Регистрация / Вход
Прислать материал

Мониторинг горных ледников по данным космических снимков в тепловом диапазоне в условиях современного изменения климата

Сведения об участнике
ФИО
Филиппова Виолетта Глебовна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о Земле, экология и рациональное природопользование
Раздел области наук
География и гидрология суши
Тема
Мониторинг горных ледников по данным космических снимков в тепловом диапазоне в условиях современного изменения климата
Резюме
Данная работа посвящена мониторингу горных ледников с помощью данных космических снимков в климатическом и гидрологическом аспектах.
В ней описывается разработка и применение приемов, ориентированных на использование спутниковых снимков в тепловом диапазоне, для оценки состояния горных ледников. Новшество подхода заключается в применении тепловых каналов.
Большинство имеющихся данных о толщине ледников были получены на основе полевых дорогостоящих работ. В данной работе предлагается иной способ – использование бесплатных спутниковых снимков. Это открывает новые перспективы изучения не только ледников горных стран, но и является базой для последующих исследований климата Земли.
Ключевые слова
горные ледники, гидрология, спутниковые снимки, гляциология, дистанционное зондирование, ГИС
Цели и задачи
Цель работы: разработка новых подходов к оценке изменений тепловых свойств горных ледников по данным спутниковых снимков в тепловом диапазоне. Изменение тепловых свойств рассматривается как признак трансформации тела ледника.
Задачи:
- поиск исходной информации с данными радиолокационных исследований;
- выбор спутниковых снимков на основе заданных параметров;
- обработка тепловых каналов спутника Landsat с учётом атмосферной коррекции;
- анализ взаимосвязи между данными о температуре поверхности ледника и его толщины;
- разработка методики оценки динамического состояния горного ледника по тепловым данным.
Введение

   За последние десятки лет на Земле увеличивается скорость климатических изменений (температура воздуха, атмосферные осадки и т.п.), что не могло не сказаться на ее геооболочках. Особым индикатором глобальных климатических изменений являются ледники.По данным спутникового зондирования их глобальная площадь, начиная с 1960-х гг., уменьшилась примерно на 10% [1]. В связи с этим, развитие методов моделирования и анализа на основе данных дистанционного зондирования имеет большое значение. Человеческое воздействие – один из сильнейших «катализаторов» глобального повышения температуры, загрязнения атмосферы и т.п. Мониторинг природных процессов, связанных с климатическими изменениями, способствует уменьшению антропогенного влияния.

Методы и материалы

 

   Исходные данные:

космические снимки спутников Landsat 5, Landsat 7, Landsat 8, цифровая модель рельефа(Aster GDEM), цифровой контур Ронского ледника (GLIMS), карта глубины Ронского ледника (наземное радиолокационное зондирование, Farinotti, 2009).

   Методика, ориентированная на использование спутниковых снимков в тепловом диапазоне, для оценки состояния горных ледников подразделяется на несколько этапов.

   Первым важным этапом является преобразование спутниковых данных в значения температуры  поверхности, который состоит из 1) определение соотношения между DN и измеряемым потоком энергии, данный процесс называется «калибровкой сенсора»; 2) атмосферная коррекция с применением параметров, характерных именно для данной территории; 3) конвертирование значений излучения, прошедших стадию атмосферной коррекции в значения температуры поверхности Земли.

   Второй этап представляет нахождение взаимосвязи между температурой поверхности и толщиной ледника.

   Температура понижается с увеличением высоты со средним вертикальным градиентом 0,6°/100 м, поскольку ледник - горный, при построении карты температуры поверхности необходимо учитывать фактора рельефа: изменение высоты местности. Поэтому важной задачей во втором этапе было вычитание высотного тренда из исходных данных температуры. 

   Заключительной задачей, входящей во второй этап является сравнение полученной карты температуры без тренда и карты толщины ледника, о которой упоминалось ранее, и анализ закономерностей.

Описание и обсуждение результатов

 

   Главный итог работы ­ расчет температуры поверхности Ронского ледника. Для этого были обработаны два снимка за разные даты (25-08-2015 – Landsat 8 и 24-09-2000 – Landsat 7). Затем была проанализирована связь между температурой поверхности и толщиной Ронского ледника. Исследование показало, что в целом большей толщине ледника соответствуют более низкие температуры поверхности. 

   В заключении, были разработаны подходы, позволяющие определять динамические изменения горных ледников (толщину, объём по изменениям их тепловых состояний), что в целом позволяет распространить данную методику на другие малоизученные ледники. 

   Мониторинг горных ледников является важной частью в исследованиях климатических изменений Земли. Разработка данного метода, связанная с оценкой запасов ледников более доступными и недорогими средствами, может быть, на наш взгляд, полезна и актуальна в изучении фундаментальной проблемы современных изменений оледенения и климата Земли на основе численного моделирования и ГИС технологий. 

Используемые источники
1. Ученые: скорость таяния полярных ледников растет быстрее, чем горных // Geophysical Research Letters – (Рус.). – URL: http://sites.agu.org/
2. Tcherepanov E. N., V. A. Zlotnik & G. M. Henebry (2005) Using Landsat thermal imagery and GIS for identification of groundwater discharge into shallow groundwater dominated lakes, International Journal of Remote Sensing, vol. 26, p. 3649-3661.
3. K. Babu Govindha RAJ, Kevin Fleming Surface Temperature Estimation from Landsat ETM Data for a part of the Baspa Basin, NW Himalaya, India/ K. Babu Govindha RAJ, Kevin Fleming// - Bulletin of Glaciological Research. – 2008.-с.22
4. Ulusoy I., P. Labazuy, E. Aydar. (2012) STcorr: An IDL code for image based normalization of lapse rate and illumination effects o night time TIR imagery. Computers & Geosciences, vol. 43, p. 63-72.

Information about the project
Surname Name
Filippova
Project title
Monitoring of mountain glaciers on the basis of satellite images in thermal band according to modern climate change
Summary of the project
This work is devoted to the study of mountain glaciers with the help of remote sensing in climate and hydrological aspects.
This article describes the development and application of techniques that focused on the using of satellite images in the thermal band to assess the condition of mountain glaciers. Innovation of approach is the using thermal bands. Most of dates about glaciers’ thickness were got on base of expensive field works. In this work an alternative way of using free satellite imageries is proposed. This opens new prospects for the study not only the mountain glaciers, but also it is the basis for subsequent studies of Earth's climate.
Keywords
mountain glaciers, hydrology, satellite images, glaciology, remote sensing, GIS