Исследование динамики термокарстовых озер в различных районах криолитозоны России по космическим снимкам

• Автор: Родионова, Татьяна Васильевна
• Шифр специальности: 25.00.33
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 196 с. : ил. + Прил. ( 122 с. : ил. )

Оглавление
Введение

1. Термокарстовые озера как объект исследования

1.1. Причины образования и особенности развития термокарста

1.2. История развития термокарстового рельефа

1.3. Состояние исследований динамики термокарстовых озер

1.4. Выводы

2. Методика исследования динамики термокарстовых озер

2.1. Общая методическая схема исследования динамики термокарстовых озер

2.2. Характеристика основных материалов исследования

2.3. Выбор и предварительная обработка материалов
2.4. Этап дешифрирования водных объектов
2.5. Оценка надежности дешифрирования термокарстовых озер
2.6. Оценка возможностей взаимного сопоставления космических снимков со спутника ЬапсЬа! одинакового и разного разрешения
2.7. Этап выявления изменений площади термокарстовых озер
2.8. Анализ выявленных изменений
2.9. Выводы
3. Результаты исследований динамики термокарстовых озер в различных районах России
3.1. Выбор районов исследования
3.2. Север Европейской России
3.3. Западная Сибирь
3.4. Север Восточной Сибири и Дальнего Востока
3.5. Центральная Якутия
3.6. Котловины Забайкалья
3.7. Сопоставление результатов региональных исследований
3.8. Выводы
Заключение
Список использованной литературы
Список иллюстративного материала
Приложение (отдельный том): Схемы динамики термокарстовых озер, составленные по
разновременным космическим снимкам на фрагменты эталонных участков в пределах
различных районов криолитозоны России

Введение
Актуальность темы исследования. Характерную черту криолитозоны, занимающей 65% территории России, составляет развитие процессов термокарста и предопределяемые ими формы рельефа - термокарстовые котловины и термокарстовые озера. В условиях потепления климата проявляется большой интерес к исследованию процессов развития термокарста как реакции криолитозоны на повышение температуры воздуха. Однако труднодоступность территории многолетней мерзлоты, высокая степень ее заболоченности не позволяют проводить такие исследования на местности, особенно в пределах больших территорий. В настоящее время стало возможно выполнять их с внедрением дистанционного зондирования Земли. Изменение площади хорошо дешифрируемых на аэрокосмических снимках термокарстовых озер — их динамика — используется как показатель активизации термокарстовых процессов и деградации мерзлоты.
Начиная с начала 2000-х годов зарубежными и отечественными учеными выполнены многочисленные исследования динамики термокарстовых озер, основанные на анализе разновременных космических снимков. В некоторых из них указывается на прямую взаимосвязь между изменением площади озер и потеплением климата, в других такая связь не прослеживается. При этом в пределах одной и той же территории у разных исследователей наблюдаются противоречивые результаты, что обусловлено недостаточной разработанностью методик аэрокосмических исследований динамики термокарстовых озер в имеющихся работах.
Поэтому актуальна разработка надежной методики исследований динамики термокарстовых озер по космическим снимкам, а экспериментальные исследования в различных районах криолитозоны России, проведенные на основе общей для всех районов разработанной методики, позволят выявить причины изменений и ответить на вопрос — могут ли термокарстовые озера служить индикаторами реакции криолитозоны на современное потепление климата, что является не менее актуальной задачей.
Цель диссертации - разработка методики исследований динамики термокарстовых озер по космическим снимкам, обеспечивающей достоверные результаты, и на ее основе - анализ динамики термокарстовых озер в различных географических районах, что позволит выявить особенности этой динамики и факторы, влияющие на изменение площади озер, а также определить возможность использования термокарстовых озер в качестве индикатора состояния криолитозоны при современном потеплении климата.
Для достижения поставленной цели потребовалось:
■ проанализировать состояние имеющихся исследований динамики термокарстовых озер, выявить их особенности и недостатки;

■ оценить надежность дешифрирования термокарстовых озер по космическим снимкам со спутника Landsat;
■ разработать методику исследований динамики термокарстовых озер по космическим снимкам, обеспечивающую достоверное сопоставление разновременных снимков, надежность их дешифрирования, учет погрешности определения площади озер по ним;
■ выявить основные особенности и факторы, определяющие динамику термокарстовых озер в различных районах криолитозоны России.
Методы исследования. Работа основана на исследованиях динамики термокарстовых озер, проводившихся автором путем сопоставления разновременных аэрокосмических снимков и выполненных за период 2009 - 2013 гг. При разработке методики и выявлении основных особенностей динамики термокарстовых озер в различных районах криолитозоны были применены аэрокосмические, геоинформационные, картографические, картометрические и статистические методы.
Исследование опиралось на разработанные в лаборатории аэрокосмических методов классические приемы изучения динамики географических объектов по разновременным аэрокосмическим снимкам (Ю.Ф. Книжников, В.И. Кравцова, И.А. Лабутина, Е.А. Балдина); методы оценки надежности аэрокосмического картографирования (Л.Е. Смирнов, Б.Б. Серапинас); научно-методические принципы тематического картографирования (К.А. Салищев, И.П. Заруцкая); современные методы геоинформационного картографирования (А.М. Берлянт, И.К. Лурье, B.C. Тикунов, Е.Г. Капралов, A.B. Кошкарев); теоретические основы и труды в области мерзлотоведения (В.А. Кудрявцев, H.H. Романовский, Э.Д. Ершов, А.И. Попов, В.Н. Конищев, H.A. Шполянская, Н.В. Тумель); исследования, посвященные изучению термокарста (С.П. Качурин, В.Л. Суходровский, Е.М. Катасонов, Ю.Л. Шур, Н.П. Босиков); современные исследования динамики термокарстовых озер (В. Riordan, K. Hinkel, L. Smith, В.В. Елсаков, Ю.М. Полищук, H.A. Брыксина, С.Н. Кирпотин, G. Grosse, A. Mongenstem, В.И. Кравцова).
Использованные материалы. В качестве основных материалов для изучения динамики термокарстовых озер использованы: космические снимки со спутника Landsat и
разведывательного спутника Corona (камера KeyHole), распространяемые Геологической службой США, аэрофотоснимки масштаба 1:25 ООО и 1:60 ООО, предоставленные ПНИИИС; космические снимки сверхвысокого и очень высокого пространственного разрешения со спутников WorldView-1, GeoEye, IRS-P5 (Cartosat), SPOT-5, предоставленные ИТЦ “СКАНЭКС”.
В качестве дополнительных материалов для выявления причин и основных особенностей динамики термокарстовых озер были использованы метеорологические данные (величины

классификации снимков с разным разрешением без дополнительной обработки, в частности, исключения из анализа малых озер, отображаемых на снимке более высокого разрешения и не отображающихся на снимке более низкого разрешения, может привести к ошибочным выводам об изменении площади озер. Помимо этого, прежде чем выполнить сложение собственно снимков, снимки необходимо привести к одинаковым условиям съемки. Даже если снимки получены одной и той же съемочной системой сложение снимков возможно лишь тогда, когда выполнена радиометрическая коррекция и исключено влияние атмосферы, для точного выполнения которых необходимо моделирование прохождения излучения через атмосферу с учетом рассеивания в атмосфере и уровня видимости, что не всегда реализуемо. При сложении же переходных карт, составленных по разновременным аэрокосмическим снимкам, можно обойтись без такой коррекции, достаточно надежно выделить термокарстовые озера по сравниваемым разновременным снимкам.
На рисунке 2.1 представлена методическая схема исследования динамики термокарстовых озер на основе разновременных аэрокосмических снимков.
Согласно представленной схеме методика исследования динамики термокарстовых озер включает в себя несколько этапов:
1. Выбор и предварительная обработка материалов
2. Этап дешифрирования водных объектов
3. Этап выявления изменений площади озер
4. Анализ наблюдаемых изменений