Брыксина Наталья Анатольевна. Научно-методические основы применения данных дистанционного зондирования при исследовании термокарстовых озерных ландшафтов Западно-Сибирской равнины

Краткое описание

ЮГОРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
nOQ12 52 4 6 А-
W » »• * *
БРЫКСИНА НАТАЛЬЯ АНАТОЛЬЕВНА
НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ОЗЕРНЫХ ЛАНДШАФТОВ
ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ РАВНИНЫ
25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата географических наук
Научный руководитель: д. ф.-м.н., профессор
Полищук Ю. М.
Научный консультант: д.г.н., профессор
Булатов В.И.
Ханты-Мансийск -2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................. 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ КРИОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЗОНЕ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ КАК ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЛАНДШАФТОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ..................................................... 11
1.1. Основные закономерности распространения многолетней мерзлоты и
этапы ее развития 11
1.2. Распространение и современная тенденция развития подземных льдов.... 20
1.3. Классификация криогенных процессов и их индикационная роль................................................. 24
1.3.1. Причины и условия развития термокарста.. 30
1.3.2. Влияние изменения климата на криогенные процессы.................................................................... 34
1.4. Термокарстовые озера как ландшафтные индикаторы изменения состояния
многолетней мерзлоты............................................. 41
ГЛАВА 2. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ МЕТОДАМИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ........................................................... 55
2.1. Современные средства дистанционного исследования динамики
термокарста............................................................. 55
2.2.1. Системы дистанционного зондирования в оптическом диапазоне 55
2.2.2. Системы дистанционного зондирования в микроволновом диапазоне... 61
2.3. Анализ состояния методов и средств цифровой обработки данных дистанционного зондирования 66
2.3.1. Анализ результатов исследований площадей термокарстовых озер по
данным спутниковых наблюдений......................... 69
2.3.2. Использование методов фильтрации в обработке радиолокационных
снимков...................................................................... 73
ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ПЛОЩАДЕЙ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ОЗЕР НА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ................................................ 77
3.1. Обоснование выбора совокупности тестовых участков для исследования
многолетней динамики термокарстовых озер....... 77
3.2. Обоснование выбора спектральных каналов для исследования
термокарстовых озер на основе космических снимков Landsat........................................................ 81
3.3. Анализ погрешности дистанционного измерения площади озера на снимке
Landsat путем сравнения с наземными данными.. 84
3.4. Анализ погрешности измерения площадей озер на снимках Landsat путем
сравнения со снимками сверхвысокого разрешения Quick Bird-2............................................................... 87
3.5. Анализ погрешностей измерения площадей озер на радиолокационных
снимках...................................................................... 93
3.5.1. Исследование эффективности методов фильтрации радиолокационных
снимков с целью выбора наилучшего метода фильтрации................................................................ 93
3.5.2. Анализ погрешностей измерения площадей озер на радиолокационных
снимках путем сравнения со снимком Quick Bird-2.................................................................................. 100
3.5.3. Анализ погрешности дистанционного измерения площади озера на
снимке ERS-2 путем сравнения с наземными данными................................................................... 106
3.5.4. Методика дистанционных исследований внутрисезонных изменений
площадей озер с использованием радиолокационных снимков.................................. 107
3.5.5. Результаты исследования внутрисезонной динамики площадей озер ..113
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОЛЕТНЕЙ ДИНАМИКИ ТЕРМОКАРСТОВЫХ ОЗЕРНЫХ ЛАНДШАФТОВ......................................... 118
4.1. Формирование коллекции космических снимков Landsat...................................................... 118
4.2. Результаты исследования изменения численности озер на изучаемой
территории Севера Западной Сибири................... 120
4.2.1. Анализ данных об изменении количества озер на основе
геокриологического районирования..................... 122
4.2.2. Анализ данных об изменении количества озер на основе ландшафтного
районирования........................................................ 131
4.3. Многолетняя динамика площадей термокарстовых озер в условиях
современных климатических изменений............. 134
4.4. Анализ взаимосвязи динамики термокарстовых процессов с
морфологическими особенностями рельефа Западно-Сибирской плиты..................................... 149
4.5. Формирование базы данных о площадях термокарстовых озер.............................................. 152
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................. 158
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...... 160
Приложение 1.......................................................... 183
Приложение 2.......................................................... 184
Приложение 3.......................................................... 185
Приложение 4.......................................................... 186
Приложение 5.......................................................... 187
Приложение 6.......................................................... 188
Приложение 7.......................................................... 192

Список литературы

Заключение
1. Разработаны методические вопросы использования данных дистанционного зондирования для исследования динамики термокарстовых озерных ландшафтов Западной Сибири с учетом анализа погрешностей.
2. На основе анализа внутрисезонной динамики площадей термокарстовых озер, в среднем не превышающей 2 %, обоснована возможность выбора оптических снимков Landsat в произвольные месяцы теплого периода года при формировании коллекции снимков для исследования многолетней динамики термокарстовых процессов.
3. Проведена оценка погрешности измерения площадей озер на оптических снимках Landsat путем сравнения с наземными данными и снимками сверхвысокого разрешения Quick Bird-2, позволившая установить, что для озер с площадью 10 га и более погрешность измерения площадей озер не превышает 3,5 %, а на радиолокационных снимках с использованием фильтрации -3 %.
4. На основе анализа изменения суммарных площадей озер установлено, что в подзонах арктической и типичной тундры наблюдается увеличение суммарной площади озер (до 7 %), а в подзонах (зонах) южной тундры, лесотундры и северной тайги - сокращение суммарных площадей озер
(до И %).
5. Установлено, что в зоне тундры количество вновь образовавшихся озер увеличивается до 40 %, а в зоне лесотундры и в подзонах северной и средней тайги - до 15 %, что можно связывать с протаиванием многолетнемерзлых грунтов вследствие потепления климата.
6. Установлена взаимосвязь изменений среднелетней температуры воздуха и площадей термокарстовых озер, проявляющаяся в том, что с ростом температуры в северной части подзоны сплошной мерзлоты происходит увеличение суммарной площади и количества вновь образовавшихся озер, а в подзонах прерывистой и в южной части сплошной мерзлоты - их сокращение.
1. По результатам измерений площадей озер сформирована база данных по площадям термокарстовых озер, которая включает информацию о 40 тысячах озер за период 1973-2008 годов (общий объем 23 МБ). База данных зарегистрирована Роспатентом (свидетельство № 2010620330 от 17 июня 2010 г.).
Результаты диссертационного исследования могут быть использованы при проектировании объектов обустройства месторождений и инфраструктуры в зоне многолетней мерзлоты с целью снижения аварийности в результате потепления климата.
Отдельные результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в лекционных и практических курсах по дисциплинам «Дистанционное зондирование Земли», «Дистанционные методы исследования геосистем» при обучении студентов по специальностям «Геоэкология», «Природопользование», подготовке бакалавров и магистров по направлению «Экология и Природопользование» на кафедре экологии и природопользования Югорского государственного университета (г. Ханты- Мансийск)