1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Исследование Земли из Космоса
  4. № 4, 2023

Исследование Земли из Космоса, 2023, № 4, стр. 52-59

Изучение распределения по размерам термокарстовых озер восточной части Российской Арктики на основе совмещения данных со снимков Sentinel-2 и Канопус-В

И. Н. Муратов a, О. А. Байсалямова a, Ю. М. Полищук a, *

a Югорский научно-исследовательский институт информационных технологий
Ханты-Мансийск, Россия

* E-mail: yupolishchuk@gmail.com

Поступила в редакцию 17.10.2022

Аннотация

Статья посвящена вопросам дистанционных исследований распределения термокарстовых озер по размерам на территории восточной части Российской Арктики. Исследования проведены на арктических территориях Северо-восточной (Якутия) и Чукотской тундр, представляющих сравнительно однородные по природным свойствам области, называемые здесь экорегионами. Дистанционные исследования распределения термокарстовых озер по площадям проведены с использованием космических снимков с аппаратов Канопус-В и Sentinel-2 (с пространственным разрешением 2.1 и 20 м соответственно), полученных в летние месяцы 2017–2021 гг. Дешифрирование озер проведено с использованием мозаики спутниковых снимков Sentinel-2, обеспечивающей полное покрытие исследуемых территорий, снимков Канопус-В на 12 тестовых участках и средств QGIS 3.22. Кратко изложена методика интеграции (комбинирования) данных со снимков Канопус-В и Sentinel-2 для построения графиков синтезированных гистограмм распределения озер по их размерам. Методика позволила получить гистограммы распределения озер в очень широком диапазоне их размеров от 50 до 108 м2 в исследованных арктических экорегионах. Графики гистограмм демонстрируют сходный характер поведения в обоих экорегионах, проявляющийся в росте числа озер по мере уменьшения их размеров. Показано, что основной вклад в численность озер Северо-восточной тундры дают значительно более крупные озера, чем в Чукотской тундре, что может свидетельствовать о значительном различии геокриологических условий на разных арктических территориях восточной части Российской Арктики. Проведена оценка степени заозеренности территорий. Показано, что заозеренность Северо-восточной тундры в 7 раз выше, чем на исследованных территориях Чукотки.

Ключевые слова: многолетняя мерзлота, геоинформационные системы, космические снимки, арктическая тундра, термокарстовые озера, гистограммы распределения озер по размерам, экорегионы Арктики

Список литературы

  1. Викторов А.С., Капралова В.Н., Орлов Т.В., Трапезникова О.Н., Архипова М.В., Березин П.В., Зверев А.В., Панченко Е.Н., Садков С.А. Закономерности распределения размеров термокарстовых озер // Докл. АН. 2017. Т. 474. № 5. С. 625–627.

  2. Котляков В.М., Хаин В.Е., Гуцуляк В.Н., Данилов А.И. АРКТИКА // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2020). URL: https://bigenc.ru/geography/text/3452274 Дата обращения: 15.06.2022.

  3. Полищук Ю.М., Богданов А.Н., Брыксина Н.А., Муратов И.Н., Полищук В.Ю. Интеграция космических снимков сверхвысокого и среднего разрешения для построения гистограмм распределения площадей термокарстовых озер в расширенном диапазоне их размеров // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 16. № 3. С. 9–17.

  4. Полищук Ю.М., Полищук В.Ю., Брыксина Н.А., Покровский О.С., Кирпотин С.Н., Широкова Л.С. Методические вопросы оценки запасов метана в малых термокарстовых озерах криолитозоны Западной Сибири // Изв. Томского политехнического университета. 2015. Т. 326. № 2. С. 12–135.

  5. Grosse G., Romanovsky V., Walter K., Morgenstern A., Lantuit H., Zimov S. Distribution of thermokarst lakes and ponds at three yedoma sites in Siberia // Proc. of the 9th Intern. Conf. on Permafrost (June 29–July 3, 2008). Fairbanks, Alaska. 2008. P. 551‒556.

  6. Holgerson M.A., Raymond P.A. Large contribution to inland water CO2 and CH4 emissions from very small ponds // Nature Geoscience Letters. 2016. V. 9. P. 222–226.

  7. Karlsson J.M., Lyon S.W., Destouni G. Temporal behavior of lake size-distribution in a thawing permafrost landscape in Northwestern Siberia // Remote sensing. 2014. № 6. P. 621–636.

  8. Kirpotin S., Polishchuk Y., Bryksina N. Abrupt changes of thermokarst lakes in Western Siberia: impacts of climatic warming on permafrost melting // International Journal of Environmental Studies. 2009. V. 66. № 4. P. 423–431.

  9. Olson D.M., Dinerstein E., Wikramanayake E.D., Burgess N.D., Powell G.V., Underwood E.C., D’amico J.A., Itoua I., Strand H.E., Morrison J.C., Loucks C.J., Allnutt T.F., Ricketts T.H., Kura Y., Lamoreux J.F., Wettengel W.W., Hedao P., Kassem K.R. Terrestrial Ecoregions of the World: A New Map of Life on Earth: A new global map of terrestrial ecoregions provides an innovative tool for conserving biodiversity // BioScience. 2001. V. 51. Iss. 11. P. 933–938. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2001)051[0933:TEOTWA] 2.0.CO;2

  10. Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Kirpotin S.N., Audry S., Viers J., Dupre B. Effect of permafrost thawing on the organic carbon and metal speciation in thermokarst lakes of Western Siberia // Biogeosciences. 2011. V. 8. P. 565–583.

  11. Polishchuk Y.M., Bogdanov A.N., Muratov I.N., Polishchuk V.Y., Lim A., Manasypov R.M., Shirokova L.S., Pokrovsky O.S. Minor contribution of small thaw ponds to the pools of carbon and methane in the inland waters of the permafrost – affected part of the Western Siberian lowland // Environmental Research Letters. 2018. V. 13. 045002. P. 1–16. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aab046

  12. Serikova S., Pokrovsky O.S., Laudon H., Krickov I.V., Lim A.G., Manasypov R.M., Karlsson J. High carbon emissions from thermokarst lakes of Western Siberia // Nature Communications. 2019. 10(1): 1552. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09592-1

  13. Walter K.M., Smith L.C., Chapin F.S. Methane bubbling from northern lakes: present and future contributions to the global methane budget // Phil. Trans. R. Soc. 2007. V. 365. P. 1657–1676.

  14. Zabelina S., Shirokova L., Klimov S., Chupakov A., Lim A., Polishchuk Y., Polishchuk V., Bogdanov A., Muratov I., Guerin F., Karlsson J., Pokrovsky O. Carbon Emission from Thermokarst Lakes in NE European Tundra // Limnology and Oceanography. 2020. 9999. P. 1–15. https://doi.org/10.1002/Ino.11560

  15. Zimov S.A., Voropaev Y.V., Semiletov I.P., Davidov S.P., Prosiannikov S.F., Chapin III F.S., Chapin M.C., Trumbore S., Tyler S. North Siberian lakes: a methane source fuelled by Pleistocene Carbon // Science. 1997. V. 277. P. 800–802.

  16. Viktorov A.S., Kapralova V.N., Orlov T.V., Trapeznikova O.N., Arkhipova M.V., Berezin P.V., Zverev A.V., Panchenko E.N., Sadkov S.A. Zakonomernosti raspredeleniya razmerov termokarstovykh ozer [Regularities in the size distribution of thermokarst lakes], Doklady Akademii nauk, 2017. V. 474. № 5. P. 625–627. (In Russian).

  17. Kotlyakov V.M., Khain V.E., Gutsulyak V.N., Danilov A.I. ARKTIKA, Bol’shaya rossiiskaya entsiklopediya. Elektronnaya versiya [The Great Russian Encyclopedia. Electronic version], available at: https://bigenc.ru/geography/text/3452274. (In Russian).

  18. Polishchuk Yu.M., Bogdanov A.N., Bryksina N.A., Muratov I.N., Polishchuk V.Yu. Integratsiya kosmicheskikh snimkov sverkhvysokogo i srednego razresheniya dlya postroeniya gistogramm raspredeleniya ploshchadei termokarstovykh ozer v rasshirennom diapazone ikh razmerov [Integration of ultrahigh and medium resolution space images to build histograms of thermokarst lake area distribution in an extended range of their sizes], Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2018. V. 16. № 3. P. 9–17. (In Russian).

  19. Polishchuk Yu.M., Polishchuk V.Yu., Bryksina N.A., Pokrovskii O.S., Kirpotin S.N., Shirokova L.S. Metodicheskie voprosy otsenki zapasov metana v malykh termokarstovykh ozerakh kriolitozony Zapadnoi Sibiri [Methodological issues of estimating methane reserves in small thermokarst lakes in the permafrost zone of Western Siberia], Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2015. V. 326. № 2. P. 12–135. (In Russian).

  20. Grosse G., Romanovsky V., Walter K., Morgenstern A., Lantuit H., Zimov S. Distribution of thermokarst lakes and ponds at three yedoma sites in Siberia, Proc. of the 9th Intern. Conf. on Permafrost (June 29–July 3, 2008), Fairbanks, Alaska. 2008. P. 551‒556.

  21. Holgerson M.A., Raymond P.A. Large contribution to inland water CO2 and CH4 emissions from very small ponds, Nature Geoscience Letters. 2016. V. 9. P. 222–226.

  22. Karlsson J.M., Lyon S.W., Destouni G. Temporal behavior of lake size-distribution in a thawing permafrost landscape in Northwestern Siberia, Remote sensing. 2014. № 6. P. 621–636.

  23. Kirpotin S., Polishchuk Y., Bryksina N. Abrupt changes of thermokarst lakes in Western Siberia: impacts of climatic warming on permafrost melting, International Journal of Environmental Studies. 2009. V. 66. № 4. P. 423–431.

  24. Olson D.M., Dinerstein E., Wikramanayake E.D., Burgess N.D., Powell G.V., Underwood E.C., D’amico J.A., Itoua I., Strand H.E., Morrison J.C., Loucks C.J., Allnutt T.F., Ricketts T.H., Kura Y., Lamoreux J.F., Wettengel W.W., Hedao P., Kassem K.R. Terrestrial Ecoregions of the World: A New Map of Life on Earth: A new global map of terrestrial ecoregions provides an innovative tool for conserving biodiversity, BioScience, 2001. V. 51. Iss. 11. P. 933–938. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2001)051[0933:TEOTWA]2.0.CO;2

  25. Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Kirpotin S.N., Audry S., Viers J., Dupre B. Effect of permafrost thawing on the organic carbon and metal speciation in thermokarst lakes of Western Siberia, Biogeosciences. 2011. V. 8. P. 565–583.

  26. Polishchuk Y.M., Bogdanov A.N., Muratov I.N., Polishchuk V.Y., Lim A., Manasypov R.M., Shirokova L.S., Pokrovsky O.S. Minor contribution of small thaw ponds to the pools of carbon and methane in the inland waters of the permafrost – affected part of the Western Siberian lowland, Environmental Research Letters. 2018. V. 13. 045002. P. 1–16. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aab046

  27. Serikova S., Pokrovsky O.S., Laudon H., Krickov I.V., Lim A.G., Manasypov R.M., Karlsson J. High carbon emissions from thermokarst lakes of Western Siberia, Nature Communications. 2019. 10(1): 1552. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09592-1

  28. Walter K.M., Smith L.C., Chapin F.S. Methane bubbling from northern lakes: present and future contributions to the global methane budget, Phil. Trans. R. Soc., 2007. V. 365. P. 1657–1676.

  29. Zabelina S., Shirokova L., Klimov S., Chupakov A., Lim A., Polishchuk Y., Polishchuk V., Bogdanov A., Muratov I., Guerin F., Karlsson J., Pokrovsky O. Carbon Emission from Thermokarst Lakes in NE European Tundra, Limnology and Oceanography. 2020. 9999. P. 1–15. https://doi.org/10.1002/Ino.11560

  30. Zimov S.A., Voropaev Y.V., Semiletov I.P., Davidov S.P., Prosiannikov S.F., Chapin III F.S., Chapin M.C., Trumbore S., Tyler S. North Siberian lakes: a methane source fuelled by Pleistocene Carbon, Science. 1997. V. 277. P. 800–802.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Исследование Земли из Космоса

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал