Определение снегозапасов Алтая с использованием спутниковой информации | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 334.

Определение снегозапасов Алтая с использованием спутниковой информации

Представлена технология оценки снегонакопления с использованием спутниковой информации. Приводится карта снегозапасов для территории Алтая на 20 марта 2004 г., построенная на основе снимков спутников NOAA и TERRA.

Estimation of snow storage in Altai using satellite information.pdf Общее представление о снежном покрове дают ма-териалы многолетних наблюдений Западно-Сибир-ского УГМС. Ряды наблюдений по нескольким станци-ям насчитывают от 50 до 60 лет и более. Но количество станций не покрывает реальных потребностей террито-рии, кроме того, в последние годы произошло сокра-щение сети. Расположение существующих станций и постов не всегда отражает реальные условия формиро-вания снежного покрова. Это связано с тем, что стан-ции находятся в основном в долинах и межгорных кот-ловинах, и потому большинство из них расположены до высоты 1000 м. При этом средневзвешенная высота основных водосборов территории составляет: р. Обь у г. Барнаула - 1210 м, р. Катунь у с. Сростки - 1890 м, р. Бия у г. Бийска - 1375 м. Наиболее полные сведения о распределении снегозапасов в горных районах были получены в ходе снегомерных съемок, которые регу-лярно проводило Западно-Сибирское УГМС. Маршру-ты были выбраны таким образом, чтобы охарактеризо-вать различные по условиям увлажнения районы и вы-сотные зоны, не охваченные стандартными наблюде-ниями. Снегомерные пункты находились: в верховьях р. Катуни; в центральном районе, расположенном между Семинским и Теректинским хребтами Алтайских гор и Прителецком районе, охватывали высотный интервал от 360 до 2200 м. Существенным дополнением к этим све-дениям стали данные, полученные в ходе экспедиций ТГУ в различных горно-ледниковых районах. Эта ин-формация существенно уточнила характер распределе-ния снегозапасов по высоте.Изучением снежного покрова бассейна Верхней Оби занимались многие исследователи. Опубликованы статьи и монографии, описывающие снежный покров отдельных водосборов, небольших районов и горно-ледниковых бассейнов высокогорья. В них содержатся ценная информация и анализ распределения снега в зависимости от локальных климатических и орографи-ческих условий. Наиболее полное обобщение и описа-ние снежного покрова Алтая выполнено в работах В.С. Ревякина и его соавторов [1-4]. В монографии В.С. Ревякина и В.И. Кравцовой «Снежный покров и лавины Алтая» [5] представлены карты высоты снеж-ного покрова на всю территорию, составленные по за-висимостям от высоты местности и ландшафтному ме-тоду. Карта высоты снега, построенная по высотным зависимостям, отражает основные закономерности распределения снежного покрова Алтая. Кроме того,авторами дано подробное описание особенностей рас-пределения снега и факторов, его определяющих. Ос-новная проблема при работе с данным картографиче-ским материалом состоит в том, что масштаб опубли-кованной карты не позволяет использовать ее в гид-рологических расчетах. Картирована высота снега, и для перехода к снегозапасу необходимо учитывать плотность снега, которая зависит от целого ряда фак-торов, их недоучет может привести к значительным ошибкам.Применение спутниковой информации в оценке сне-гозапасов. Развитие современных технологий открыва-ет новые возможности для решения прикладных гид-рологических задач. Дистанционные методы оценки состояния природной среды развиваются уже не первое десятилетие, при этом решение многих технических проблем и сопутствующих задач, в частности иденти-фикации снега и льда по космическим снимкам позво-лило более объективно определять границы исследуе-мых объектов. Созданные программные продукты об-работки спутниковой информации позволяют в автома-тическом режиме получать площади заснеженности и её распределение по высоте бассейна.Дистанционные методы изучения горных районов уже были опробованы для территории Алтая. В рабо-тах В.И. Кравцовой и И.А. Лабутиной [6], И.С. Гаре-лика, А.М. Гринберга, А.Н. Кренке [7] представлены материалы обработки фотоснимков с орбитальной станции «Салют», произведенных в июне 1971 г. Съемка проводилась камерами разного масштаба: 1:1,5 - 1:2 и 1:7 млн.В.И. Кравцовой, И.А. Лабутиной [6] была дана ха-рактеристика расположения границы снега, выделены ее особенности для пологих и расчлененных склонов, отмечено, что снимки более мелкого масштаба дают лучшее пространственное распределение границы сне-га. Авторы отмечали, что на том этапе получения дан-ных не было возможности определять высоту снега, а следовательно, и снегозапас по снимкам. Тем не менее по материалам съемок было представлено относитель-ное распределение снега на основе качественных пока-зателей «снежный покров незначительной мощности», «снежный покров значительной мощности», предложе-ны характерные дешифровочные признаки. По мате-риалам была построена карта снегозапасов для района, находящегося на стыке Ивановского, Ульбинского, Коксуйского хребтов и хребта Холзун, названного160В.С. Ревякиным «полюсом снежности» [2]. По резуль-татам обработки снимков июня 1971 г. сформулирова-ны несколько закономерностей, которые в дальнейшем подтверждены детальными измерениями.По данным этой же съемки были проведены расче-ты снегозапасов высокогорной зоны Катунского хребта по методу «теплового проявления» [7]. Полученные результаты подтвердили перспективность метода для горных районов. Авторы отметили, что при известных допущениях метода его результаты точнее данных, полученных по наблюдениям станций Аккем и Кара-тюрек. Описанные результаты получены по единичным съемкам. Но даже в этом случае признавались несо-мненные достоинства спутниковой информации для картирования снежного покрова.Новые возможности применения космической ин-формации для Алтая появились с получением снимков ИСЗ NOAA и TERRA. Определяющим условием при-менения этих изображений в гидрологической практи-ке стала разработка программного продукта «SNOW» специалистами Красноярского НИЦ и Красноярского Геоинформационного центра СО РАН [9]. Созданная технология реализуется для подготовки оперативных гидрологических прогнозов и позволяет в автоматиче-ском режиме получать и рассчитывать площадь засне-женности территории.Возможности данного технологического продукта не ограничиваются только прогнозными задачами. По-лученный спутниковый материал, а главное, обрабо-танный и представленный в количественных характе-ристиках и картографических изображениях, позволил уточнить распределение снегозапаса по территории Алтая и построить карту снегозапасов для этой терри-тории. Поскольку основной задачей обработки спутни-ковой информации было обеспечение гидрологических прогнозов периода весеннего половодья, то снегозапас приводился к 20 марту, именно эта характеристика и была картирована.Методика определения снегозапасов на основе спутниковой информации. Методической основой оп-ределения снегозапасов с использованием спутниковой информации является «метод теплового проявле-ния» [8]. Для расчета снегозапасов используется серия снимков, полученных со спутников NOOA, TERRA. По снимкам выделяется граница снега. Созданное про-граммное обеспечение позволяет фиксировать метки сезонной снеговой границы в автоматическом режиме. Отмеченные точки попадают в базу данных, где реги-стрируются истинные координаты и высота. Для каж-дой точки выполняются расчеты слоя стаявшего снега (в мм воды) по наземной ежедневной метеорологиче-ской информации. Полученные данные приводятся к 20 марту - дате выпуска первоначального прогноза. Снеговая линия, которая лучше всего определяется по космическому снимку, наглядно представляет одно-временное распределение снега по территории. Снимки выявляют различия высоты снеговой линии на склонах разной экспозиции. Сочетание разновременных сним-ков позволяет определять градиент снегозапасов на одном склоне.Для оценки снегозапасов было обработано более 50 снимков за 12 лет: снимки ИСЗ NOAA - с 1997 по2003 г., снимки ИСЗ TERRA - с 2004 по 2008 г. для всего бассейна Верхней Оби. Территория имеет уни-кальный набор физико-географических зон, поэтому можно эффективно отработать методику определения снегозапасов. Для работы использовались изображе-ния, отвечающие ряду условий. Прежде всего, отбира-лись снимки без сплошного покрова облачности. Сни-мок может быть использован и в случае, когда отчет-ливо видна только часть территории для отдельного района. Исходное разрешение снимков хорошо генера-лизирует границу снега, но при этом возникают труд-ности с идентификацией отдельных точек. Часть из них попадает в зону темнохвойной тайги, где динамика схода снега не прослеживается, и могут быть получены неправдоподобные величины. Для того чтобы отбрако-вать точки, попадающие в лес, применялся принцип совмещения двух разновременных снимков. Положе-ние снеговой линии фиксировалось по весеннему снимку, а затем оно наносилось на зимний снимок, ко-торый соответствовал 100%-ному периоду заснеженно-сти. Темные участки на нем отчетливо показывают районы, покрытые лесами и попавшие в эту зону точки отбраковывались. Отдельные снимки использовались для расчетов, другие помогали выделить районы тем-нохвойной тайги, отметить вершины и крутые склоны. Для уточнения характера подстилающей поверхности использовались топографические карты.В настоящее время накоплено достаточное количе-ство материала, которое позволяет для каждого района подобрать оптимальный набор снимков. Ход снеготая-ния по территории, подчиненный законам вертикаль-ной зональности, определяет периоды, в которые для каждого района выбираются снимки. Для территории Алтая была использована следующая схема: для рав-нинной части - снимки апреля, для среднегорья - мая, для высокогорья - июня-июля. Для определения зоны темнохвойных лесов - февральские и мартовские снимки. В указанные периоды выбираются два-три снимка за разные даты, которые показывают динамику снеговой линии в период весеннего снеготаяния.В качестве иллюстрации технологии определения сне-гозапасов можно привести обработку снимков для района Центрального Алтая, Северо и Южно-Чуйских хребтов.При сопоставлении нескольких положений границы снега одного периода (май) отмечается подобие, кото-рое сохраняется из года в год (рис. 1). Даже при слу-чайной выборке точек, фиксирующих положение ли-нии, узловые точки практически совпадают, эти точки могут выступать реперами.Композиция двух разновременных снеговых границ (май и июнь) позволяет выявить вершины и крутые скло-ны, которые свободны от снега даже зимой (рис. 2). Дан-ная комбинация выявляет точки, которые попадают на ледники и на заснеженные водоемы. Космические изо-бражения позволяют оценить характер подстилающей поверхности - снег, снег в лесу, растительность.Разновременные снимки наглядно демонстрируют сход снега (см. рис. 2). В характере изменения этих линий можно отметить следующие особенности:- максимальное повышение границы наблюдается на южных склонах;- отчетливо проявляются речные долины;161- при этом в речных долинах быстрее открываются склоны южной и юго-западной экспозиции; на север-ных склонах на движение снеговой границы большее влияние оказывает орографический фактор.Положение границы снегаЦентральный АлтайСеверо-Чуйский, Южно-Чуйский хр.май 1998, 2002, 2004 г.г.50,35 50,30 50,25 50,2050,05 50,00 49,95 49,90 49,85 49,80 49,75 49,70 49,656,9087,0087,1087,2087,3087,4087,5087,6087,7087,8087,9088,0088,1088,2088,3088,4088,50Рис. 1. Сезонная снеговая линия на снимках одного периода (май) в разные годы1 Положение границы снега Центральный Алтай Северо-Чуйский, Южно-Чуйский хр май, июнь 2002Г^

Ключевые слова

Алтай, снегозапасы, спутниковая информация, Altai, snow storage, satellite information

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Игловская Наталья ВалентиновнаТомский государственный университетсоискатель кафедры гидрологии геолого-географического факультетаnigls@bk.ru
Нарожный Юрий КонстантиновичТомский государственный университетдоцент, кандидат географических наук, доцент кафедры гидрологии геолого-географического факультетаnigls@bk.ru
Всего: 2

Ссылки

Бураков Д.А., Кашкин В.Б., Сухинин А.И. и др. Методика определения заснеженности речного бассейна по спутниковым данным для оперативных прогнозов стока // Метеорология и гидрология. 1996. Вып. 8. С. 100-109.
Котляков В.М., Ходаков В.Г., Гринберг А.М. Тепловое проявление снежно-ледовых объектов как метод количественной интерпретации аэрокосмической информации // Известия АН СССР. Сер. Геогр. 1981. № 3. С. 127-132.
Гарелик И.С., Гринберг А.М., Кренке А.Н. Использование материалов съемок со спутников для гляциологических исследований // Известия АН СССР. Сер. Геогр. 1975. № 1. С. 93-101.
Кравцова В.И., Лабутина И.А. Использование космических снимков для гляциологического изучения горных районов // Исследование природной среды космическими средствами. 1974. Т. 3. С. 57-62.
Ревякин В.С., Кравцова В.И. Снежный покров и лавины Алтая. Томск: Изд-во ТГУ, 1977. 216 с.
Ревякин В.С., Галахов В.П., Голещихин В.П. Горноледниковые бассейны Алтая. Томск: Изд-во ТГУ, 1979. 308 с.
Ревякин В.С. и др. Снежный покров Алтае-Саянской области // МГИ. М., 1979. Вып. 35. С. 109-120.
Ревякин В.С., Попов В.И. Полюс снежности Алтая // Известия ВГО. 1976. Т. 108, вып. 6. С. 550-554.
Ревякин В.С., Барахтин В.Н., Виноградов В.А. и др. Снежный покров Горного Алтая // МГИ. М., 1974. Вып. 23. С. 160-168.
 Определение снегозапасов Алтая с использованием спутниковой информации | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 334.

Определение снегозапасов Алтая с использованием спутниковой информации | Вестн. Том. гос. ун-та. 2010. № 334.

Полнотекстовая версия