Родионова Татьяна Васильевна. Исследование динамики термокарстовых озер в различных районах криолитозоны России по космическим снимкам : Родіонова Тетяна Василівна. Дослідження динаміки термокарстових озер у різних районах кріолітозони Росії за космічними знімками

Краткое описание

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
географический факультет
кафедра картографии и геоинформатики
на правах рукописи
Родионова Татьяна Васильевна
Исследование динамики термокарстовых озер в различных районах криолитозоны России по космическим снимкам
Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 25.00.33 - картография
Научный руководитель: в. н. с., д. г. н. Кравцова В. И.
Москва 2013
Оглавление
Введение.................................................................................................................................................. 3
1. Термокарстовые озера как объект исследования......................................................................... 8
1.1. Причины образования и особенности развития термокарста............................................. 8
1.2. История развития термокарстового рельефа...................................................................... 15
1.3. Состояние исследований динамики термокарстовых озер............................................... 18
1.4. Выводы................................................................................................................................... 32
2. Методика исследования динамики термокарстовых озер.......................................................... 34
2.1. Общая методическая схема исследования динамики термокарстовых озер.................. 34
2.2. Характеристика основных материалов исследования....................................................... 36
2.3. Выбор и предварительная обработка материалов............................................................. 39
2.4. Этап дешифрирования водных объектов............................................................................ 43
2.5. Оценка надежности дешифрирования термокарстовых озер........................................... 48
2.6. Оценка возможностей взаимного сопоставления космических снимков со спутника
Landsat одинакового и разного разрешения......................................................................... 64
2.7. Этап выявления изменений площади термокарстовых озер............................................ 69
2.8. Анализ выявленных изменений........................................................................................... 74
2.9. Выводы................................................................................................................................... 76
3. Результаты исследований динамики термокарстовых озер в различных районах
России............................................................................................................................................. 79
3.1. Выбор районов исследования.............................................................................................. 79
3.2. Север Европейской России.................................................................................................. 84
3.3. Западная Сибирь................................................................................................................... 94
3.4. Север Восточной Сибири и Дальнего Востока................................................................ 116
3.5. Центральная Якутия........................................................................................................... 143
3.6. Котловины Забайкалья....................................................................................................... 158
3.7. Сопоставление результатов региональных исследований.............................................. 168
3.8. Выводы................................................................................................................................. 172
Заключение.......................................................................................................................................... 174
Список использованной литературы................................................................................................ 177
Список иллюстративного материала................................................................................................ 188
Приложение (отдельный том): Схемы динамики термокарстовых озер, составленные по разновременным космическим снимкам на фрагменты эталонных участков в пределах различных районов криолитозоны России 1 - 123

Список литературы

Заключение
В ходе диссертационного исследования последовательно выполнены следующие этапы: проанализировано состояние имеющихся исследований динамики термокарстовых озер, выявлены их особенности и недостатки; оценена надежность дешифрирования термокарстовых озер по космическим снимкам со спутника Landsat; разработана методика исследований динамики термокарстовых озер, обеспечивающая достоверное сопоставление разновременных снимков, надежность их дешифрирования и учет погрешности определения площади озер по ним; выполнены исследования динамики термокарстовых озер в различных районах криолитозоны России и выявлены основные особенности и факторы, определяющие ее. Получены следующие результаты:
1. Динамика термокарстовых озер привлекает внимание ученых и практиков как возможный показатель состояния криолитозоны при потеплении климата. В связи с этим, начиная с 2000-х годов, выполнены многочисленные исследования динамики термокарстовых озер, охватывающие области как сплошного, так и прерывистого распространения многолетнемерзлых пород в пределах полуострова Аляска и криолитозоны Евразии.
В ряде исследований выявлены существенные и разнонаправленные изменения термокарстовых озер, которые авторы связывали с активизацией термокарстового процесса под влиянием потепления климата: сокращение количества и площади озер на Аляске, где в зоне прерывистой мерзлоты наблюдается уменьшение площади озер до 50%, а в зоне сплошной мерзлоты до 6% (Fitzgerald, Riordan, 2003; Riordan et al, 2006); увеличение количества и площади озер до 12% в зоне сплошной мерзлоты в Западной Сибири (Smith et al, 2005; Кирпотин с соавт., 2008; Брыксина с соавт., 2009), двукратное увеличение площади озер в Центральной Якутии (Кравцова, Быстрова, 2009). При этом по одним и тем же территориям, особенно по Западной Сибири результаты имели сильные расхождения (Кирпотин с соавт., 2008; Кравцова, Тарасенко, 2010), что связано с различными методическими подходами.
Это обусловило необходимость разработки методики аэрокосмических исследований динамики термокарстовых озер, обеспечивающей достоверные результаты, и выполнения исследований на основе единой методики в различных районах криолитозоны с учетом их географической специфики, факторов, влияющих на процессы термокарста и в итоге определения возможности использования динамики термокарстовых озер в качестве индикатора состояния криолитозоны при потеплении климата.
2. Космические снимки со спутника Landsat, используемые в качестве основных материалов при изучении динамики термокарстовых озер, как имеющие ряд преимуществ по сравнению с другими космическими снимками, имеют существенные недостатки, в связи с невысоким пространственным разрешением, к тому же неодинаковым (80 и 30 м) у снимков, полученных в разные периоды.
Оценка надежности дешифрирования термокарстовых озер по космическим снимкам со спутника Landsat, выполненная с использованием снимков сверхвысокого разрешения со спутников WorldView-1, IRS-P5 (Cartosat) и SPOT-5 с разрешением 0,5-2,5 м, показала, что на снимке ETM+(TM)/Landsat полнота дешифрирования более 90% обеспечивается лишь для озер площадью более 0,5 га, а на снимке MSS/Landsat - для озер площадью более 3 га. На снимке ETM+(TM)/Landsat определение значений площади озер с погрешностью менее 10% возможно лишь для крупных озер площадью более 10 га, а на снимке MSS/Landsat - для озер площадью более 40 га. В связи с этим использование космических снимков со спутника Landsat должно учитывать ряд ограничений: исключение из рассмотрения малых озер с полнотой
дешифрирования менее 90% и учет погрешности определения площади озер.
3. Сравнение разновременных снимков со спутника Landsat разного разрешения требует приведения их к одинаковой детальности путем исключения озер, не отображающихся на менее детальном снимке. Сравнение разновременных снимков одинакового разрешения также требует исключения из анализа малых озер, по-разному изображающихся на этих снимках из-за различий в их положении относительно сетки пикселов. Величины пороговых значений, обеспечивающих правомерность такого сравнения, определенные в результате сопоставления между собой единовременных космических снимков со спутника Landsat, составили: 0,4 га для снимков ETM+(TM)/Landsat и 2 га для снимков MSS/Landsat. Исключение из анализа малых озер такой величины обеспечивает сопоставимость количества озер на сравниваемых снимках.
Из-за больших значений погрешности определения площади малых озер, по количеству преобладающих в большинстве районов, нецелесообразно определять изменение суммарной площади всех озер. Рекомендуется оценивать изменения площади отдельных озер с учетом среднеквадратической погрешности их определения (изменения площади, превышающие значения 1,64 а).
Количественную оценку изменений площади озер необходимо сочетать с составлением картографических материалов - схем динамики термокарстовых озер, обеспечивающих проверку выявленных изменений и визуальный пространственный анализ изменений.
4. На основе разработанной методики исследована динамика 300 000 термокарстовых озер на 39 эталонных участках в районах Севера Европейской части России, Западной Сибири, Севера Восточной Сибири и Дальнего Востока, Центральной Якутии, котловинах Забайкалья.
Согласно полученным результатам термокарстовые озера, распространенные на территории криолитозоны России, характеризуются небольшой изменчивостью, и разнонаправленной динамикой как в сторону уменьшения, так и увеличения их площади и количества. За период с 1970-х - 1980-х по 2000-е годы в целом по всей территории криолитозоны России сокращение площади озер и их количества преобладает над их увеличением. Сокращение площади озер составляет -2,9%, а увеличение - +1,2%. Уменьшение количества озер составляет -0,5%, а увеличение - +0,3%.
Изменчивость термокарстовых озер определяется целым рядом сложно взаимодействующих факторов. Помимо повышения температуры воздуха, которое могло бы вызывать протаивание мерзлых пород и активизацию термокарстового процесса, действуют гидрологические и метеорологические факторы, антропогенная деятельность.
Наблюдаемое на территории криолитозоны массовое сокращение площади озер обусловлено, главным образом, гидрологическими факторами и зарастанием водоемов растительностью. В отдельных случаях отмечается влияние антропогенной деятельности.