Применение данных дистанционного зондирования земли для мониторинга геоэкологической ситуации территорий со сложной геоэкологической обстано

Применение данных дистанционного зондирования земли для мониторинга геоэкологической ситуации территорий со сложной геоэкологической обстановкой

В последнее время интерес к воде постоянно возрастает, а ситуация вокруг водных ресурсов с каждым днем становится все острее. По прогнозам специалистов уже к середине наступившего XXI века вода превратится в самый дорогой ресурс, оставив позади углеводородное топливо, цветные металлы и т.д. Вода уже сегодня превращается в стратегический ресурс.

Аральское море ранее являвшееся крупнейшим внутриконтинентальным замкнутым водоемом Земли, начиная с 1960-х гг. стремительно сокращается. Изучение динамики сокращения его акватории, а также создание прогнозов развития ситуации — задача исключительно важная как для всего Центрально Азиатского региона, так и для мира в целом.

В целях оптимизации принятия решений и составлении прогнозов развития экологической ситуации широко применяются современные методы обработки данных дистанционного зондирования Земли и ГИС-технологии.

Для решения проблемы Аральского моря, стабилизации его уровня существует ряд концепций (переброска части стока сибирских рек в бассейн Аральского моря; прекращении освоения новых крупных массивов орошения и внедрение крупномасштабных проектов экономии водных ресурсов; возведение перемычки «Каратерень-Кокарал»). Однако для решения и осуществления любой концепции необходима оперативная информация об экологической обстановке территории.

Существует большое количество методик определения границ водных объектов и их изменений – полевые исследования, анализ картографического материала и т.д. Использование данных ДЗЗ представляет собой актуальное направление исследований в этой области.

К основным методам изучения прибрежных зон с помощью данных ДЗЗ относятся:
- съемка в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра, выполняемая фотографирующими и оптикоэлектронными сканирующими системами;
- тепловая съемка в инфракрасном диапазоне с помощью инфракрасных радиометров, дающая информацию о температуре водной поверхности;
- съемка в микроволновом диапазоне, выполняемая СВЧ- радиометрами, позволяющая разделять однолетние и многолетние льды, определять соленость воды;
- активная радиолокация в том же микроволновом диапазоне, дающая информацию о состоянии поверхности водоемов, волнении, приповерхностных ветрах.

В данной работе было проведено исследование изменения береговой линии Южной части Аральского моря с помощью программного комплекса ScanEx I mage Processor и разновременных космических снимков.

Всю практическую работу можно разделить на 3 основных этапа: 2010 – Сбор фактического материала. С сайта геологической службы США были скачены 8 сцен спутника Landsat ETM+ по 2 сцены за 2002, 2006, 2010 и 2011 гг.
1. Подготовка данных к дешифрированию. Сцены каждого года последовательно были загружены в программный комплекс Image Processor и последовательно выполнена тональная балансировка изображения. Затем была произведена склейка сцен и создание мозаичных покрытий для 2 видов синтеза каналов: PGB и SWIR-NIR-RED (5-4-3). Первое сочетание представляет собой изображение в реальных цветах, второе сочетание - для лучшего представления неоднородности водной поверхности.
2. Автоматизированное дешифрирование. С помощью необучаемой классификации ISODATA было проведено автоматизированное дешифрирование мозаики. Данный алгоритм базируется на кластеризации изображения, основанной на разнице между средними значениями кластеров (минимальном спектральном расстоянии между центрами классов).

С помощью фильтров программы I mage Processor были удалены «шумы» (единичные пикселы). Создан векторный слой, импортированный в MapInfo Professional для последующей обработки и анализа. Итогом послужили 14334 контура, привязанных в проекции WGS84, зона 40, северное полушарие.

Для проведения временного анализа, необучаемой классификации были подвержены оставшиеся временные срезы, с выделением 2 результирующих классов – вода и суша. Результаты классификаций были подгружены в среду MapInfo Professional и наложены на космический снимок 2011 года.
Восстановление всего Аральского моря невозможно. Прогноз изменения береговой линии с помощью использования данных дистанционного зондирования Земли представляет собой перспективное направление. По снимкам высокого разрешения, а также с использованием разновременных (за разные годы или сезоны) космических снимков можно проследить возможные направления регрессии моря.

Динамика изменения площади Аральского моря показывает, что целом в период с 2002 г. по 2010 г. уменьшение площади южной части Аральского моря оставалось постоянным (около 6% в год). Однако, в следующий период с 2010 г. по 2011 г. площадь моря уже сократилась на 31 %. Резкое уменьшение площади акватории всего лишь за год можно объяснить тем фактом, что глубина восточной части южного Арала за все время его деградации сильно уменьшилась и процессы, связанные с испарением с зеркала воды резко возросли. Если процессы деградации и скорость уменьшения площади продолжится теми же темпами, что и в период с 2010 г. по 2011 г., то к 2013-2014 гг. восточная часть южного Аральского моря перестанет существовать.

Литература:
1. Данилов-Данильян В.И. Потребление воды: экологические, экономические, социальные и политические аспекты / В.И. Данилов-Данильян, К.С. Лосев; Ин-т водных проблем РАН. - М.: Наука, 2006. – 221 с.
2. Черняев A.M., Прохорова Н.Б. Водные ресурсы, их использование и охрана.-Екатеринбург: Изд-во РосНИИВХ, 2002. - 300 с.
3. Лабутина И.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков. - М.: Изд-во «Аспект Пресс», 2004. — 183 с.
4. USGS Global Visualization Viewer. [Электронный ресурс] – Режим доступа: www.glovi s. usgs.gov

Гусев В. А., Молочко А.В., Чумаченко А.Н.