В настоящее время в мире назревает экологическая катастрофа — глобальное потепление. С повышением глобальной средней температуры Земли, т. е. глобальным потеплением, различные последствия изменения климата создают риски, которые возрастают. Последствия изменения климата могут быть физическими, экологическими, социальными или экономическими. Свидетельством наблюдаемого изменения климата являются данные инструментальных измерений температуры, повышение уровня моря.
Данная статья направлена на исследование существования решений влияния глобального потепления на ледник Туюксу.
Цель данной работы заключается в вычислении нормализованного индекса снега для картирования площади снега, с последующей оценкой температуры поверхности ледника.
Ключевые слова: глобальное потепление, геодинамический процесс, температура.
Study of the impact of global warming on the state of the Tuyuksu glacier
Currently, an ecological catastrophe is brewing in the world — global warming. With an increase in the global average temperature of the Earth, i.e. global warming, various effects of climate change create risks that increase. The impacts or consequences of climate change can be physical, environmental, social, or economic. Evidence of the observed climate change is the data of instrumental measurements of temperature, sea level rise and decrease in snow cover in the Northern hemisphere.
This article is aimed at investigating the existence of solutions to the impact of global warming on the Tuyukusu glacier.
The purpose of this work is to calculate the normalized snow index for mapping the snow area, followed by an assessment of the glacier surface temperature.
Keywords: global warming, geodynamic process, temperature.
Введение
Глобальное потепление — процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана. Помимо повышения уровня Мирового океана и глобальной температуры также приведёт к изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы, такие как наводнения, засухи, ураганы и другие, понизится урожай сельскохозяйственных культур и исчезнут многие биологические виды.
Некоторые исследователи считают, что глобальное потепление — это миф, часть учёных отвергает возможность влияния человека на этот процесс. Есть те, кто не отрицает факт потепления и допускает его антропогенный характер, но не соглашается с тем, что наиболее опасными из воздействий на климат являются промышленные выбросы парниковых газов
Существует научный консенсус, что текущее глобальное потепление с высокой вероятностью объясняется деятельностью человека [1].
Есть много геодинамических процессов, которые могут нарушить жизнь на Земле. Такие как, землетрясения, цунами, извержения вулканов, ядерные взрывы и т. д. Все эти силы воздействуют на сушу, даже на континент, но их воздействие довольно локализовано.
Земля уже пережила множество перепадов температур и несколько ледниковых периодов. Температура меняется незначительно, но воздействие очень велико. И это приводит к таким последствиям глобального потепления, как: Таяние ледников, повышение уровня океана, Изменения в экосистеме. Таяние ледников повышает уровень океана и вызывает наводнения в прибрежных районах.
Материалы и методы исследования
Для исследования глобального потепления на ледник Туюксу было использовано программное обеспечение ArcGIS.
ПО ArcGIS представляет собой полную систему, которая позволяет собирать, организовывать, управлять, анализировать, обмениваться и распределять географическую информацию. Являясь мировым лидером среди платформ для построения и использования геоинформационных систем (ГИС), ArcGIS используется людьми по всему миру для применения географических знаний в практической сфере государственного управления, бизнеса, науки, образования и СМИ. Платформа ArcGIS позволяет публиковать географическую информацию для доступа и использования любыми пользователями. Система доступна в любой точке, где возможно использование веб-браузеров, мобильных устройств в виде смартфонов, а также настольных компьютеров [2].
Для работы были использованы материалы, взятые из источников геоданных USGS (United States Geological Survey), которые размещены в свободном доступе на сайте https://www.usgs.gov/.
USGS является научным учреждением правительства Соединенных Штатов. Ученые USGS изучают ландшафт местности, их природные ресурсы и природные опасности, которые им угрожают [3].
Рис. 1. Процесс скачивания снимков через earthexplorer
Большая часть USGS Earth Explorer — это данные, полученные с помощью миссии Landsat. Для исследования был использован американский спутник ДЗЗ Landsat. А если быть точнее, то Landsat 5 и 8.
Программа Landsat — самая продолжительная миссия наблюдения Земли в нашей истории. Его цифровые записи датируются 1970-ми годами. Миссии Landsat дают снимки назад во времени. Это помогает извлекать уроки из прошлого для будущих поколений. Все, начиная от разливов нефти, вырубки лесов и городского развития — Landsat видел все это [4].
Выбранные снимки позволили вычислить нормализованный относительный индекс снега за 2006 г., 2011г., 2013г., 2017г., 2021 г.
Нормализованный относительный индекс снега (NDSI) — эта мера, которая контролирует дисперсию двух полос (одна в ближней инфракрасной или коротковолновой инфракрасной области спектра, а другая — в видимых частях спектра). Это полезно для картирования снега [5].
После добавления данных снимков в ПО ArcGIS, чтобы определить области снежного покрова при вычислении была использована формула NDSI:
Затем с помощью инструмента Clip была вырезана нужная область для исследования.
Рис. 2. Граница ледника Туюксу
После вычисления NDSI в свойствах снимков были изменены данные классификации (по цветам и классам).
На рисунке 3 показаны результаты вычисления нормализованного относительного индекса снега с 2006 г. по 2021 г. Желтым цветом показана территория снежного покрова, а голубым цветом показана площадь горных пород.
Рис. 3. Результаты вычисления NDSI с 2006 г. по 2021 г.
Результаты вычисления показаны в таблице 1.
Общая площадь ледника Туюксу — 173,5767 км2. В 2006 г.
Таблица 1
|
Год |
Содержание |
Площадь (км 2 ) |
|
2006 |
Горные породы |
159,0399 |
|
Снег |
14,5368 |
|
|
2011 |
Горные породы |
144,9504 |
|
Снег |
28,6263 |
|
|
2013 |
Горные породы |
165,4155 |
|
Снег |
8,1612 |
|
|
2017 |
Горные породы |
166,797 |
|
Снег |
6,7797 |
|
|
2021 |
Горные породы |
173,4048 |
|
Снег |
0,1719 |
Полученные значения показали, что поверхность покрытая снегом в процентном отношении составила:
2006 г. — 8,37 %;
2011г. — 16,49 %;
2013г. — 4,70 %;
2017г. — 3,91 %;
2021г. — 0,10 %.
Используя процентное соотношение была построена диаграмма изменения площади снега (рис.4).
Рис. 4. Диаграмма изменения площади снега по процентам в разные годы
Использование данных таблиц позволило построить графики изменения площади горных пород и снега по годам. Внизу указанных графиках визуально заметны изменения по площади горных пород (рис. 5) и по площади снега (рис. 6). Например, с годами площадь снега уменьшалась, а площадь горных пород, наоборот, увеличивалась.
Рис. 5. График изменения площади горных пород в разные годы
Рис. 6. График изменения площади снега в разные годы
С повышением глобальной средней температуры Земли, т. е. глобальным потеплением, различные последствия изменения климата создают риски, которые возрастают. Для этого была оценена температура поверхности ледника Туюксу. Чтобы оценить температуру поверхности, при вычислении были использованы ниже указанные формулы LST.
Эти формулы для снимков Landsat 5:
1) (L max λ — L min λ)/(Q calmax — Q calmin )*(Q cal — Q calmin )+ L min λ
2) BT = k2/ln(k1/Lλ + 1)
3) LST = BT — 273.15
А эти формулы для Landsat 8:
1) Lλ = ML* Q cal + AL — Q i
2) BT = k2/ln(k1/ Lλ + 1) — 273.15
3) NDVI = (Band5 — Band4)/(Band5 + Band4)
4) PV = ((NDVI — NDVI min )/(NDVI max — NDVI min )) 2
E = 0.004*PV+0.986
5) LST = BT/(1 + (λ*BT/c2)ln€)
Температура поверхности суши (LST) является фундаментальным аспектом климата и биологии, влияющим на организмы и экосистемы от локальных до глобальных масштабов. Признанный НАСА и другими международными организациями одним из наиболее важных источников данных о системе Земли (King, 1999), LST измеряет излучение теплового излучения с поверхности суши, где поступающая солнечная энергия взаимодействует с землей или поверхностью полога в районах с растительностью и нагревает ее [6].
Ниже показаны результаты вычисления температуры поверхности ледника по разным годам. Визуально можно заметить, что с годами площадь снега из-за температуры всё уменьшается и уменьшается (рис. 7)
Рис. 7. Обработка снимков по результатам вычисления LST c 2017 г. по 2021 г.
Вывод
В ходе исследования данной работы было рассмотрено глобальное потепление как термин, а на практике были вычислены общая площадь ледника и как менялась площадь горных пород и снега в разные года. А так же была оценена температура поверхности ледника Туюксу.
Проанализировав всю проделанную работу, пришла к выводу, что глобальное потепление несет большую угрозу для человечества, которое отчасти является одной из причиной изменения баланса климата на Земле. Именно деятельность человека приобрела глобальный природообразующий масштаб.
Литература:
- Дж. Имбри, К. П. Имбри. Тайны ледниковых эпох, М.1988г.
- Джонстон К. Руководство 1 пользователя ArcGIS 9 Geostatistical' Analyst / К. Джонстон и др.. ESRI, 2008. 278 с.
- USGS [Электронный ресурс] https://en.wikipedia.org/wiki/United_States_Geological_Survey
- LANDSAT [Электронный ресурс] https://landsat.gsfc.nasa.gov/
- NDSI [Электронный ресурс] https://www.usgs.gov/landsat-missions/normalized-difference-snow-index
- LST [Электронный ресурс] https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/land-surface-temperature
- Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и человек, М.1986г.
- Страны и народы. Земля и Человечество. Глобальные проблемы. М.1985г.Абрамов Павел Викторович
