 1995/96 г. [Simoes, Bremer, 1996] определено положение границы питания в конце периода абляции 1995/96 г., равное 300-350 м над уровнем моря.

Сравнение данных наземных наблюдений с дистанционным изучением ледниковой поверхности и приповерхностного слоя купола о-ва Кинг-Джордж показывает приемлемое совпадение центральной радарной гляциологической зоны с гляциологической теплой фирновой зоной, ее нижней границы - с границей питания, а периферийной радарной гляциологической зоны - с областью абляции.

Анализ изображения субантарктического ледникового купола в микроволновом диапазоне в конце периода абляции позволяет сделать вывод об информативности радарных изображений для целей дистанционного определения современного температурного состояния и эволюции ледников в субполярном поясе краевой зоны Антарктиды - наиболее чувствительных индикаторов изменения климата.

Совместный анализ изображений в видимом и микроволновом диапазонах и данных наземных прямых и дистанционных наблюдений улучшает достоверность идентификации гляциологических объектов на космических снимках и позволяет следить за их короткопериодными пространственно-временными изменениями на основе дешифрирования космических изображений с помощью как традиционных, так и новейших технологий.

Заключение

1. Дистанционные технологии изучения оледенения позволяют определить современное состояние и оценить изменения береговой линии практически всего Антарктического материка во второй половине XX века на основе сопряженного сравнительного анализа различных типов аэро- и космической информации

2. Анализ материалов сети космической съемки краевой зоны Антарктического ледникового покрова и островных ледниковых куполов Субантарктики в видимом и микроволновом диапазонах показал, что площадь краевой части Антарктиды практически полностью охвачена материалами космических съемок, проведенных начиная с 70-х годов до настоящего времени.

Степень покрытия края Антарктиды изображениями видимого диапазона неравномерна в силу зависимости от освещенности и метеорологических условий.

Радарные космические изображения получены для всей краевой зоны Антарктического ледникового покрова, поскольку технология их получения не зависит от облачности и освещенности и позволяет изучать состояние приповерхностных снежно-фирновых толщ ледников. Мы считаем, что изображения микроволнового диапазона наиболее удобны для решения задач в рамках проекта.

Полученные в виде каталогов и картограмм данные о материалах российских и зарубежных съемок содержат полную информацию о снимках и служат фактической основой для решения одной из важных задач проекта -создания единой базы данных космических изображений краевой зоны Антарктического ледникового покрова.

3. Учитывая, что большая часть исследований состояния и динамики краевой зоны Антарктического ледникового покрова проводилась в пределах отдельных ледников или основных ледосборных бассейнов, мы сохранили региональный подход при систематизации данных дистанционного зондирования краевой зоны ледникового покрова Антарктиды, чтобы обеспечить непрерывность рядов наблюдений и их сравнительный анализ.

Данные о наличии космических съемок краевой зоны Антарктического ледникового покрова систематизированы по двенадцати ледосборным бассейнам, трапециям масштаба 1:1 000 000, типам сенсора, видам изображений и годам проведения съемок.

4. Результаты анализа метеорологических данных, полученных для краевой зоны Антарктического ледникового покрова за более чем 40-летний период, показывают, что наибольшие изменения температуры и количества осадков характерны для района Антарктического п-ова, особенно его северо-западного сектора. Поэтому, для дистанционного определения морфологии поверхности, динамики края, положения границы питания и зон льдообразования в области аккумуляции был выбран ледниковый купол о-ва Кинг-Джордж - наибольший из ледниковых куполов Южных Шетландских островов. Этот район хорошо обеспечен многолетними метеорологическими и гляциологическими наблюдениями и различными видами космических съемок.

Оценка информативности изображений видимого диапазона (SPOT multispectral HRV) и микроволнового (ERS-1/2 SAR) ледникового купола о-ва Кинг-Джордж показала перспективность дистанционного подхода к изучению состояния и динамики наиболее чувствительных индикаторов изменений климата - фронтов и приповерхностных снежно-фирновых толщ субполярных ледников, и этот подход можно использовать при изучении режима и эволюции ледников краевой зоны Антарктического ледникового покрова.

Снимки в видимом спектре позволили определить линии основных ледо-разделов, границы и площадь дренажных бассейнов и оценить площадь и объем ледникового купола. Сравнение положения фронта наиболее активного выводного ледника Лендж на изображении 1992 г. и по аэрофотосъемкам 1956 г. и изменений среднегодовых температур воздуха и количества осадков в 1944-1996 гг. позволило сделать вывод об отступании края ледника на фоне заметного потепления и уменьшения атмосферного питания.

По значениям параметров рассеяния в приповерхностном слое ледникового купола о-ва Кинг-Джордж, полученным по космическому изображению микроволнового диапазона в конце периода абляции, на его поверхности выделены две радарные гляциологические зоны: центральная и периферийная. Сравнение их планового и высотного положения на снимках с результатами наземного изучения показало удовлетворительное совпадение периферийной зоны с областью абляции, центральной - с областью аккумуляции, а зоны раздела между ними - с высотным положением границы питания в конце лета 1995/96 гг.

Количественные значения коэффициентов рассеяния в пределах этих радарных зон позволили дистанционно оценить гидротермический режим поверхности и приповерхностных слоев. Относительно высокие показатели рассеяния, полученные для периферийной радарной гляциологической зоны, присущи таким сильным поверхностным отражателям сигнала, как толщи обнаженного ледникового льда. Низкие значения коэффициентов рассеяния в пределах центральной радарной зоны свидетельствуют о существенной поглощающей способности (абсорбции) слагающих ее приповерхностных снежно-фирновых толщ и характерны для приповерхностного слоя теплой фирновой зоны субполярных ледников в конце периода абляции, где благодаря высокому содержанию незамерзшей воды наблюдаются существенная абсорбция и объемное рассеяние радарного сигнала.

Совместный анализ изображений в видимом и микроволновом диапазонах и данных наземных прямых и дистанционных наблюдений улучшает достоверность идентификации гляциологических объектов на космических снимках и позволяет следить за их пространственно-временными изменениями на основе дешифрирования космических изображений как традиционными, так и новейшими технологиями в пределах обширных территорий.

5. Создание единой базы данных дистанционного зондирования краевой зоны Антарктического ледникового покрова - актуальная задача практически всех международных проектов по изучению оледенения Антарктиды, а дешифрирование и интерпретация изображений ледников Субантарктики в видимом и микроволновом диапазонах определены одной из задач программы СКАР "Чувствительные ледники Субантарктики", а также вносят вклад в международный проект СКАР "Гляциология Южных Шетландских островов" и европейский проект "ВЕКТРА". Полученные данные можно использовать при решении вопросов, касающихся современного состояния и изменений в системе океан-атмосфера-оледенение Антарктиды в рамках проблем, изучаемых проектами 3, 4, 6 и 13 подпрограммы "Изучение и исследование Антарктики" ФЦП "Мировой Океан".

Благодарности. Авторы благодарны Российской академии наук, Российскому фонду фундаментальных исследований, ФЦП "Мировой океан", (проект 02-07-900-30) за финансовую и организационную поддержку в проведении настоящих исследований.

Литература

Говоруха Л. С, Симонов И. М. Географические исследования на о. Кинг-Джордж (о. Ватерлоо)//Информ. бюл. САЭ. 1973. № 85. С. 8-15.

Гляциологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 527 с.

Заморуев В.В. Результаты гляциологических исследований на станции Беллинсгаузен в 1968 г.//Тр. САЭ. 1972. Т. 55. С. 135-144.

Benson C.S. Stratigraphic studies of the snow and firn of the Greenland ice sheet//Folia geogr. danica. 1961. Vol. 9. P. 13-38.

Bintanja R. The local surface energy balance of the Ecology Glacier, King George Island, Antarctica:

Measurements and modeling//Antarctic Sci. 1995. Vol. 7, N 3. P. 315-325.

Budd W. F., Simmonds I. The impact of global warming on the Antarctic mass balance and global sealevel//Proc. Intern. Conf. on the Role of the Polar Regions on Global Change/Univ. of Alaska. Fierbanks. 1991. P. 489-494.

Casassa G. Velocity, heat budget and mass balance at Anvers Island ice cap, Antarctic Peninsula//Antarctic Rec. 1989. Vol. 33, N 3. P. 341-352.

Doake C. S. M., Corr H. F. J., Rott H. et al. Breake-up and conditions for stability of the Nothern Larsen Ice Shelf, Antarctica//Nature. 1998. Vol. 391. P. 778-780.

Forster R. R. Shuttle imaging radar (SIR-C/X-SAR) reveals near surface properties of the South Patagonian Icefield//J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101, N ЕЮ. Р. 23169-23180.

Fox A. J., Cooper A. P. R. Climate-change indicators from archival aerial photography of the Antarctic Peninsula//Ann. Glaciol. 1998. Vol. 27. P. 636-642.

Harangozo A., Colwell S.R., King J. C. An analysis of a 34-year air temperature record from Fossil Bluff, Antarctica // Antarctic Sci. 1997. Vol. 9. P. 353-363.

King J. S. Recent climate variability in the vicinity of Antarctic Peninsula//Intern. J. Climatol. 1994. Vol. 14. P. 357-369.

King J. S., Harangozo S. A. Climate change in western Antarctic Peninsula since 1945: Observations and possible causes//Ann. Glaciol. 1998. Vol. 27. P. 571-575.

Knap W. H., Oerlemans J., Cadee M. Climate sensitivity of the ice cap of King George Island, South Shetland Islands, Antarctica//Ibid. 1996. Vol. 26. P. 154-159.

Laur H., Bally P., Meadows P. et al. ERS SAR calibration: Derivation of the backscattering coefficient in ESA SAR PRI products. 2 ed. Noordwijk: Europ. Space Agency, 1996. (ESA/ERIN Tech. Note 2; ES-TH-RS-PM-H10).

Lucchitta B. K., Rosanova C. E. Retreat of nothern margins of George VI and Wilkins Ice Shelfs, Antarctic Peninsula//Ann. Glaciol. 1998. Vol. 27. P. 41-16.

Macheret Yu. Ya, Moskalevsky M.Yu., Simoes J.C, Ladouch L. Study of King George Island ice cap, South Shetland Islands, Antarctica using radio-echo sounding and SPOT, ERS-1 SAR satellite images//Proc. Intern, seminar on the use and applications of ERS in Latin America, Vina del Mar, Chile, 25-29 Nov., 1996. Vina der Mar, 1997. P. 249-256 (ESA SP-405).

Macheret Yu. Ya., Moskalevsky M.Yu., Simoes J.C, Ladouch L. Radio echo-sounding of King George Island ice cap, South Shetland Islands, Antarctica//Materialy Glyatsioilogicheskikh Issledovaniy. 1998. N 83. P. 121-128.

Macheret Yu. Ya., Moskalevsky M. Yu., Vasilenko Ye.V. Velocity of radio waves in glaciers as an indicator of their hydrothermal state, structure and regime//J. Glaciol. 1993. Vol. 39, N 132. P. 373-384.

Morris E. M., Vaughan D. G. Snow surface temperatures in West Antarctica//The contribution of Antarctic Peninsula ice to sea level rise/Ed. E.M. Morris. Cambridge: BAS. 1992. P. 17-24 (BAS Ice and Climate Special Rep. N 1).

Mulle F. Zonation in the accumulation area of the glaciers of Axel Heiberg Island, N.W.T., Canada//J. Glaciol. 1962. Vol. 4, N 33. P. 49-54.

O'Farell S.P., Connoley W. M. Comparison of wanning trends predicted over the next century around Antarctica from two coupled models//Ann. Glaciol. 1998. Vol. 27. P. 576-582.

Orheim O., Govorukha L. S. Present-day glaciation in the South Shetland Islands//Ibid. 1982 Vol 3. P. 233-238.

Partingto K. S. Discrimination of glacier facies using multi-temporal SAR data//J. Glaciol 1998 Vol. 4, N 146. P. 480-488.

Ramage J. M., hacks B.L. Seasonal changes in Alaskan radar glacier zones//Proc. Final RADARSAT Application Development and Research Opportunity (ADRO) Symp., 13-15th of October 1998 Montreal. 1998.

Rau F., Saurer H. Investigations into snow cover dynamics of two glaciers in the central Marguerite Bay (Antarctic Peninsula) using ERS and RADARSAT SAR imagery//Ibid.

Rott H., Rack W., Nagler Т., Skvarca P. Climatically inducted retreat and collapse of northern Larsen Ice Shelf, Antarctic Peninsula//Ann. Glaciol. 1998. Vol. 27. P. 86-92.

Rundle A. C. Snow accumulation and ice movement on the Anvers Island ice cap, Antarctica- a study of mass balance//IAHS Publ. 1969. N 86. P. 377-390.

Schneider С Energy balance estimates during the summer season of glaciers of the Antarctic Peninsula//Global and Planet. Change. 1999. Vol. 22. P. 117-130.

Simoes J. C., Bremer U.F. Investigation of King George Island ice cover using ERS-1 SAR and SPOT imagery//Symp. "La Antarctica: un continente relevado", Ushuaia, 1995. 1996. P. 56-60 (SELPER Spec. Publ.; Vol. 11, N 1-2).

Skvarca P., Rack W., Rott H., Ibarzabal у Donangelo T. Evidence of recent climate warming on the eastern Antarctic Peninsula//Ann. Glaciol. 1998. Vol. 27. P. 571-575.

Smith R. S., Forster R. R., hacks B.L., Hall D.K. Seasonal climatic forcing of alpine glaciers revealed with orbital synthetic aperture radar//J. Glaciol. 1997. Vol. 43, N 145. P. 480-488.

Smith R. C., Stammerjohn S. E., Barker K. S. Surface air temperature variations in the western Antarctic Peninsula region//Antarctic Res. Ser. 1996. Vol. 70. P. 105-121.

Stark P. Climatic warming in the central Antarctic Peninsula area//Weather 1994 Vol 49 N 6. P. 215-220.

Wunderle S., Hofmann H., Saurer H. Snow-cover development as a component of the local geosystem on Potter Peninsula, King George Island, Antarctica//Proc. Sect. ERS-1 Symp. "Space at the Service of Our Environment", Hamburg, Germany, 11-14 Oct., 1993. Hamburg, 1994. P. 987-991.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
© Алексей Злыгостев, дизайн, подборка материалов, оцифровка, разработка ПО 2001–2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку:
http://antarctic.su/ "Antarctic.su: Арктика и Антарктика"