CC BY
29
УДК 588.8
МОНИТОРИНГ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОЩАДИ ОСТРОВА
ЧЕЧЕНЬ В КАСПИЙСКОМ МОРЕ (по данным дистанционного зондирования)
© 2013 Фетисова О.В., Подгорная Н.А., Братков В.В.
Московский государственный университет геодезии и картографии
Достоверным индикатором колебаний уровня Каспийского моря являются прибрежные острова, в том числе остров Чечень, расположенный на условной границе Среднего и Северного Каспия, у западного побережья моря. Мониторинг площади острова на основе данных спутников серии Landsat показал, что с 1984 по 2010 гг. она изменялась в целом в соответствии с уровнем Каспия. Так, постепенное повышение уровня Каспия, которое отмечалось с начала 1980-х до начала 2000-х годов, сопровождалось сокращением площади острова (с 8331 до 4452 га), а затем при небольшом снижении уровня моря площадь острова возросла до 5000 га. На основе анализа рельефа острова составлены карты вероятностного затопления территории острова Чечень при уровне Каспийского моря в -28, -27 и -26м.
Reliable indicator of the Caspian Sea level fluctuations are offshore Islands, including Chechen Island, located on the conditional border of the Middle and Northern Caspian Sea near the Western coast of the sea. The monitoring of the area of the island on the basis of data from satellites of the Landsat series showed that in the whole from 1984 to 2010, it was changing in accordance with the level of the Caspian Sea. Thus, a gradual increase in the level of the Caspian Sea, that was noted from the early 1980s to the early 2000s, was accompanied by a reduction in the area of the island (from 8331 to 4452 ha), and then with a small decrease of the sea level the island had risen to 5,000 ha. Based on the analysis of the relief of the island there were made maps ofprobability flooding of Chechen Island when the level of the Caspian sea is -28, and -27 -26 m.
Dostovernym indikatorom kolebanij urovnja Kaspijskogo morja javljajutsja pribrezhnye os-trova, v tom chisle ostrov Chechen', raspolozhennyj na uslovnoj granice Srednego i Severnogo Kaspija, u zapadnogo poberezhja morja. Monitoring ploshhadi ostrova na osnove dannyh sputnikov serii Landsatpokazal, chto s 1984po 2010 gg. ona izmenjalas' v celom v sootvetstvii s urovnem Kaspija. Tak, postepennoe povyshenie urovnja Kaspija, kotoroe otmechalos's nacha-la 1980-h do nachala 2000-h godov, soprovozhdalos'sokrashheniemploshhadi ostrova (s 8331 do 4452 ga), a zatem pri nebol'shom snizhenii urovnja morja ploshhad' ostrova vozrosla do 5000 ga. Na osnove analiza rel'efa ostrova sostavleny karty verojatnostnogo zatoplenija territo-rii ostrova Chechen'pri urovne Kaspijskogo morja v -28, -27 i -26 m.
Ключевые слова: колебания уровня моря, мониторинг, дистанционное зондирование, остров Чечень, Каспийское море.
Keywords: sea level fluctuations, monitoring, remote sensing, Chechen island, the Caspian Sea.
Kljuchevye slova: kolebanija urovnja morja, monitoring, distancionnoe zondirovanie, ostrov Chechen', Kaspijskoe more.
В настоящее время мониторинг природных объектов на основе использования данных дистанционного зондирования является актуальной исследовательской задачей, решение которой позволяет получать результаты, имеющие важное научно-практическое значение. Удобным объектом для мониторинга является Каспийское море в связи с нестабильностью его уровен-ного режима. Последнее связано с тем, что Каспийское море представляет собой сложную гидродинамическую систему, состояние которой зависит от многих природных и антропогенных факторов. Среди природных факторов большое значение имеют изменения климата, которые выражаются в изменении стока [1]. Антропогенные факторы вносят возмущения главным образом в перераспределение стока рек Волга и, в меньшей степени, Урал [3, 7-12]. Опыт оценки площади острова в результате изменения уровенного режима Каспийского моря изложен в работах [2, 4, 5].
Остров Чечень располагается на условной границе Северного и Среднего Каспия, у западного берега моря. При общей сложности формы, границы острова достаточно чёткие, что является положительным фактором для использования его в целях оценки изменений уровня моря. От берегов в воду уходят заросшие тростником песчаные косы. Остров пустынен, здесь много водоплавающей птицы. Вокруг острова Чечень находится несколько мелких островов: к востоку -острова Прыгунки, к югу - острова Пи-чужонок, Базар и Яичный. Они отделены мелководными проливами: Чечень и Пи-чужонок - Чеченским Проходом, Пичу-жонок и Базар - Яичным, Базар и Яичный - проливом Калмычонок. Остров Яичный отделён от Аграханского полуострова проливом - Лопатинский Проход. В западной части острова расположен населённый пункт Остров Чечень.
Для оценки изменения площади острова Чечень были использованы картографические источники, а также данные дистанционного зондирования. В качестве первичного картографического материала применялась топографическая карта масштаба 1:100 000, которая характеризовала состояние местности на 1985
г. Источником данных дистанционного зондирования послужил сайт геологической службы США (US Geological Survey), на котором имеются снимки начиная со второй половины 70-х годов ХХ в. с разрешением 30 м на местности (серия Landsat), что сопоставимо с точностью выбранного картографического источника. Наличие для данной территории и акватории топографических карт и снимков за сопоставимый временной интервал (середина 1980-х годов) позволило на начальном этапе довольно точно установить площадь острова и выявить достоверные дешифровочные признаки. Далее для выявления изменения площади были отобраны снимки, сделанные исключительно в летнее время (июнь-август). Выбор летнего сезона обусловлен следующими факторами. Во-первых, в это время отсутствует ледяной покров, снижающий точность дешифрирования; во-вторых, в это же время отмечается наименьшая облачность, в-третьих, уровень моря в летние месяцы испытывает минимальные колебания по сравнению с другими сезонами. В итоге для дальнейшей обработки были отобраны снимки за 1984, 1985, 1987, 1988, 1989, 1998, 2000, 2002, 2003, 2006, 2007, 2009, 2010 и 2011 гг.
Исходные данные многозональной космической съемки обрабатывались при помощи пакета ENVI 4.7 в несколько этапов. На этапе предварительной обработки все снимки и карты были спроецированы в единую систему координат, после чего стала возможной обработка.
Рис. 1. Сопоставление пар снимков и графических рисунков и итоговая карта динамики
Из обработанных изображений получена картина изменений площади острова Чечень за периоды с 1989 по 1998 и с 1998 по 2010 гг.. Следует отметить соответствие динамики изменений площади острова имеющимся данным о колебаниях уровня моря за указанные периоды: в частности, достаточно чётко прослеживается тенденция сильного повышения уровня Каспия в первый из рассмотренных периодов, а также тренд к медленному снижению уровня по итогам второго периода. Таким образом, из результативной карты динамики видно, что площадь острова в 2010 г. практически полностью перекрывает площадь острова в 1998 г., однако при этом ее значение не превышает значения, соответствующего размеру острова в 1989 г.
Визуальные методы оценки динамики изменений являются достаточно наглядными, но для итогового представления и полноценного анализа результатов иссле-
дования они слишком субъективны и дают возможность только для приблизительной характеристики тенденций изменений уровня.
В связи с необходимостью проведения точной численной оценки уменьшения или увеличения площади острова, в пакете ENVI были проведены площадные измерения острова в разные года путём обрисовки его границ и создания полигонов. Полигоны отрисовывались с помощью встроенного инструментария, а вычисление полученных значений площадей (в гектарах) в данной программе производилось автоматизированно, на основе полученных контурных изображений. Точность полученных данных характеризуется следующим образом: при оцифровке береговой линии надводной части острова погрешность (при полученном повышении контраста изображения) могла составить порядка нескольких десятков пикселей. Разрешение изображения составляет 30 м, то есть площадь пикселя составляет 900 м2. С учетом того, что минимальная площадь острова в течение рассматриваемого периода составила около 4500 га, или 45 000 000 м2, погрешность в несколько десятков тысяч квадратных метров принципиально не сказывается на полученных итоговых результатах. Результатом процедуры дешифрирования снимков стало определение площади острова в каждый из годов съёмки (рис. 2)._
Площадь, га
вооо
7000 еооо
5000
I I I РГТ1
19S+ 19В5 1937 19Й8 19М 1998 2000 2002 2006 2007 2009 2010
Рис. 2. Изменение площади острова Чечень за период исследований
Как видно из представленных данных, изменение площади протекает неоднозначно. Максимальной площадь острова была в начале рассматриваемого временного ряда, а именно в 1984 г. (8331 га).
Далее до 1989 г. отмечалось постепенное ее уменьшение - до 7289 га.
Более 5000 га площадь острова стабильно была в конце 1990-х и начале 2000-х годов. Минимальная площадь отмечалась в 2006 г. (4452 га), а затем опять начинается период относительной стабилизации. Так, по данным за вторую половину 2000-х годов в целом площадь острова постепенно увеличивалась: с 4819 га в 2007 г. до 5004 га в 2010 г.
годы
Рис. 3. График изменений уровня Каспийского моря [6]
В связи с тем, что активных современных неотектонических движений, как и проявлений сейсмичности в акватории Каспийского моря не отмечается, основным фактором, влияющим на площадь прибрежных островов здесь, является уровень моря. Рисунок 3 иллюстрирует изменение уровня Каспийского моря за интересующий промежуток времени. В целом прослеживается хорошая корреляция между уровенным режимом Каспия и площадью острова Чечень. Начиная с 1980-х годов наблюдалось постепенное повышение уровня моря, максимум которого приходился на середину 1990-х годов. В этой связи отмечалось сокращение площади острова. В начале 2000-х годов начинается незначительное уменьшение уровня Каспийского моря, которое, как указывалось выше, приводит к небольшому росту площади острова.
Рис. 4. Значения площади острова Чечень при уровне моря -26, -27 и -28 метров
На основе полученных материалов стало возможным составление карты вероятности затопления территории острова Че-чень при разных значениях уровня Каспийского моря, для чего была использована топографическая карта указанного масштаба, а также данные планово-высотной основы и характеристики рельефа острова. В итоге смоделировано изменение площади острова Чечень при уровне моря в -28, -27 и -26 м.
Полученное трехслойное изображение отражает основные характерные особенности изменений площади острова при повышении уровня Каспийского моря: в силу различного характера граничного и внутреннего рельефа острова, затопление территорий наступает неравномерно. Основным направлением затопления острова Чечень является продолжение залива Култук из южной в центральную его часть, а также увеличение пролива между самим островом Чечень и островами Прыгунки - на востоке. Следует отметить, что северный край залива Култук, а также северо-западный берег острова являются обрывистыми, их отметки высот составляют порядка -20-21 м, однако при этом в центре северо-западной части острова имеются территории солончаков с отметками высот порядка -24-25 м. Таким образом, в случае повышения уровня моря до данных значений будет происходить затопление территории центральной части, а также населенного пункта Остров Чечень, находящегося на западе острова.
Также в результате анализа особенностей рельефа острова можно прогнозировать (в случае дальнейшего масштабного повышения уровня моря) разделение острова на две части - западную и восточную - в силу того, что узкая его северная часть имеет отметки высот порядка -24 -
которому относится Каспийское море, довольно чутко реагирует на его уровенный режим. Применение материалов дистанционного зондирования и полученных на их основе количественных данных позволяет проводить достоверный мониторинг этих изменений, а также разрабатывать вероятностные прогнозы изменения природной обстановки в результате колебания уровня моря.
-25 м.
Таким образом, площадь прибрежных островов внутриматерикового водоема, к
Примечания
1. Атаев З.В., Братков В.В., Балгуев Т.Р., Заурбеков Ш.Ш. Оценка геоэкологических последствий современных изменений климата полупустынных ландшафтов Северного Кавказа // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2010. № 2. С. 89-94.
2. Балгуев Т.Р. Современные природные комплексы острова Тюлений в северо-западной части Каспийского моря и перспективы их природоохранного использования. Автореф. дисс. ... канд. геогр. наук. Нальчик, 2011. 24 с. 3. Берг Л.С. Уровень Каспийского моря за историческое время. Очерки по физической географии. М.-Л. : Изд-во АН СССР, 1949. 4. Братков В.В., Атаев З.В. Мониторинг изменения острова Тюлений по данным дистанционного зондирования Земли // Вестник РАЕН. 2011. Т. 11. № 5. С. 81-87. 5. Братков В.В., Гаджибеков М.И., Атаев З.В. Изменчивость климата и динамика полупустынных ландшафтов Северо-Западного Прикаспия // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2008. № 4. С. 90-99. 6. Гидрометеорологический бюллетень № 36. Уровень Каспийского моря и прогноз его изменений. ГУ «Гидрометеорологический научно-исследовательский центр РФ». Астрахань, 2006. 7. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Том VI. Каспийское море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия. С-Пб. : Гидрометеоиздат, 1992. 359 с. 8. Добровольский А.Д., Косарев А.Н., Леонтьев О.К. Каспийское море. М. : Изд-во Московск. ун-та, 1969. 9. Крицкий С.Н., Коренистов Д.В., Раткович Д.Я. Колебания уровня Каспийского моря. М. : Наука, 1975. 182 с. 10. Отчет международной программы «Caspian Environment Programme»: оценка уязвимости Каспийского бассейна к изменениям климата. М., 2010. 11. Родионов С.Н. Современные изменения климата Каспийского моря. М. : Гидрометеоиздат, 1989. 12. Эльдаров Э.М., Атаев З.В. Геоэкологические проблемы нагонных явлений на пологих каспийских берегах // Естественные и технические науки. 2010. № 4. С. 240-243.
1. Ataev Z.V., Bratkov V.V., Bagluev T.R., Zaurbekov Sh.Sh. Evaluation of geo-ecological consequences of modern climate change of semi-arid landscapes of the North Caucasus // Proceedings of the Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences. 2010. # 2. P. 89-94. 2. Balguev T.R. Modern natural complexes of Tyulenii island in the North-Western part of the Caspian Sea and perspectives of their environmental use. Abstact of thesis ... candidate of geographical sciences Nalchik, 2011. 24 p. 3. Berg L.S. Level of the Caspian Sea during historical time. Essays on physical geography. M.-Leningrad: Publishing house of the USSR Academy of Sciences. 1949. 4. Bratkov V.V., Ataev Z.V. Monitoring of changes of Tyulenii island according to remote sensing of the Earth // Bulletin of the Russian Academy of Natural Sciences. 2011. Vol. 11. # 5. P. 81-87. 5. Bratkov V.V., Gadjibekov M.I., Ataev Z.V. Climate variability and dynamics of semi-desert landscapes of North-Western Cashian region // Proceedings of the Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences. 2008. # 4. P. 90-99. 6. Hydro-meteorological Bulletin # 36. The Caspian sea level and the forecast of its changes. State Institution «Hy-dro-meteorological research centre of the Russian Federation». Astrakhan, 2006. 7. Hydrometeorology and hydrochemistry of seas. Vol. VI. The Caspian Sea. Vol. 1. Hydro-meteorological conditions. St Petersburg.: Hydrometeopublishing, 1992. 359 p. 8. Dobrovolsky A.D., Kosarev A.N. Leontiev O.K. The Caspian Sea. M.: Publishing house of the Moscow University, 1969. 9. Kritsky S.N., Korenistov D.V., Ratkovich D.Y. Fluctuations of the Caspian Sea level. M: Science, 1975. 182 p. 10. Report of the international program "Caspian Environment Programme": an assessment of vulnerability of the Caspian basin to the climate changes. 2010. 11. Rodionov S.N. Modern climate changes in the Caspian Sea. M: Hydrometeopublishing, 1989. 12. Eldarov E.M., Ataev Z.V. Geoecological problems of the tide phenomena on the gentle Caspian coasts // Natural and Technical Sciences. 2010. # 4. P. 240-243.
Primechanija
1. Ataev Z.V., Bratkov V.V., Balguev T.R., Zaurbekov Sh.Sh. Ocenka geojekologicheskih posledstvij sov-remennyh izmenenij klimata polupustynnyh landshaftov Severnogo Kavkaza // Izvestija Dagestanskogo
Notes
gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki. 2010. № 2. S. 89-94. 2. Balguev T.R. Sovremennye prirodnye kompleksy ostrova Tjulenij v severo-zapadnoj chasti Kaspijskogo morja i perspektivy ih prirodoohrannogo ispol'zovanija. Avtoref. diss. ... kand. geogr. nauk. Nal'chik, 2011. 24 s. 3. Berg L.S. Uroven' Kaspijskogo morja za istoricheskoe vremja. Ocherki po fizicheskoj geografii. M.-L. : Izd-vo AN SSSR, 1949. 4. Bratkov V.V., Ataev Z.V. Monitoring izmenenija ostrova Tjulenij po dannym distancionnogo zondirovanija Zemli // Vestnik RAEN. 2011. T. 11. № 5. S. 81-87. 5. Bratkov V.V., Gadzhibekov M.I., Ataev Z.V. Izmenchivost' klimata i dinamika polupustynnyh landshaftov Severo-Zapadnogo Prikaspija // Izvestija Dagestanskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. Estestvennye i tochnye nauki. 2008. № 4. S. 90-99. 6. Gidrometeorologicheskij bjulleten' № 36. Uroven' Kaspijskogo morja i prognoz ego izmenenij. GU «Gidrometeorologicheskij nauchno-issledovatel'skij centr RF». Astrahan', 2006. 7. Gidrometeorologija i gidrohimija morej. Tom VI. Kaspijskoe more. Vyp. 1. Gidro-meteorologicheskie uslovija. S-Pb. : Gidrometeoizdat, 1992. 359 s. 8. Dobrovol'skij A.D., Kosarev A.N., Leont'ev O.K. Kaspijskoe more. M. : Izd-vo Moskovsk. un-ta, 1969. 9. Krickij S.N., Korenistov D.V., Ratko-vich D.Ja. Kolebanija urovnja Kaspijskogo morja. M. : Nauka, 1975. 182 s. 10. Otchet mezhdunarodnoj programmy «Caspian Envi-ronment Programme»: ocenka ujazvimosti Kaspijskogo bassejna k izmeneni-jam klimata. M., 2010. 11. Rodionov S.N. Sovremennye izmenenija klimata Kaspijskogo morja. M. : Gidrometeoizdat, 1989. 12. Jel'darov Je.M., Ataev Z.V. Geojekologicheskie problemy nagonnyh javlenij na pologih kaspijskih beregah // Estestvennye i tehnicheskie nauki. 2010. № 4. S. 240-243.
Статья поступила в редакцию 15.03.2013 г.
