Применение радиолокационных космоснимков Sentinel-1 при картировании наледей Чульманского плато и оценка закономерностей их распространения

Исследования наледей в мировой литературе последнего десятилетия сводятся к поиску региональных закономерностей их распространения, составляются каталоги наледей различных регионов. В данной статье рассмотрены новые подходы к картированию наледей с применением разностного снежного индекса NDSI на основе снимков Sentinel-2 и неполно поляризационных радиолокационных снимков Sentinel-1. С помощью поляриметрического разложения радиосигнала и с использованием неконтролируемой классификации выделены контуры наледей в мае 2018–2022 гг., рассчитана их площадь. Проведено сравнение площадей наледей обоими методами, выполнена корреляция данных. Наилучшим временем оконтуривания наледей по радиолокационным снимкам является период начала снеготаяния, первая половина мая. Лишь 10 % всех наледей имели расхождение значений их площадей менее 10 %. Они расположены в долинах рек, в которых границы наледной поляны совпадают с поймой, а ширина их составляет не менее 100 м. Отраженный радиосигнал на таких объектах характеризуется объемным рассеянием с умеренной или высокой энтропией. Основная проблема применения радиолокационных снимков в картировании наледей связана с генерализацией границ в результате классификации полигонов при поляриметрическом разложении радиосигнала. Как правило, растительность и увлажненная поверхность поймы имеют общие черты отраженного радиосигнала с наледными объектами, в связи с чем происходит объединение их границ при классификации. На основе индекса NDSI было дешифрировано 237 наледей в пределах Чульманского плат, суммарной площадью 134,44 км². Оценена роль природных факторов в развитии наледеобразования. Проведенные исследования являются начальным этапом изучения наледей южной части криолитозоны. В дальнейшем планируется провести классификацию наледей по источникам их питания, детализировать закономерности наледеобразования в регионе. Полученные результаты исследований позволят прогнозировать наледеобразование при строительстве инженерных сооружений, оценивать ресурсы подземных вод.

1. Вельмина Н.А., Узембло В.В. Гидрогеология центральной части Южной Якутии. М., Л.: Издательство Академии наук СССР; 1959. 178 c.

2. Алексеев В.Р. Ландшафтная индикация наледных явлений. Новосибирск: Наука; 2005. 363 c.

3. Фотиев С.М. Подземные воды и мерзлые породы Южно-Якутского угленосного бассейна. М.: Наука; 1965. 230 c.

4. Суходольский С.Е. Парагенезис подземных вод и многолетнемерзлых пород. М.: Наука; 1982. 152 c.

5. Гаврилов А.В. О геокриологической информативности спектрозональных аэрофотоматериалов (на примере Чульманского района). В кн.: Мерзлотные исследования. 1979. Выпуск XVIII. М.: Моск. ун-т;1979. С. 141-153.

6. Гаврилов А.В. Классификация наледных участков южной части криолитозоны в целях изучения наледей аэро- и космическими методами. Вестник Московского университета. Серия 4 Геология. 1981;(1): 73-85.

7. Чижова Н.И. Характеристика относительной наледности Алдано-Тимптонского междуречья. Вестник Московского университета. Серия 4 Геология. 1980;(1):60-64.

8. Топчиев А.Г. Космические методы изучения долин и наледей Чульманского района. В кн.: Спиридонов А.И., Сладкопевцев С.А. (ред.). Вопросы географии. Сборник 111: Геоморфология и строительство. М.: Мысль; 1979. С. 169-175.

9. Топчиев А.Г. Исследование наледей и подземных вод на территории криолитозоны по данным космической съемки. В кн.: Наука и образование в XXI веке: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции, 30 сентября 2013 г. Часть 2. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком»; 2013. C. 145-147.

10. Марков М.Л., Василенко Н.Г., Гуревич Е.В. Наледи зоны БАМ: экспедиционные исследования. СПб.: Нестор-История; 2017. 319 с.

11. Makarieva O., Shikhov A., Nesterova N., Ostashov A. Historical and recent aufeis in the Indigirka River basin (Russia). Earth System Science Data. 2019;11(1): 409-420. https://doi.org/10.5194/essd-11-409-2019

12. Morse P.D., Wolfe S.A. Icings in the Great Slave region (1985-2014), Northwest Territories, mapped from Landsat Imagery. Geological Survey of Canada, Open File 7720. 2014. https://doi.org/10.4095/295540

13. Brombierstäudl D., Schmidt S., Nüsser M. Distribution and relevance of aufeis (icing) in the Upper Indus Basin. Science of the Total Environment. 2021;780: 146604. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146604

14. Gagarin L., Wu Q., Cao W., Jiang G. Icings of the Kunlun Mountains on the northern margin of the Qinghai-Tibet Plateau, Western China: origins, hydrology and distribution. Water. 2022;14:2396. https://doi.org/10.3390/w14152396

15. Долгушин И.Ю. Геоморфология западной части Алданского нагорья. М.: Издательство АН СССР; 1961. 205 c.

16. Труш Н.И., Чижов А.Б., Чижова Н.И. и др. Южная Якутия: Мерзлотно-гидрогеологические и инженерно-геологические условия Алданского горнопромышленного района. М.: Издательство Московского университета; 1975. 444 c.

17. User Guides - Sentinel-1 SAR https://sentinel.esa.int/web/sentinel/userguides/sentinel-1-sar. 2023 [процитировано 25 сентября 2023 г.]. Доступно: https://sentinel.esa.int

18. Cloude S.R. The dual polarisation entropy/alpha decomposition: a palsar case study. In: Proceedings of the 3rd international workshop on science and applications of SAR polarimetry and polarimetric interferometry, Frascati, 22-26 January, 2007. Frascati; 2007, pp. 1-6.

19. Толстихин Н.И. Подземные воды мерзлой зоны литосферы. Л., М.: Госгеолиздат; 1941. 204 c.

20. Завадский Ф.Р., Железняк М.Н. Динамика формирования гигантских наледей в бассейне реки Верхняя Нерюнгра в условиях работы крупного водозабора. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013;77(6):55-60.

21. Gagarin L., Melnikov A., Ogonerov V., Bazhin K. Phenomena caused by seismic and geocryological processes across linear infrastructure, South Yakutia, Russia. Sciences in Cold and Arid Regions. 2017;9(4):352-362.