Краткая информация
по грантовому финансированию за 2021 год: ИРН АР09563261 «Методические аспекты определения баланса массы ледников Казахстана на основе дешифрирования и анализа ДЗЗ и полевых исследований», номер договора: № 267/12-2 от 18 июня 2021 года, руководитель Кокарев А.Л..
Проект нацелен на оценку баланса массы ледников северного склона Иле Алатау посредством использования данных дистанционного зондирования земли в сочетании с полевыми исследованиями и измерениями.
Актуальность исследований по проекту определяется тем, что население Центральной Азии в значительной степени зависит от таяния снега и ледников, являющихся важнейшим источником возобновляемых водных ресурсов в регионе: на их долю приходится до 80-85% суммарного годового стока главных рек региона.
Деградация оледенения вызывает изменения в горных экосистемах, оказывая непосредственное влияние на жизнедеятельность людей, вызывает изменения в гидрологических циклах, биогеохимии рек и гляциальных озер, влияя на качество и доступность водных ресурсов.
В связи с этим очевидна необходимость исследований баланса массы ледников как основных источников возобновляемых ресурсов и главных индикаторов изменения климата в рассматриваемом регионе.
Основой решения целевых задач предлагаемого проекта являются методические решения заявителей по: оценке баланса массы ледников на основе использования ДЗЗ находящихся как в свободном доступе, так и предлагаемые на коммерческой основе; оценке определения баланса массы ледников по результатам полевых геодезических измерений и данных ДЗЗ; оценке методики расчета баланса массы на опорном леднике Центральный Туйыксу.
Цель работы– оценить баланс массы тестовых ледников Иле Алатау с применением данных ДЗЗ с использованием ГИС-технологий и непосредственных натурных наблюдений для апробации и верификации методологии, применяемой в проекте.
Методы исследований – теоретико-методические и аналитические разработки, статистические расчеты, дешифрирование космических снимков, компьютерная обработка информации на основе ГИС-технологий, полевые исследования.
Основные результаты НИР за 2021 год:
– на основе анализа содержания научных публикаций за последние десятилетия обобщен опыт определения динамики оледенения по данным ДЗЗ с итоговым заключением о возможности решения задачи в условиях горного оледенения;
– предложена методика оценки баланса массы ледников на основе сравнения разных по годам цифровых моделей рельефа (ЦМР), полученных в результате анализа космических снимков с верификацией на основе проведенных в рамках проекта натурных полевых измерений на тестовых ледниках Иле Алатау. Проведены оценки точности ЦМР различных сенсоров, проведен сравнительный анализ методов (геодезический и гляциологический) оценки баланса массы ледника;
– определена пространственная изменчивость баланса массы ледников разных типов и размеров за различные периоды. Оценен баланс массы ледников за период с 2000 г по 2021 гг. по нескольким временным отрезкам.
Разработанная методика дистанционной оценки балансов массы ледников позволяет по материалам ДЗЗ оценить деградацию оледенения и дает достоверную оценку вклада ледникового стока в общий речной сток.
По результатам НИР проведена оценка современного состояния и баланс массы ключевых ледников за различные периоды. Работа выполнена на основе сочетания обработки и анализа данных ДЗЗ из космоса и полевых измерений, применения ГИС-технологий для обработки и графического обобщения этих материалов. Применению ГИС-технологий отводится ведущая роль в проекте. Для построения ЦМР высокого разрешения (10-20 м на пиксель), по состоянию на 2021 г. на основе детальных полевых геодезических измерений на опорных ледниках, была использована программа ArcGis. Полевые измерения использованы для вычисления изменения высоты поверхности ледников в сравнении с имеющимися в свободном доступе ЦМР, а также ЦМР высокого разрешения со спутника Pléiades.
На основании динамики изменения площади ключевых ледников северного склона хребта Иле Алатау, рассчитана величина темпов деградации как по периодам (примерно отвечающим десятилетиям), так и за весь 43-летний период исследований площади ледников. В целом темпы деградации ключевых ледников вполне соответствуют общему темпу деградации оледенения Иле Алатау с 1955 по настоящее время.
Полученные итоги НИР по изменению высоты поверхности и расчету геодезического баланса массы ключевых ледников позволяют сделать вывод, что распределение темпов стаивания льда по абсолютной высоте показывает вполне ожидаемые результаты. Максимальные отрицательные значения отмечаются на языках ледников, в зоне абляции, с постепенным снижением, по мере увеличения абсолютной высоты, и переходом к положительным значениям в зоне аккумуляции. Результаты работ по оценке баланса массы ледников северного склона Иле Алатау с применением данных ДЗЗ с использованием ГИС-технологий и непосредственных натурных наблюдений вполне приемлемы для распространения применения данных методов на все ледниковые системы Казахстана и Центральной Азии.
Сравнение гляциологического (полевые исследования на базе стационара) и геодезического (анализ данных ДЗЗ) методов на основе результатов расчета годового баланса массы ледника Центральный Туйыксу за период 2016-2021 гг. показывает, что итоговые значения годового баланса, рассчитанные двумя методами, очень близки по значениям. Так, сумма годовых балансов, рассчитанных гляциологическим методом за этот период составила -2,66 м w.e., что составляет -0.53 м/г w.e., баланс рассчитанный геодезическим методом за этот период, составил -0,5 м/г w.e.
Разработанный метод геодезического баланса по данным ДЗЗ рекомендуется для оценки состояния и динамики труднодоступных ледников и ледниковых систем, а также ледникового стока равного водному эквиваленту стаявшего льда. Исходными данными являются цифровые модели рельефа, полученные на основе данных ДЗЗ. Особую ценность представляет проведение натурных полевых измерений (с помощью дифференциального прибора DGPS South G6), которые позволяют с достаточно высокой точностью верифицировать натурные данные с цифровыми моделями рельефа, полученными от сенсоров ДЗЗ.
Состав исследовательской группы – научные сотрудники лаборатории гляциологии АО «Института географии и водной безопасности» Комитета науки Министерства образования и науки РК с большим опытом научных исследований по проблемам гляциологии, горной гидрологии, климатологии и оценки риска горных озер с использованием данных ДЗЗ и современных ГИС-технологий, участники экспедиционных работ в горах Казахстана. Все участники проекта имеют высшее образование, в том числе 1 кандидат наук – руководитель проекта.
Руководитель НИР по проекту: Кокарев Александр Леонидович, КазГУ, Географ/география (ИВ №296969). Кандидат географических наук (ҒК №0004494). ВНС лаборатории гляциологии АО «Институт географии и водной безопасности»; область научных интересов: горная гидрология, гляциология, изменения климата, проблемы оценки снежности и лавинной опасности горной территории, геокриология, картография, ГИС. Стаж работы более 35 лет, автор 80 научных статей. Индекс Хирша – 3, Author ID в Scopus – 57195067189 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57195067189.
Капица В.П. – КазНУ, Бакалавр географии, ЖББ № 0000597, Магистр экологии, ҒПЖ № 0001441. Область деятельности: физическая география, гляциология, картография, ГИС. Стаж работы более 15 лет, автор 16 научных статей. Author ID в Scopus – 57196218731 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57196218731 Индекс Хирша – 3. Участие в проекте – полевые работы, топографическая съемка, обработка данных ДЗЗ, анализ и обработка материалов, составление раздела в отчет.
Касаткин Н.Е. Инженер геодезист, ШВ №342165. Область деятельности: гляциология, картография, геодезия. Стаж работы более 25 лет, автор 16 научных статей. Индекс Хирша – 2, Author ID в Scopus – 57203282936 https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57203282936. Участие в проекте – полевые работы, топографическая съемка, анализ и обработка материалов.
Сведения об основных публикациях научного руководителя и исполнителей проекта, касающихся темы проекта:
Kääb, A., Strozzi, T., Bolch, T., Caduff, R., Trefall, H., Stoffel, M., and Kokarev, A.: Inventory, motion and acceleration of rock glaciers in Ile Alatau and Kungöy Ala-Too, northern Tien Shan, since the 1950s, The Cryosphere Discuss., https://doi.org/10.5194/tc-2020-109, in review, 2020. Web of Science IF 4,927, Квартиль Q1, SJR 2,353, процентиль 98, CiteScore 8,0.
Severskiy,I., Vilesov E., Armstrong R., Kokarev A., Kogutenko L., Usmanova Z., Morozova V., Raup B. Changes in glaciation of the Balkhash–Alakol basin, central Asia, over recent decades // Annals of Glaciology. - 2016, V.57(71). – P. 382-394. Doi: 10.3189/2016AoG71A575. Web of Science IF 2,565, Квартиль Q1, SJR 1.057, процентиль 89, CiteScore 5.6.
Медеу А.Р., Токмагамбетов Т.Г., Кокарев А.Л., Ерисковская Л.А., Киренская Т.Л., Плеханов П.А., Плеханова Н.С. О влиянии гляциологических и гидрометеорологических условий на гляциальную опасность Заилийского Алатау // Лед и Снег. – 2017. – №57(2). – С. 261-268. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-2-261-268, Квартиль Q2, SJR 0,373, процентиль 32, CiteScore 0,8.
Носенко Г.А., Лаврентьев И.И., Глазовский А.Ф., Касаткин Н.Е., Кокарев А.Л. Политермическая структура ледника Центральный Туюксу // Криосфера Земли. – 2016. - Т. XX, № 4. - С. 105-115. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2016-4(105-115). Квартиль Q3, SJR 0,300, процентиль 30, CiteScore 0,8.
Медеу А.Р., Токмагамбетов Т.Г., Кокарев А.Л., Плеханов П.А., Плеханова Н.С. Гляциальные озёра бассейна реки Хоргос и оценка опасности их прорывов. Лёд и Снег. 2013; 53(3):99-106. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-3-99-106.
Северский И.В., Кокарев А.Л., Пиманкина Н.В. Снежно-ледовые ресурсы Казахстана // Водные ресурсы Казахстана: оценка, прогноз, управление: в 21-м томе. ISBN 978-601-7150-3. – Т. VI: / ISBN 978-601-7150-55-6. – Алматы, 2012. – 246 c.
Кокарев А.Л., Шестерова И.Н. Изменение ледниковых систем северного склона Заилийского Алатау во второй половине XX и начале XXI вв // Лед и снег. – 2011. – № 4 (116). – С. 39-46.
Благовещенский В.П., Уваров В.Н., Касаткин Н.Е., Кокарев А.Л. Гляциологические исследования на леднике Богдановича // Вопросы географии и экологии – 2011. - №3. Алматы.
Shahgedanova, M., Afzal, M., Severskiy, I., Usmanova, Z., Saidaliyeva, Z., Kapitsa, V., Kasatkin, N., and Dolgikh, S. (2018). Changes in the mountain river discharge in the northern Tien Shan since the mid-20th Century: Results from the analysis of a homogeneous daily streamflow data set from seven catchments. Journal of Hydrology, Vol. 564, pp. 1133–1152. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.08.001 Impact Factor:4.500 (CiteScore в базе Scopus: CiteScore 7.2 / SJR 1.684 / SNIP 1.829; процентиль по CiteScore в базе Scopus: категория Environmental Science - 95), Q 1.
Shahgedanova M, Afzal M, Hagg W, Kapitsa V, Kasatkin N, Mayr E, Rybak O, Saidaliyeva Z, Severskiy I, Usmanova Z, Wade A, Yaitskaya N, Zhumabayev D. Emptying Water Towers? Impacts of Future Climate and Glacier Change on River Discharge in the Northern Tien Shan, Central Asia. Water (Switzerland). 2020; 12(3):627. https://doi.org/10.3390/w12030627 Impact Factor: 2.544 (CiteScore в базе Scopus: CiteScore 3.0 / SJR 0.657 / SNIP 1.074; процентиль по CiteScore в базе Scopus: категория Environmental Science - 62), Q 1.
Kapitsa V, Shahgedanova M, Severskiy I, Kasatkin N, White K and Usmanova Z (2020) Assessment of Changes in Mass Balance of the Tuyuksu Group of Glaciers, Northern Tien Shan, Between 1958 and 2016 Using Ground-Based Observations and Pléiades Satellite Imagery. Front. Earth Sci. Vol.8:259. https://doi.org/10.3389/feart.2020.00259 Impact Factor: 2.689 (CiteScore в базе Scopus: CiteScore 3.3 / SJR 1.159 / SNIP 0.985; процентиль по CiteScore в базе Scopus: категория Earth and Planetary Sciences - 79).
Viktor Blagovechshenskiy, Vasiliy Kapitsa and Nikolay Kasatkin Danger of GLOFs in the Mountain Areas of Kazakhstan. Journal of Earth Science and Engineering. Issue 3, 2015. pp. 182-187, DOI:10.17265/2159-581X/2015. 03. 003.
Kapitsa, V., Shahgedanova, M., Machguth, H., Severskiy, I., Medeu, A., 2017. Assessment of evolution of mountain lakes and risks of glacier lake outbursts in the Djungarskiy (Jetysu) Alatau, Central Asia, using landsat imagery and glacier bed topography modelling. Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 17(10), pp.1837–1856. https://doi.org/10.5194/nhess-17-1837-2017 Impact Factor: 3.102 (CiteScore в базе Scopus: CiteScore 5.1 / SJR 1.005 / SNIP 1.370; процентиль по CiteScore в базе Scopus: категория Earth and Planetary Sciences - 89).
Kapitsa, V., Shahgedanova, M., Machguth, H., Severskiy, I., Medeu, A., 2017. Assessment of evolution of mountain lakes and risks of glacier lake outbursts in the Djungarskiy (Jetysu) Alatau, Central Asia, using landsat imagery and glacier bed topography modelling. Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 17(10), pp.1837–1856. https://doi.org/10.5194/nhess-17-1837-2017 Impact Factor: 3.102.
Капица В.П., Шахгеданова М.В., Усманова З.С., Северский И.В., Благовещенский В.П., Касаткин Н.Е. Ледниковые озера Иле (Заилийского) Алатау: состояние, современные изменения, вероятные риски. Геориск, РФ, Москва, 2018, Том XII, №3, с.68-78.
Shahgedanova, M., Afzal, M., Severskiy, I., Usmanova, Z., Saidaliyeva, Z., Kapitsa, V., Kasatkin, N., and Dolgikh, S. (2018). Changes in the mountain river discharge in the northern Tien Shan since the mid-20th Century: Results from the analysis of a homogeneous daily streamflow data set from seven catchments. Journal of Hydrology, Vol. 564, pp. 1133–1152. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.08.001 Impact Factor:4.500.
Shahgedanova M, Afzal M, Hagg W, Kapitsa V, Kasatkin N, Mayr E, Rybak O, Saidaliyeva Z, Severskiy I, Usmanova Z, Wade A, Yaitskaya N, Zhumabayev D. Emptying Water Towers? Impacts of Future Climate and Glacier Change on River Discharge in the Northern Tien Shan, Central Asia. Water (Switzerland). 2020; 12(3):627. https://doi.org/10.3390/w12030627 Impact Factor: 2.544.
Kapitsa V, Shahgedanova M, Severskiy I, Kasatkin N, White K and Usmanova Z (2020) Assessment of Changes in Mass Balance of the Tuyuksu Group of Glaciers, Northern Tien Shan, Between 1958 and 2016 Using Ground-Based Observations and Pléiades Satellite Imagery. Front. Earth Sci. Vol.8:259. https://doi.org/10.3389/feart.2020.00259 Impact Factor: 2.689.