Issuu on Google+

ISSN 2079-6048 Выпуск 10

Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики Спутниковый мониторинг акваторий Биоразнообразие морей Информационное обеспечение ледокольных операций Дистанционное картографирование регионов Арктики

Лето 2011


Выпуск 10, Лето 2011

Учредитель и издатель ООО ИТЦ «СКАНЭКС» Редакционная коллегия: Главный редактор Владимир Гершензон Заместитель главного редактора Алексей Кучейко Ответственный редактор Надежда Пупышева Литературный редактор Елена Терещенко Корректор Ольга Киселева Журналист Мария Дорофеева Дизайн журнала Елена Шурупова, Евгения Чуркина Дизайн и верстка номера Елена Шурупова, Евгений Пономарчук Дизайн обложки Елена Шурупова, Евгений Пономарчук Редакционный совет: В.Н. Адров, ЗАО «Ракурс» Д.Е. Аксенов, НП «Прозрачный мир» А.М. Берлянт, профессор, картограф, Заслуженный деятель науки РФ L.E. Gumley, университет Висконсин-Мэдисон О.Н. Гершензон, ИТЦ «СКАНЭКС» А.В. Гречищев, МИИГАиК, ИНЦ «Геомониторинг» Т.В. Кейко, ФГУП Восточно-Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья «ВостСибНИИГГиМС» А.А. Маслов, Институт лесоведения РАН В.В. Сергеев, профессор, Институт систем обработки изображений РАН, ОАО «Самара-Информспутник» А.И. Сухинин, Центр космического мониторинга и ГИС-технологий КНЦ СО РАН О.В. Тутубалина, МГУ имени М.В. Ломоносова Б.С. Фельдман, эксперт Совета по градостроительству при Союзе архитекторов РФ А.Ю. Ярошенко, Гринпис России Адрес редакции: 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 5/22, стр. 1 Тел./факс: (499) 246-25-93, (495) 739-73-85 www.zikj.ru • zik@scanex.ru Тираж 3000 экз. Цена свободная. Отпечатано в типографии ООО «Сити Принт», www.megapolisprint.ru Подписано в печать 25.08.2011 г. Перепечатка материалов только с разрешения редакции. Мнение редакции может не совпадать с позицией авторов. Редакция оставляет за собой право редактировать и сокращать материалы. Редакция не несёт ответственности за содержание рекламной информации. Открыта подписка на журнал. Подписной индекс по объединенному каталогу «Пресса России» — Е10582. Свидетельство о регистрации в Роскомнадзоре ПИ № ФС77-36871

Республика Саха (Якутия). Снимок Landsat 5. Принят и обработан в ИТЦ «СКАНЭКС»


А

рктика — регион уникального сочетания неповторимой природы и сурового климата, богатейших запасов полезных ископаемых и низкой заселенности, крайне уязвимых и малонарушенных экосистем, арена международной интеграции и геополитического соперничества. Взаимоотношения человека и природы здесь имеют давнюю историю  — почти 30 тысяч лет. В условиях экстремально сурового климата развивалась уникальная культура малых коренных народов Севера. Антропогенная нагрузка на природу Арктики была невелика вплоть до начала XX века. В советский период научные исследования и эксплуатация Арктики были поставлены на индустриальную основу. В  1920–1980-е годы активно разрабатывались месторождения полезных ископаемых, росло население, но продолжали развиваться и промыслы. Появились полярная авиация, ледокольный флот и новые научные дисциплины. В результате на карте СССР появились самые северные в мире города  — промышленные центры, были проложены транспортные магистрали, построен крупнейший в мире флот атомных

ледоколов, способных достичь любой точки Арктики. Основу транспортной инфраструктуры составляли трассы Севморпути. В годы «холодной» войны шапка полярных льдов укрывала атомные подводные ракетоносцы от систем обнаружения, обеспечивая высокую скрытность подводной составляющей ядерной «триады» и удерживая противников от необдуманных шагов. С началом космической эры в Арктику пришли спутниковая навигация, связь и метеоразведка. Но если на заре своего развития спутниковые технологии обслуживали преимущественно оборонные интересы, то сегодня не только сами технологии, но и направления их применения основываются на качественно иных принципах. Именно о  них, а также о современных природно-климатических тенденциях, о совершенствовании мониторинга ледовой обстановки, об изучении биоразнообразия, о повышении экономической эффективности освоения Арктики и о многом другом речь пойдет в этом номере журнала. Арктика — территория не только мировой интеграции, но и международного соперничества. Пока восемь приарктических государств — членов Арктического Совета (Россия, США, Канада, Норвегия, Дания, Исландия, Финляндия и Швеция) дискутируют о территориальных границах, Китай направил в Арктику три полярных экспедиции, приобрел ледокол и намерен создать ледокольный флот. Интерес к изучению и освоению Арктики проявляют Корея и ведущие страны ЕС — Германия, Великобритания, Франция, Италия и Испания. Мировые процессы, связанные с экономическими кризисами и обострением борьбы за сырьевые ресурсы, глобализация, изменение климата, сокращение площади полярных льдов заставили обратить взоры на богатства арктического шельфа, далекие от полюсов государства. В этой свя-

зи можно утверждать, что в последние годы освоение региона становится важнейшим вектором в  экономическом развитии приарктических стран. Глобализация экономики, усиление информатизации, экологические проблемы и изменение климата требуют циркумполярного сотрудничества. Для Арктики вопросы развития и сохранения северных территорий, культуры коренных народов Севера, контроля экологической обстановки носят трансграничный характер. Таким образом, возвращение России в Арктику после экономических неурядиц 1990-х годов становится важнейшим фактором геополитики и развития отечественной экономики. Но сегодня освоение Арктики требует новых подходов, обеспечивающих рациональное недропользование и охрану природы на основе современной науки и технологий, прежде всего космических. Следует отметить, что в  2010  г. значительный прирост грузооборота на трассах Севморпути (атомоходы «Атомфлота» впервые провели из Европы в Азию океанский супертанкер, балкер-рудовоз и паром) достигнут благодаря применению оперативной космической информации. В 2011  г. ожидается дальнейший рост грузопотоков. На арктический шельф в Печорском море уже доставлена нефтедобывающая платформа на месторождение Приразломное. Космические технологии должны стать эффективным инструментом развития народного хозяйства, чтобы богатства России, которые «прирастали Сибирью», стали бы прирастать и Арктикой.

Алексей Кучейко, заместитель главного редактора, заместитель генерального директора ООО ИТЦ «СКАНЭКС»


Тема номера

Содержание 6

7

Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

34

Северный морской путь: экономика использования. В.В. Михайличенко В последнее время высокие тарифы за ледокольные услуги практически «запирали» Северный морской путь. Однако согласно приказу ФСТ от 07.06.2011 №122-т/1 при заключении тарифов на ледокольные услуги допускается снижение этого тарифа с целью привлечения грузопотока на трассы Севморпути.

2 ▪ Земля из космоса

Спутниковое сопровождение ледовой экспедиции ТОИ ДВО РАН в море Лаптевых. В.А. Дубина, Л.М. Митник, И.П. Семилетов, О.В. Дударев, А.А. Кучейко Международная ледово-морская экспедиция, проводившаяся в апреле 2011 г. на льду губы Буор-Хая в море Лаптевых, продолжила научноисследовательские работы, направленные на изучение роли экзогенных процессов в трансформации прибрежно-шельфовой криолитозоны за позднечетвертичное время и оценку климатических изменений. Спутниковые радиолокационные изображения позволили детально картировать положение трещин и узких разводий во льдах в районе выполнения научно-исследовательских работ.

Первые шаги аэрофотосъемки в высоких широтах. Ф.А. Романенко Аэрофотоснимки сыграли главную роль не только в картографировании северных районов нашей страны, но и в открытии многих природных богатств, содержащихся в их недрах. Глубокий след в истории исследования Арктики оставил трест «Арктикразведка». Аэрофотосъемочные работы на долгие годы легли в основу составленных топографических карт различных масштабов и до наступления эры космической съемки высокого разрешения оставались базисом практически всех исследовательских работ на побережьях и островах арктических морей.

24

При решении конкретных тактических задач плавания — выбора пути, способа проводки, безопасного маневрирования во льдах — целесообразно использовать спутниковые снимки в цифровом виде с соответствующим программным обеспечением, позволяющим совмещать геопривязанные снимки с электронными путевыми картами.

Анализ динамических процессов в Арктике на основе данных дистанционного зондирования. Д.В. Добрынин Арктические экосистемы, развивающиеся в условиях ограниченности солнечного тепла, начинают непредсказуемо изменяться при самом незначительном росте температур вегетационного периода и увеличении его продолжительности. Выявить и оценить динамику форм микро-, мезо-, макрорельефа, изменчивость экосистемы в целом позволяют материалы дистанционного зондирования.

17

28

Выбор пути плавания во льдах и оценка результативности использования данных навигационной ледовой информации. Н.Г. Бабич

40

Обнаружение стамух на акватории Восточно-Сибирского и Карского морей при помощи данных ДЗЗ. А.А. Давыдов, С.П. Дейнека, А. Ким Весной 2011 г. выполнен проект по оперативному спутниковому детектированию крупных стамух в мелководных районах Карского и ВосточноСибирского морей, через которые в период навигации проходят маршруты следования судов. Основными источниками информации стали радиолокационные снимки разрешением 100 м и оптические разрешением 250 м. В результате были выявлены крупные стамухи с припаем вокруг них в несколько миль в длину и ширину.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

44

Спутниковый мониторинг ледовой обстановки в Охотском море. В.А. Левин, А.И. Алексанин, М.Г. Алексанина, П.В. Бабяк, А.В.  Громов, Ю.В. Наумкин, Е.В. Фомин, М. В. Стопкин

56

Весеннее половодье 2011 г. на реках Севера ЕТР относится к категории маловодных. По данным спутниковой съемки были выявлены места образования осенних заторов. На основании этих данных, фактических данных с постов, наземного и авиационного обследования и прогностической информации, подготовленной в Северном УГМС, был разработан план превентивных мероприятий, предусматривающий работы и их финансирование по спуску льда в устьевой области р.Северная Двина, а также меры по защите населения и объектов экономики от наводнения.

В статье рассматривается возможность проведения спутникового мониторинга замерзающих морей в Дальневосточном регионе. Кратко описана уже созданная для этого база в Центре коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН, а также рассмотрен опыт информационного обеспечения проводки судов во льдах и их поиска по спутниковым данным.

50

Использование спутниковых радарных изображений для обеспечения ледокольных операций на Белом море. В.Г. Ильин, А.А. Кучейко

60

В зимнюю навигацию 2010–2011 гг. для организации успешных ледокольных проводок судов в Белом море Архангельский филиал ФГУП «Росморпорт» использовал оперативную спутниковую съемку. Космические данные позволили повысить эффективность работы ледоколов на Белом море и сократить простои судов в ожидании проводки.

52

Изучение атмосферной конвекции над арктической полыньей с применением суперкомпьютерных вычислений и спутниковых данных высокого разрешения. В.М. Степаненко, А.В. Дебольский, М.И. Варенцов, Д.Е. Кузнецов, М.И. Зимин По результатам экспедиции на Белое море зимой 2011 г. было проведено экспериментальное исследование полыньи в проливе Большая Салма. Для воспроизведения динамики пограничного слоя атмосферы над полыньей использовался метод трехмерного численного гидродинамического моделирования, а для получения фактических данных о  границе полыньи использованы данные дистанционного зондирования.

Гидрометеорологические и ледовые условия в бассейнах рек Севера Европейской России в зимний период. Е.Н. Скрипник, Л.Ю. Васильев

Дистанционное геотермическое картографирование арктических регионов (на примере архипелага Новая Земля). Б.В. Георгиевский В работе изложены результаты опытного применения дистанционного геотермического зондирования для комплексного изучения арктических регионов. Объектом исследования является архипелаг Новая Земля. Интерпретация результатов дистанционного геотермического зондирования для арктических регионов требует комплексного обоснования и характеристики целого ряда геологических условий.

66

Использование материалов разновременных аэрокосмических съемок в целях исследования динамики состояния берегов Карского моря. С.А. Огородов, Н.Г. Белова, Д.Е. Кузнецов, А.И. Носков В статье рассматривается пример использования материалов разновременных аэрокосмических съемок в целях исследования динамики берегов на трассе перехода Байдарацкой губы Карского моря системой магистральных газопроводов Бованенково — Ухта.

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 3


Тема номера

71

открыт в ноябре 2010 г. Работа центра направлена на решение трех основных задач: подготовку специалистов; проведение научно-исследовательских работ; мониторинг территории региона и предоставление информации в режиме, близком к реальному времени, для поддержки принятия управленческих решений хозяйствующими субъектами.

Биоразнообразие арктических и субарктических морей России Интервью с К.А. Згуровским (руководитель морской программы Всемирного фонда дикой природы) дает представление о биоразнообразии Арктического региона и особенностях использования его биоресурсов.

76

Использование спутниковых технологий для изучения и сохранения биоразнообразия в Российской Арктике. В.В. Рожнов, Д.М. Глазов, А.Л. Сальман В период с августа 2010 г. по март 2011 г. Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН выполнил пилотный проект, направленный на отработку методики совместного использования различных типов данных при проведении биологических исследований. В качестве объекта изучения был выбран белый кит (белуха), являющийся вершиной морской трофической цепи и признанным индикатором состояния морской экосистемы. Проведенный анализ позволил понять причины и факторы, влияющие на миграционную активность белух сахалиноамурского скопления. Подобные проекты могут способствовать выявлению закономерностей поведения, особенностей распределения не только белух, но и других морских млекопитающих, рыб и птиц.

80

Центр космического мониторинга Арктики Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. С.Г. Копосов Центр космического мониторинга Арктики Северного (Арктического) федерального университета

4 ▪ Земля из космоса

Опыт аэрокосмического образования в Якутии. О.Ю. Мороз С 23 июля по 1 августа 2011 г. в ГОУ Физикоматематическом форуме «Ленский край» прошла V-я летняя аэрокосмическая школа «Арктика — дорога в космос». Более 150 школьников, студентовтьюторов, учителей школ из 20 улусов республики прошли обучение в лаборатории дистанционного зондирования Земли.

89

Изучение популяции атлантического моржа в Баренцевом море с помощью космических технологий. В.С. Семенова, А.Ю. Книжников, А.Н.Болтунов, Н.В. Евтушенко В июне 2011 г. стартовал проект по отработке методики дешифрирования местонахождения моржа с  помощью космической съемки на береговых залежках юго-востока Баренцева моря. На космоснимке EROS B, полученном 28 июля 2011 г., специалисты обнаружили скопление около 200 особей моржа в береговой зоне о. Матвеев.

Ликвидации чрезвычайной ситуации на ЗАО «Беломорская нефтебаза». Н.В. Рыбчак В перечень потенциально опасных объектов и объектов жизнеобеспечения Мурманской области включено 76 пожаро- и взрывоопасных объектов, среди них — крупные площадки по хранению и перевалке нефти и нефтепродуктов. Одной из таких площадок является ЗАО «Беломорская нефтебаза». 7 мая 2011  г. следы нефтепродуктов были обнаружены в районе причала № 3 НПК ООО «МСП Витино». Для уточнения площади загрязнения на акватории Кандалакшского залива были использованы данные дистанционного зондирования Земли.

84

87

92

Новости и анонсы

92

Технологии ДЗЗ для освоения, изучения, сохранения Арктики: интернетисточники, события, планы

94

В ритме ИТЦ «СКАНЭКС»: июнь–август 2011 г.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

ХХХХХхххххххххххххххххххххххххххххххх   Выпуск 10 Лето 2011  

5


Тема номера

Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Человечество все же должно было попасть в космос хотя бы для того, чтобы посмотреть на свое поведение со стороны. NN

Низовья реки Оленек, море Лаптевых. Снимок SPOT 4,

дата съемки 4 июля 2011 г. (©SpotImage, ИТЦ «СКАНЭКС») 6 ▪ Земля из космоса


Анализ динамических процессов в Арктике на основе данных дистанционного зондирования Д.В. Добрынин1 Ключевые слова: границы Арктики, природные комплексы, динамика экосистем и ландшафтов, дистанционные методы Key words: Arctic Region boundaries, natural complexes, ecosystems and landscapes dynamics, remote sensing methods

А

рктика. Представления о ней никогда не были однозначны. Начнем с того, что название свое этот высокоширотный регион получил от названия животного, почти не встречающегося на Крайнем Севере. Приравнивая группу околополюсных звезд к символу Гипербореи, древние греки не смогли подобрать ничего более северного, чем бурый медведь. А для современного человека, смотревшего в детстве мультфильм про Умку под шелест оберток «Мишка на севере» естественна ассоциация Большой и Малой Медведиц именно с арктическими белыми медведями. Относительно границ Арктики с античных времен также существуют противоречия. Греки считали, что пределом северных территорий являются Рифейские горы. Географическое положение последних не установлено до сих пор, несмотря на их геохронологическую связь с породами Южного Урала. В представлении античных географов в Рифейских горах лежали истоки рек, впадающих в Эвксинский Понт, — Танаис и Борисфен (Дон и Днепр), то есть находились они в современном Центральном Нечерноземье, где-то между городами Вязьмой и Новомосковск. Наши современники, вслед за учеными античности, не всегда едины в определении границ Арктики. Климатологи определяют их по изоВедущий экс��ерт, ИТЦ «СКАНЭКС», 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 5/22, стр. 1, тел.: +7 (495) 739-73-85, e-mail: ddobrynin@scanex.ru

1

7


Тема номера

Рис. 1. Разрушение пород ледового комплекса процессами термоабразии на побережье острова Большой Ляховский (Новосибирские острова). Фото автора

ТЕРМИНЫ: Аласы. Форма рельефа, представляющая собой озерную или заболоченную депрессию, сформированную процессами термокарста в высокольдистых грунтах с преимущественным развитием ПЖЛ (полигонально-жильных льдов). От термокарстовых котловин отличается развитием специфических таберальных отложений на дне депрессии. Солифлюкция. Разновидность гравитационных склоновых процессов, выражающаяся в движении пород сезонно талого слоя по кровле мерзлых пород. Возникает при избыточном увлажнении или аномальном развитии сезонно талого слоя вечномерзлых дисперсных грунтов. Крип. Пластические деформации вечномерзлых и длительно промерзающих грунтов в процессе их обратимого оттаивания с поверхности. Полигонально-жильные льды. Устойчивые формы льдовыделения с развитием сети жил, формирующих в плане систему замкнутых многоугольников — полигонов. ПЖЛ являются одним из наиболее распространенных факторов развития микрорельефа переувлажненных и мезофитных тундр. Сукцессия. Изменение видового состава сообществ, происходящее в процессе их естественной эволюции или под воздействием факторов окружающей среды. Линник. Участок водоема с прилегающими к нему наземными экосистемами, в пределах которых наблюдаются ежегодные скопления мигрирующих птиц в период линьки (смены перьев).

8 ▪ Земля из космоса

терме самого теплого месяца, ботаники — по характерным растительным сообществам, прочим специалистам ближе понятие Полярного круга… Столь значительные расхождения связаны с фациальной изменчивостью природных комплексов арктических территорий в районах с различными уровнями климатической континентальности. Арктические тундры Таймыра совсем не похожи на аналогичные им по широте тундры Новой Земли, Ямала или Новосибирских островов. А как различаются восточная оконечность Чукотки и западная Аляска, разделяемые проливом всего лишь 80 км шириной! Типичные тундровые экосистемы — с одной стороны, и северотаежные редколесья — с другой! Арктические экосистемы, развивающиеся в условиях ограниченности солнечного тепла, начинают непредсказуемо изменяться при самом незначительном росте температур вегетационного периода и увеличении его продолжительности. Вследствие этого на север проникают виды растений и животных, характерные для более южных, таежных регионов, развиваются процессы деградации криолитозоны, меняются режимы рек и крупных непроточных водоемов. Это сказывается на характере миграции и численности видов промысловых и одомашненных животных — источника продуктов питания коренных народов Севера и подавляющего большинства остальных северян. Обсуждая применение дистанционных методов в Арктике, следует определить основные цели предполагаемых изысканий. Наиболее актуальными в настоящий момент являются исследовательские, экономические и социальные. Подобная группировка не случайна. Приоритет применения дистанционных методов исследования вызван не только низкой изученностью природных богатств высоких широт, но и малым опытом экономически выгодного и экологически стабильного их освоения. Невзирая на то, что экономические предпосылки в наше время воспринимаются как наиболее значимые аргументы, исследовательская составляющая является первостепенной. Человечество слишком мало знает об арктических территориях, чтобы грамотно управлять ими в условиях развивающихся индустрий добычи и переработки полезных ископаемых. Социальные аспекты замыкают список перечисленных работ на основе дистанционного зондирования в  силу того, что при отсутствии природных богатств и экономических предпосылок их разработки развитие этого направления является эффективным. Опыт последних 15–20 лет отчетливо это продемонстрировал. Однако это не означает, что северные области не должны развиваться. Ведь люди на Севере живут! И для их более комфортного существования иногда не хватает как раз того, что могут дать


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

танционного зондирования. Но означает ли данный факт дистанционные методы, — локального уточнения метеото, что методы исследования высокоширотных природных рологического или ледового прогноза; оценки степени комплексов из космоса не способны дать иных характеририска проявления опасных природных процессов; актуастик? Означает ли это, что тот результат, который мы имелизации состояния судоходных рек и прибрежных морей; ем сегодня, достаточен для дистанционной характеристики грунтового и снегового режимов коридоров вездеходных додинамики Арктики? Чтобы ответить на эти вопросы, рог «зимников»; перспективности пастбищных и промыснеобходимо предварительно поставить еще один: каковы ловых участков; надежности грунтов, на которых сооружаже наиболее общие закономерности динамики арктических ются транспортные, жилищные и промышленные объекты. природных комплексов? Результаты многочисленных международных исследоДинамика природных комплексов, как обратимая, так вательских программ, проведенных в рамках Междунаи поступательная, происходит под воздействием фактородного полярного года, единогласно подтверждают: Арров, имеющих свою пространственную характеристику. ктика — сложный, многообразный и высокодинамичный В науках об окружающей среде эти факторы делят согласно регион, чувствительный к изменениям как глобальнорангам форм рельефа на уровни: микро — метры, перго, планетарного уровня, так и к локальным нарушениям вые десятки метров, мезо — километры, макро — сотни природной среды. Из этого вытекает первая задача исполькилометров. Следуя этому принципу, легко сгруппировать зования средств дистанционного зондирования для изучеисточники динамики природных комплексов Арктики. ния Арктики — характеристика всех компонентов динамиНа микропространственном уровне ведущим процессом, ки природной среды Севера. определяющим динамику северных ландшафтов, можно В научных публикациях анализ дистанционными средсчитать процессы, происходящие в сезонно талом слое криоствами динамики арктических территорий представлен слелитозоны. Для внемерзлотных арктических регионов близдующими направлениями: мониторинг льдов арктических кие процессы происходят в длительно сезоннопромерзаюи северных морей, мониторинг сроков установления и схощей поверхностной толще грунтов и почв. Морозобойное да устойчивого снегового покрова, мониторинг берегов растрескивание, морозное пучение грунтов, солифлюкция, и процессов термоабразии (рис. 1). Изредка, преимущекрип, формирование и эволюция полигонально-жильных ственно в отечественных источниках, можно встретить грунтов (рис. 2) — все эти процессы приводят к трансработы, освещающие динамику термокарстовых озер. формации микрорельефа, изменению условий существоваОтдельную группу составляют исследования по восстания тундровых растительных сообществ, вызывая тем сановлению тундровых растительных сообществ после техмым их сукцессии. Ряд названных процессов выводит на ногенных нарушений, связанных с добычей, переработдневную поверхность компоненты грунтов и торфов, резкой и транспортом полезных ископаемых. На этом список ко меняя сомкнутость растительного покрова и его спекисчерпывается, не охватив и трети динамических характральные характеристики. Весьма значительны воздействия теристик природных комплексов Севера. Анализ причин столь несистемного подхода к оценке динамики экосистем и ландшафтов Арктики показывает, что они жестко связаны со степенью сложности признаков дешифрирования изменяющихся объектов. Действительно, снег, лед, береговые уступы, озерные акватории, участки техногенных и нарушенных ландшафтов имеют крайне простую спектральную кодировку и могут быть выявлены в процессе камеральной обработки данных дистанционного зондирования, с минимальными полевыми экспериментальными работами. Интерпретация признаков таких объектов не вызовет затруднеРис. 2. Тундровый ландшафт, облик которого определяется развитием полигональножильных льдов. Фото автора ний даже у новичков в области дисВыпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 9


Тема номера

Рис. 3. Лемминг (Dicrostonyx torquatus). Фото автора

факторов криолитозоны на водный режим тундровых почв, вследствие которого также меняется набор видов и характер сообществ тундровой растительности. Давая оценку временной компоненте динамики арктических территорий на микромасштабном уровне пространственной организации, следует обратить внимание на сезонную периодичность указанных процессов. Подобно поршню двигателя внутреннего сгорания, их такт составляет годовой цикл промерзания-оттаивания, а акселерация — усиление динамики — зависит от метеопараметров: обилия осадков, мощности снегового покрова, сроков установления максимально низких температур. Таким образом, динамические измен��ния растительности и грунтов арктических территорий происходят ежегодно, постепенно меняя спектральные характеристики подстилающей поверхности. В экстремальные годы результаты работы этих процессов хорошо видны по прямым признакам дешифрирования на материалах как высокодетального, так и среднего (20–30-метрового) пространственного разрешения, в виде свежих солифлюкционных террас, пятен пучения, криповых оплывин и зон поверхностно переувлажненных грунтов. На региональных материалах дистанционного зондирования среднего и низкого разрешения такие элементы динамики напрямую не видны, но они вносят свой «посильный» вклад в формирование интегрального спектрального образа в видимом и ближнем ИК диапазонах, создавая трудноустранимые помехи при расчете индексов и простых численных характеристик растительного покрова тундр. Мерзлотные процессы, отнюдь не в одиночку, определяют динамику тундровых сообществ на микропространственном уровне организации. Влияние животного мира приводит зачастую к более ярким проявлениям динамики тундровых ландшафтов. Основными агентами регулярных изменений растительности являются далеко не самые 10 ▪ Земля из космоса

крупные животные. И хотя влияние больших стад северного оленя, особенно при неграмотно организованном их выпасе, не останется незамеченным спутниковыми сенсорами, существует более распространенная сеть агентов, воздействие которых приводит к радикальному изменению тундр. В первую очередь, это лемминги (рис. 3), — небольшие мышевидные грызуны. Особенностями развития популяции леммингов являются характерные вспышки и падения их численности, связанные с подрывом ими собственной кормовой базы — тундровых злаков, осок, а преимущественно — пушицы. Все эти растения характеризуются достаточно высокой отражательной способностью в ИК диапазоне при относительно низких значениях в видимом диапазоне. Поэтому даже при относительно низком их проценте в растительном покрове тундр изменения спектрального сигнала, вызванные их поеданием, будут весьма заметными. А как «до неузнаваемости» изменяются леммингами сообщества, состоящие преимущественно из пушицы! К счастью, подобные «экологические катастрофы» в тундре носят вполне регулярный и обратимый характер с периодичностью в три–пять лет. Зоологам известны волнообразные колебания численности тундровых хищников: песцов, полярных сов, даже волков, происходящие синхронно с динамикой популяций лемминга. Наиболее удивительными для непосвященных последствиями подобной зоогенной динамики являются массовые весенние или осенние миграции леммингов в места, более богатые кормами, сопровождающиеся форсированием зверьками крупных водных пространств, надолго врезающиеся в память счастливых очевидцев. Но не одни лемминги портят спектральную статистку тундры. Как ни странно, еще одним агентом динамиче-

Рис. 4. Белощекая казарка (Branta leucopsis) — житель западного сектора Арктики. Фото автора


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Фенологическая динамика природных комплексов тундры Практически неосвещенным в литературе по дистанционному зондированию остается вопрос о фенологической динамике природных комплексов тундры. Тем, кто проводил исследования или просто долго жил на Севере, известно, что в стране полярного дня двух одинаковых суток практически не бывает. Каждый новый день что-то успевает прорасти, выкинуть бутоны, зацвести-отцвести, завязать семена, усохнуть. Истина про краткость полярного лета известна, пожалуй, всем жителям нашей страны, хотя бы из анекдотов. Эта краткость определяет очень бурную смену спектральных характеристик за весь бесснежный период. Наиболее значимыми агентами смещения спектральных характеристик являются периоды массового цветения различных видов растений. Астрагалы, камнеломки, дриады, остролодочники, маки, копеечники и ряд других видов имеют очень яркие соцветия, способные при достаточной плотности изменить спектральный образ участка тундры коренным образом. Определенную проблему в интерпретации тундровой растительно-

сти составляют фенологические периоды, когда растения выбрасывают семена. Многие из них, как у тундровых ив и пушицы, снабжены обильными волосками для улучшения распространения воздушным путем. Эти волоски бывают столь обильны, что делают сообщество неузнаваемым по спектральным признакам. Сколь часто приходилось сталкиваться с ситуациями, когда исследователи путали кустарничковые ивовые заросли или участки пушициевых тундр на снимках с участками, покрытыми лишайниками (рис.  5). Вопрос о фенологической, годовой динамике признаков дешифрирования тундровых сообществ далеко не праздный. Северные экосистемы — не самые удобные для изучения дистанционными методами в видимом и ближнем ИК диапазонах, уж очень часты там облачность, туманы, осадки… Да и сезон съемки короток. Поэтому любой кондиционный кадр для этих территорий — ценность. Только вот полностью понять его ценность мы пока не можем, поскольку не существует на данный момент системы поправок спектральных характеристик тундровых сообществ в различных фенологических состояниях. Его можно реализовать на базе научных отделов заповедников и академических стационаров, которых у нас в Арктике немало. Ведь в них уже многие десятилетия ведется работа по формированию банка данных «Летописи природы», который может стать основой для

ских изменений растительного покрова северных территорий являются птицы отряда гусеобразных (рис. 4). В местах их массовых гнездовий, на участках пролетных остановок и линниках многие спектрально значимые виды растительности съедаются полностью. К таким растениям относятся мелкие осоки, злаки, хвощи, сочная растительность солоноватых приморских маршей. Относительно обратимости негативного влияния крупных скоплений гусеобразных у орнитологов, ботаников и ландшафтоведов нет пока общего мнения, но гуси по сей день прилетают в тундру и находят пищу себе и своему подрастающему поколению, так что будем надеятся на несомненную обратимость данного типа динамики. Следующий уровень пространственной организации природных комплексов Арктики — мезопространственный. То, что на различных породах формируются различные природные комплексы, ни для кого не является секретом. Но вопрос влияния литолого-геоморфологической

Рис. 5. Фрагмент пушициевой тундры в период созревания семян. Фото автора

создания фенологической шкалы поправок спектральных характеристик тундровых растительных сообществ. У читателя может создаться впечатление, что, говоря о динамике арктических ландшафтов на микропространственном уровне, автор излишне сосредоточился на растительности. Но состояние последней, на материалах дистанционного зондирования, содержит основные характеристики, используемые для интерпретации состояния криолитозоны, особенностей строения четвертичных отложений и выходов коренных пород, гидрологического режима грунтов, свойств почв и почвенных комбинаций.

основы на особенности динамики арктических природных систем освещен далеко не так полно, как хотелось бы. Работы в этом направлении проводились в области оценки темпов термоабразии на берегах морей Северного Ледовитого океана и ряда крупных северных рек. Хорошо освещены и изучены динамические процессы, связанные с развитием на разных породах термокарстовых образований: просадок, озер, аласов (рис. 6). Особо следует выделить обширную группу работ, посвященных динамике экзогенных процессов, развивающихся в условиях техногенеза на различных породах с различными мерзлотными режимами. По общему мнению различных специалистов, роль литолого-геоморфологических факторов в сочетании с характерными для них особенностями мерзлотных процессов является определяющей в формировании современного облика ландшафтов Севера. Фактор породы, или эдафический фактор, принятый в геоботанике и экологии, Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 11


Тема номера

Рис. 6. Динамика спектральной отражательной способности равнинных тундр на разных этапах развития полигонально-жильных льдов. Снижение альбедо при их деградации (более темная полоса на переднем плане) и повышение — при их активном развитии (средний план, до границ с озерной котловиной). Фото автора

является следующим определяющим фактором при формировании мезомасштабных особенностей динамики природных комплексов тундр и арктических пустынь. Это ни в коем случае не умаляет значения климатических и биотических факторов, но подчеркивает, что границы между компонентами строения ландшафтов Севера и рубежи зон различных степеней динамики тяготеют к границам распространения различных пород. Детально систематизировать грунты и породы по степени их влияния на динамику природных комплексов в рамках данной работы трудно. Слишком разнообразны отложения Арктики, да и соответствующие им мерзлотные и гидрологические режимы привносят свою специфику. Однако основные закономерности выделить необходимо. Наименее динамичными, с точки зрения спектральных признаков дешифрирования, являются дренированные грунты легкого механического состава и мощные дренированные торфяные отложения. Ксерофитные растительные сообщества, определяющие их спектральный облик, достаточно постоянны и в наименьшей степени обладают фенологической динамикой. Эти закономерности резко меняются при нарушении растительного покрова. На песках начинается развитие дефляционных процессов с формированием котлов выдувания, эоловых шлейфов и даже дюн. Для торфяников более характерны процессы интенсивной минерализации органических толщ с последующим развитием процессов термоэрозии и заболачивания. В ряде случаев возможно формирование эоловых котлов выдувания. Подобные явления всегда очень хорошо видны на матери12 ▪ Земля из космоса

алах дистанционного зондирования. Процессы деградационной динамики в пределах контуров таких отложений легко изучаются по снимкам с пространственным разрешением вплоть до 10–15 м. Катастрофическая динамика эоловых процессов на песках, нарушенных тундровыми пожарами, различными вариантами техногенного воздействия и нерегулированным перевыпасом домашнего северного оленя, хорошо видна на региональных снимках Малоземельской тундры, на Ямале, Гыдане и ряда участков Яно-Индигирской и Колымской низменностей. Грубообломочные грунты каменистых тундр, как и коренные скальные выходы, являются динамичными по спектральным характеристикам. Основные причины — мерзлотный режим и особенности формирования поверхностного стока по подошве сезонно талого слоя или по породам скального основания. В ряде случаев динамические процессы, отражающиеся в спектральных характеристиках, могут возникать при перераспределении снежного покрова в экстремальные зимы. Растительность после таких зим «выгорает» вследствие вымерзания на участках, лишенных снежного покрова зимой, и продуктивно развивается на участках с более мощным снежным покровом. Такая картина не является постоянной и нарушается в многоснежные года с мягкими зимами, когда сообщества, формирующиеся под более мощной толщей снега, вымокают и угнетаются. Относительно высокодинамичные признаки дешифрирования имеют породы среднего и тяжелого механического состава, находящиеся в дренированных позициях. На этих породах наиболее часто развиваются полигональножильные грунты, формирующие интенсивно развивающийся нанорельеф, который, в свою очередь, определяет динамику режима поверхностного увлажнения и соответствующую ему динамику растительного покрова. На этапе роста ледовых жил (рис. 6) внутренняя часть полигонов увлажняется, вплоть до образования микроозер, а валики над растущими жилами покрываются растительностью, характерной для дренированных тундр. В периоды, когда жилы прекращают рост, дренированность территории выравнивается, а различия в растительности нивелируются, формируя однородный покров мезофитной растительности. При деградации полигонально-жильного комплекса развивается картина, противоположная условиям его роста: дренированные полигоны окружают обводненные понижения на месте бывших валиков, занятые болотной растительностью. Детально динамику такого типа можно изучать лишь по снимкам метрового и субметрового пространственного разрешения, но свой вклад в формирование спектрального альбедо участков тундр, развивающихся на суглинистых отложениях, подобные явления вносят и непременно отображаются


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

в виде пятен со смещенными яркостями на космических снимках среднего и обзорного разрешения в видимом и  ближнем ИК диапазонах. Одним из самых динамичных компонентов тундр на мезомасштабном уровне являются переувлажненные грунты. Они могут относиться к днищам спущенных озерных котловин — аласам, к участкам таликов в поймах рек и на террасах, к приморским низменностям. Основной причиной резких изменений спектральных характеристик можно назвать мерзлотные явления (в комплексе с процессами аккумуляции биогенных отложений). Результатами работы этих факторов становится огромное количество разнообразных микроландшафтов с многочисленными комбинациями открытой водной поверхности, осыхающих торфов, мохового и осокового покрова. (Динамика состояния этих объектов настолько разнообразна, что ее описание не может быть включено в данную статью.) Подводя итог обзора динамики арктических природных комплексов на мезомасштабном уровне пространственной организации нужно подчеркнуть роль пород различного механического состава и мерзлотных режимов в усилении или ослаблении динамичности спектрообразующих компонентов ландшафта. Особо стоит отметить, что описанные феномены практически никогда не использовались при моделировании региональной растительности и оценке продуктивности тундр на основе данных дистанционного зондирования. Несмотря на то, что макрозакономерности динамики природных комплексов Арктики в том или ином виде отображаются на материалах дистанционного зондирования всех уровней пространственного разрешения, нельзя сказать, что их выявление является легкой задачей. Дело в том, что в зависимости от степени континентальа

б

ности района Арктики ведущую роль в формировании областей с различной динамикой будут играть то литологогеоморфологические, то климатические факторы (рис. 7). В ряде регионов, сформированных породами легкого механического состава, мы сможем наблюдать интенсивное продвижение южных видов растительности на север, без видимых проявлений динамики криолитозоны. В других  — наоборот: динамические процессы деградации мерзлоты будут налицо, но ботанические наземные исследования не выявят существенного проникновения южных видов на север. По данным геоботанических исследований, на севере Европейской части России и на севере Республики Саха граница отдельных видов растительности передвинулась на север до 100 километров. И произошло это, судя по данным экспедиций прошлых лет, за один век. В то же время на тихоокеанском фланге Российской Арктики граница стланиковых сообществ существенных продвижений в сторону тундры не претерпела. Аналогичное контрастно-мозаичное распределение по секторам Арктики имеют и регионы с выявляемыми по дистанционным материалам признаками деградации криолитозоны. Обсуждая макрозакономерности строения и динамики Арктики, нельзя забывать, что большую ее часть занимает акватория Северного Ледовитого океана и его окраинных морей. Материалы дистанционного зондирования способны дать значительное количество информации по динамике этих акваторий. Как было отмечено выше, одним из приоритетных направлений дистанционного зондирования является мониторинг ледового режима арктических морей. Современный спутниковый мониторинг арктических льдов — технология, базирующаяся на данных обзорного пространв

Рис. 7. Динамика спектральных характеристик ландшафтов Яно-Индигирской низменности и о. Бол. Ляховский в различные фенологические фазы, связанные с интенсивностью цветения тундровой растительности: а) 17 июня, б) 22 июня, в) 27 июля

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 13


Тема номера

ственного разрешения. Эта информация может быть использована в области построения глобальных научных моделей и метеорологического прогнозирования. Если рассматривать проблему морских льдов Арктики на региональном уровне, то информации с пространственным разрешением в сотни метров будет уже недостаточно. Тенденция к сокращению площади льдов северных морей сохраняется. В данных условиях крайне важно получать информацию о процессе образования молодого льда, его интенсивности, площадях Рис. 8. Полынья, образои направлениях распространеванная в припайных льдах Моря Лаптевых в результания, темпах эволюции в более те активизации выбросов зрелые типы льдов. Особенно метана это касается Восточного сектора Российской Арктики, где расположены акватории так называемой «Великой Сибирской Полыньи» — основного генератора многолетних льдов Северного Ледовитого океана. Одной из «технических» проблем мониторинга участков образования молодых льдов в этом районе является невозможность использования информации видимого и ближнего ИК диапазонов во время полярной ночи. Длительность ее в разных секторах Российской Арктики различна.

Рис. 9. Пример оценки среднемноголетней динамики берегов Новосибирских островов на основе материалов космической и аэрофотосъемки

14 ▪ Земля из космоса

В районе Новосибирских островов, где располагается Великая Сибирская полынья, длительность полярной ночи превышает 80  суток, что не позволяет проводить успешный мониторинг формирования молодых арктических льдов без специализированной группировки радиолокационных спутников. В последнее время в средствах массовой информации обсуждается проблема газогидратных месторождений на Арктическом шельфе. Действительно, газогидраты — квазистабильная форма существования метана — широко распространены на дне морей восточного сектора Российской Арктики. Инициативная группа Дальневосточного филиала Ак��демии наук уже многие годы ведет исследования этого непростого объекта. Буровыми исследованиями выявлено, что подо льдом в местах распространения газогидратов скапливаются огромные пузыри метана. Такие явления, как индикаторы распространения газогидратов, могут быть выявлены по материалам радиолокационных космических съемок по признакам радиояркостного контраста сухого и обводненного льда. Исследования, проведенные нами в этом году, способствовали установлению пространственной корреляции между расположением аномальных трещин в припае моря Лаптевых и участками локализации газогидратов. Момент образования трещин такого типа приходился приблизительно на период созревания припая  — первую половину января. По данным спектрорадиометра MODIS, стабильная трещина была обнаружена только в конце февраля, по окончании полярной ночи. В мае при проведении полевых работ было установлено образование молодого льда с сохранением формы трещины, что связано с выбросом подледного метана к этому моменту (рис. 8).


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

а

1932 г.

Рис. 10. Анализ динамики ландшафтов побережья Северного Ледовитого океана на примере эстуария реки Несь: а) цифровые картографические модели современных и реликтовых природных комплексов; б) карта типов динамического развития и карта эволюционных трендов

2000 г.

Масштаб 1 : 30 000 Молодые микроландшафты современных морских кос и баров Аренофильные злаковые сообщества на участках морских кос и баров Участки развития комплексов зрелых маршей и переходных болот Пойменные луга низовьев р. Несь, испытывающие значительное влияние со стороны моря Участки развития маршей с преимущественным накоплением тонкодисперсных минеральных и органических отложений Участки глинистых осушек с формированием первичной галофитной растительности Участки низких маршей с галофитной растительностью Участки развития комплексов типичных маршей и низинных болот

Участки развития комплексов типичных маршей и фрагментов безжизненных осушек по каналам стока морских вод Участки развития комплексов типичных маршей и аренофильных злаковых сообществ по фрагментам песчаных гряд Комплексы низинных болот в низовьях мелких рек и ручьев, испытывающих влияние моря Молодые микроландшафты современных речных кос и прирусловых валов Пойменные луга низовьев р. Несь, испытывающие слабое влияние со стороны моря Зона перехода зрелых маршей в заболоченные тундровые микроландшафты

Водная поверхность

б

1932–2000 г.

2000 г.

Масштаб 1 : 30 000

ТИПЫ ДИНАМИКИ МАРШЕВЫХ МИКРОЛАНДШАФТОВ Интенсивное омоложение Постепенное омоложение Отсутствие динамики Постепенное старение

СЕКТОРА ЭВОЛЮЦИОННЫХ ТРЕНДОВ Тренд нормального эволюционирования маршевых комплексов Тренд катастрофического омоложения маршевых комплексов Аллювиально-маршевый тренд Маршево-аллювиальный тренд

Интенсивное старение

Одним из интереснейших вопросов динамики акваторий Арктики является анализ морских течений. Этой проблеме было посвящено огромное количество работ, выполненных службами Главного управления Севморпути. С  1990-х годов ХХ века данные о течениях стали собираться нерегулярно и к настоящему времени носят фрагментарный характер. Данные дистанционного зондирования

обзорного и метеорологического пространственного разрешения позволяют выявлять течения на акваториях, не покрытых сплоченными льдами. Признаками выделения течений, помимо аномалий рисунка, могут являться различия в мутности, выявляемые в видимом диапазоне спектра, наличие фотосинтезирующих организмов, детектированное в ближнем ИК-диапазоне, а также различия в температуре, Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 15


Тема номера

зафиксированные в дальнем ИК диапазоне. Помимо изучения характера и режима самих течений, это направление спутникового мониторинга позволяет проводить мониторинг областей транспорта и депонирования твердого стока рек бассейна Северного Ледовитого океана. Оценки последнего очень важны при прогнозировании изменений климата, совершенствования балансовых моделей источников парниковых газов и при анализе продуктивности биоресурсов арктического шельфа. Анализ устойчивости берегов — еще одна крайне интересная тема в мониторинге динамики Арктики. По материалам полевых и картографических исследований установлено, что скорость отступания мерзлых рыхлых пород берегового уступа в результате термоабразии составляет 2–3 м, а для отдельных пород достигает 6 м в год (рис. 10). В  действительности процесс разрушения берегов усиливается в теплые годы и может совершенно остановиться в холодные. Интенсивность отступания береговой линии зависит от большого числа факторов, главными из которых являются характер отложений и их льдистость. В то же время значительное влияние на темпы термоабразии оказывают направления прибрежных течений, сгонно-нагонные явления, положительные донные формы рельефа. Анализ динамики состояния берегов дистанционными методами удобно проводить путем анализа фотограмметрически откорректированных и топографически совмещенных архивных и современных данных. Чаще всего это современные снимки высокого разрешения и аэрофотоснимки прошлых лет. Для ряда регионов, где процессы переформирования береговой линии идут наиболее интенсивно, достаточно космических снимков с пространственным разрешением 10–20  м. Примечателен тот факт, что результатами геоинформационного сопоставления разновременных данных (космических изображений, аэрофотоснимков и фондовых картографических материалов) зачастую является лишь констатация факта топографических изменений берегов. В то же время, топографически совмещенные разновременные данные являются бесценным источником информации по динамике береговых ландшафтов, прибрежной растительности и почвенного покрова (рис. 10 а, б). Касаясь проблемы экономического и социального развития Арктики, приходится констатировать, что признаков положительной динамики в регионах промышленного освоения по материалам дистанционного зондирования пока не выявлено. То же относится и к регионам концентрированного проживания населения. Свидетельство тому — наибольшее число научных работ по анализу антропогенной динамики экосистем Севера дистанционными методами. Активизация деградационных процессов в крио16 ▪ Земля из космоса

литозоне, ухудшение свойств грунтов под промышленными и жилищными объектами, обмеление рек, загрязнение окружающей среды промышленными и коммунальными стоками, снижение продуктивности тундровых сообществ, падение биоразнообразия — вот далеко не полный перечень современных изменений в Арктическом регионе. Европейцы проникли в Арктику давно. Даже на крайний северо-восток Евразии казаки и сборщики пушнины добрались 350–400 лет тому назад. Постепенно «с материка» на Север приходило и плохое, и хорошее. Металл и керамика вместе с эпидемиями и поборами «мягкой рухлядью», медицинское обеспечение и образование вместе с экологической дестабилизацией и разрушением традиционных устоев ведения хозяйства. Но во все эти периоды Арктика оставалась уникальной природно-климатической системой, упрямо развивающейся по собственным законам. Будем надеяться, что современные технологии космического зондирования позволят нам лучше понимать природу Севера, чтобы последующие поколения изучали лишь естественные и непременно положительные изменения в Арктике.

Analysis of Dynamic Processes in the Arctic Region Based on Earth Remote Sensing. By D. Dobrynin Arctic Region ecosystems, developing under conditions of limited solar heat, start to change unpredictably at the slightest temperature rise of the vegetation period and increase in its duration. Images of the vegetation in the space imagery materials contain basic properties, considered during interpretation of the permafrost zone conditions, hydrological regimes of the substrata, soil characteristics and soil combinations. Earth remote sensing data enable to detect and to assess the dynamics of micro-, meso- and macro-relief forms and the instability of the ecosystem in general.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Первые шаги аэрофотосъемки в высоких широтах …Только при помощи аэроплана и дирижабля можно с достаточной полнотой в короткий срок изучить географию приполярных областей Союза. С.В. Обручев. На самолете в Восточной Арктике (1934)

Ф.А. Романенко1 Ключевые слова: аэрофотоснимки, трест «Арктикразведка», полезные ископаемые, геологическая съемка Key words: aerial photo survey, “Arctic Prospecting” trust, natural resources, geological survey

Ф

отографирование Земли из космоса в настоящее время — один из главных методов ее исследования. Географы имеют возможность получать огромное количество разнообразных по разрешению, масштабу, цвету изображений в различных спектральных диапазонах для решения целого комплекса задач. Многие специалисты, особенно молодые и среднего поколения, уже не представляют свою работу без космических снимков, ежедневно обрабатывая их, но очень редко держат в руках небольшие черно-белые квадратные аэрофотоснимки (АФС), часто сохраняющие еще легкий характерный запах фотохимикалий. Их почти не осталось не только в научных и производственных, но и в специализированных картографических организациях, а новые съемки практически все — ведомственные. А между тем именно АФС сыграли главную роль не только в картографировании северных районов нашей страны, но и в открытии многих природных богатств, содержащихся в их недрах. Вспомним некоторые полузабытые или совершенно неизвестные эпизоды развития аэрофотосъемки высоких широт, сыгравшей столь большую роль в развитии нашего Севера. Гигантский труд тысяч людей сейчас практически забыт, как и имена создателей топографических, геологических или навигационных карт — продукта высококвалифицированного синтеза знаний.

Ст.н.с., кафедра геоморфологии и палеогеографии, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, e-mail: faromanenko@mail.ru

1

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 17


Тема номера

Первые опыты Первый самолет появился в арктическом небе в августе 1914 г. Поручик русского флота Ян Иосифович Нагурский, собрав с помощью механикамоториста Евгения Кузнецова самолет «Фарман», выполнил в районе Новой Земли серию полетов в поисках следов пропавших двумя годами ранее экспедиций В.А. Русанова, Г.Л.  Брусилова и  Г.Я. Седова. На открытой всем ветрам маломощной машине в очень сложных метеорологических условиях он удалялся на несколько десятков километров от побережья архипелага и  благополучно возвращался. Практически сразу летчик увидел огромные перспективы применения летательных аппаратов в Арктике. Но из-за грянувшей Мировой войны следующий летательный аппарат появился в полярном небе только через 10 лет. В  июле 1923  г. швейцарские авиаторы В.  Миттельгольцер (кстати, один из основателей в  1919 г. общества аэрофотографов, которое существует и сейчас под названием Swissphoto Group AG) и Нейман на гидроплане «Ледяная птица» совершили первый полет над Шпицбергеном, достигнув 830 с.ш. (Маркуша, 1988). В  августе 1924  г. Б.Г. Чухновский провел ледовую разведку для Северной гидрографической экспедиции в проливе Маточкин Шар на Новой Земле. В  1925  г. американская воздушная экспедиция Д. Мак-Миллана, в составе которой был ставший вскоре знаменитым Р. Бэрд, совершила ряд полетов общей продолжительностью около 50 часов в районе о. Аксель-Хейберг в  Канадской Арктике (Нобиле, 1984), а  норвежец Р. Амундсен и американец Л. Эльсворт совершили бросок к  Северному полюсу со Шпицбергена на двух самолетах. К тому времени опыт фотографирования с воздуха насчитывал уже почти 70 лет (1858, Г. Турнашон), и при18 ▪ Земля из космоса

менялось оно в основном в военных целях. Наблюдатели на аэростатах поднимались в небо и фотографировали вражеские позиции, передавая фотоизображения артиллеристам. Эта практика началась еще во время гражданской войны в США и с тех пор стала обычной. В некоторых российских учреждениях (например, в Министерстве путей сообщения) были созданы фототопографические отделы именно для составления карт и планов с помощью фотографирования с высоты. Идея применения летательных аппаратов для составления карт труднодоступных высокоширотных районов высказывалась Ф. Нансеном и членами созданного по его инициативе общества «Аэроарктика» в середине 1920-х гг. В 1931 г., во время большого перелета дирижабля «Граф Цепеллин» (командир — Г. Эккенер) по маршруту Фридрихсхафен — Берлин — Ленинград — Архангельск — Земля ФранцаИосифа — Северная Земля  — полуостров Таймыр и обратно, с него проводились съемки арктических островов и побережий, результаты съемок должны были поступить в Германию и СССР на равных основаниях. Но в СССР под предлогом засвечивания пленки они не попали. Аэрофотосъемка должна была быть проведена на Чукотке в 1932 г. летной экспедицией С.В. Обручева и К.А. Салищева. В нее входили аэросъемщики А. Суме и Дзержинский, «фотолаборист» А. Филоматитский. На самолете «Дорнье-Валь» Н-1 (командир и навигатор Л. Петров, пилоты Г. Страубе, В. Косухин, бортмеханик Крутский, завхоз Н. Михайлов) экспедиция планировала, базируясь в Анадыре, положить на карту большую территорию (Обручев, 1934). Но незапланированный полет на о. Врангеля и большая потеря летного времени позволили снять методом маршрутно-визуальной зарисовки только побережье от залива

Креста до Колючинской губы. Аэрофотосъемка выполнена не была. На следующий год, располагая самолетом «Юнкерс» Н-4 (командир — Ф.К. Куканов, пилот Г. Страубе, механики В. Шадрин, Л. Демидов), С.В.  Обручев и К.А. Салищев положили на карту масштаба 1:1 000 000 более 375 тыс. кв. км в бассейне р. Анадырь (Обручев, 1934). Фотографирование проводилось обычными аппаратами и играло вспомогательную, иллюстративную роль. Быстрый рост возможностей советской полярной авиации в 1930-е  гг. не остался незамеченным геодезистами, и в 1935 г. пробная аэрофотосъемка именно с целью составления карт проводилась на Таймыре и в дельте р.  Лены. Аэрофотосъемочный самолет 31 июля 1935 г. видел в низовьях р. Нижней Таймыры будущий папанинец Е.К. Федоров. Методом полуинструментальной съемки, преодолев большие трудности и лишения, в ходе длительного пешеходно-водного маршрута он составил карту этого плохо изученного района. Но, увы, она устарела уже на стадии составления, ибо карта на основе аэрофотоматериалов была значительно лучше (Федоров, 1977). Были и другие успешные опыты аэрофотосъемки, но они не получили массового распространения: в 1930-е гг. не хватало ни самолетов, ни пилотов, не было специалистов-операторов и фотограмметристов, маломощные авиабазы не могли обеспечить ни техобслуживания самолетов, ни метеопрогноза, ни обработки огромного количества пленки и негативов. В целом величина неизученных пространств существенно превышала возможности тогдашней авиации. Геологическая съемка Для составления любой специальной карты необходима топографическая основа — карта, на которую нанесе-


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

В годы Великой Отечественной войны выяснилось, что у Советского Союза существует огромная потребность в различных полезных ископаемых. Крупные запасы многих из них были разведаны уже перед войной, в том числе и на Севере. Так, на геологических картах появились Норильское и Мончегорское медно-никелевые месторождения, уникальное Хибинское месторождение фосфорного сырья, крупнейшие оловянная Чукотская и золотоносная Колымская провинции, нефть и газ Тимано-Печорской провинции, вольфрам-молибденовый Иультин, каменный уголь Западного Таймыра, флюорит Амдермы и т.д. На некоторых наиболее крупных месторождениях были организованы горно-обогатительные комбинаты и прииски, на которых тысячи заключенных добывали для страны столь нужное ей сырье.

вестно не было. Поэтому уже в 1944 г., в самом начале выполнения атомного проекта, стало ясно, что поиски нового типа полезных ископаемых требуют коренной перестройки всей системы поисков и разведки. Необходима была сплошная геологическая съемка всей гигантской территории СССР. Первые листы Государственной геологической карты СССР масштаба 1:1 000 000 («миллионки») вышли из печати в 1936–38  гг., но действительно грандиозные геологосъемочные мероприятия развернулись в первое послевоенное десятилетие, в 1946–1956 гг. Именно тогда в необозримые и часто абсолютно пустынные пространства Севера были направлены тысячи полевых партий, впервые начавшие составление геологических карт в таких масштабах по единой методике. В отчетный комплект, составляемый каждой партией, входили собственно геологическая карта, карта четвертичных отложений, карта полезных ископаемых, геоморфологическая карта.

Но его было недостаточно, тяжелейшая война все время требовала новые и новые виды сырья, которое приходилось закупать по ленд-лизу. Да и после победы потребность в сырье оставалась столь же острой как для восстановления народного хозяйства, так и для начавшейся в 1947 г. «холодной войны», главным оружием которой стало атомное. Для него требовались уран и торий, а их месторождений к тому времени из-

Главным методом работы стал метод «исхаживания», когда выделенный партии участок (планшет) покрывался сетью пешеходных маршрутов. В ходе маршрута геологи фиксировали свои наблюдения на так называемых «точках» — «писали точки», как говорится на профессиональном жаргоне. Обычно они располагались у скальных выходов, обнажений рыхлых пород, в долинах рек, на морских обрывах, на участках, где геологи-

ГРАНДИОЗНЫЕ ЗАДАЧИ

ны сведения о рельефе с помощью горизонталей, контуры озер, болот, побережий, реки, скальные останцы, населенные пункты и т.д. То есть необходима топографическая карта, причем желательно более крупного масштаба, чем отчетная геологическая карта. И главной проблемой для геологических партий в конце 1940-х гг. стало именно отсутствие любых карт. Очертания многих районов Севера оставались на уровне Великой Северной экспедиции 1733–42 гг., другие, особен-

ческая ситуация резко изменялась, и т.д. Постепенно выработались определенные кондиции для съемочных работ различного масштаба, расстояния между маршрутами, между точками на маршруте, частота опробования, отбора образцов, разведочного бурения (при съемке крупного масштаба). Параллельно с геологическим наблюдениями велась радиометрическая съемка — в состав каждой партии входил радиометрист с прибором отечеств��нного образца для обнаружения радиоактивного сырья. В первые послевоенные годы геологи были вооружены весьма примитивным полевым снаряжением, часто не имея никакого транспорта, кроме собственных ног, без связи, без оружия, с весьма скудными запасами продовольствия, без необходимой обуви и одежды для защиты от холода, дождя и снега. Сотни килограммов образцов каменного материала они переносили в рюкзаках иногда за десятки километров от базы, вброд переходя холодные и бурные реки, ночуя в брезентовых палатках в худых спальных мешках — и все это также приходилось нести на спине. Даже полевые дневники, куда при любой погоде записывали наблюдения, геологи часто на первых порах сшивали сами из школьных тетрадей. Постепенно организация и оснащение полевых работ улучшались, появились вездеходы, тракторы, легкие самолеты, наладились отношения с  местными колхозами, которые

но внутриматериковые районы, оставались просто «белыми пятнами». Например, даже в самом доступном и изученном арктическом архипелаге — Новой Земле — к осени 1949 г. не было никак изучено 42% территории (Сводки и отчеты.., 1950, лл. 64–85). Поэтому самой насущной была задача подготовки топографических планшетов для собственно геологической съемки. Эту грандиозную задачу можно было выполнить только на основе аэрофотосъемки, а ее организация

с удовольствием предоставляли геологам за деньги оленей и лошадей вместе с пастухамиоленегонами и коноводами; перестали быть дефицитом необходимые для анализов бромоформ и канадский бальзам (вопросы снабжения геологов этими химикатами неоднократно рассматривались на заседаниях Совета министров), повысилось качество подготовки геологов, коллекторов, радиометристов, качество самих приборов отечественного производства. Не изменились лишь условия работы — Арктика всегда оставалась Арктикой, и на кладбищах северных поселков разбросаны могилы геологов, замерзших, утонувших, травмированных, заболевших. Часто на них не сохранилось даже табличек. Памятником этим работникам стали лучшие в мире геологические карты на всю необъятную территорию, карты, напечатанные в 1950-х гг., но до сих пор сохранившие свою научную ценность. Качество их составления настолько высоко, что до сих пор они используются в научных статьях и монографиях, несмотря на появление десятков новых методов и составление геологических карт уже третьего и четвертого поколений. Никогда доселе ни одно государство не тратило столько усилий и средств на геологическую съемку, и геологи отплатили сторицей — до сих пор страна живет за счет природных богатств, открытых в ту эпоху.

требовала еще более крупных вложений на организацию аэропортов с технической и ремонтной базой, метеослужбой, снабжение аэропортов топливом, подготовку кадров и обеспечение их хотя бы минимальным жильем. Необходимо было оснастить самолеты Полярной авиации фотокамерами, организовать проявку пленок, изготовление накидных монтажей и самих контактных отпечатков, то есть оснастить и обеспечить реактивами и оборудованием фотолаборатории. Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 19


Тема номера

Фактически выполнение геологической съемки вызвало появление целой отрасли производства, причем в кратчайшие сроки и в тяжелых условиях послевоенной бедности. И эта задача была выполнена: в 1950-е годы Север обживался наиболее интенсивно. Возникли десятки поселков с населением несколько сотен человек в каждом, соединенных авиа- и пароходным (летом) сообщением с материком. Решения об обеспечении АФС всех районов уже проведенных и намеченных геологических съемок принимались на совершенно секретных заседаниях коллегии Главного управления Северного морского пути (ГУСМП) под председательством его начальника А.А. Афанасьева (например, 19 декабря 1947 г.). Такие задачи потребовали и создания в недрах ГУСМП специализированной организации, которая соединяла бы в себе аэрофото- и геологосъемочную роли и была бы хозяйствующим субъектом. Этой организацией стал трест «Арктикразведка», созданный специально для картографирования и геологической съемки удаленных районов на островах и побережьях арктических морей. Вклад этой организации в исследование Арктики значительно превышает ее известность, а ведь именно она способствовала ликвидации последних «белых пятен» на территории СССР, составлению большого числа первых современных геологических карт и сыграла одну из главных ролей в ярком научном открытии — находке Таймырского мамонта. Первые шаги Трест «Арктикразведка» был организован на основании Постановления СНК СССР № 16143-р от 7 августа 1944 г. и приказа начальника ГУСМП № 273 от 4 ноября 1944 г. (Годовой отчет.., 1945, л. 7). Фактически он 20 ▪ Земля из космоса

Рис. 1. Дом 1/2 на Дербеневской набережной, где с 1949 по 1954 гг. располагался трест «Арктикразведка». Фото автора, 2011 г.

начал работать как самостоятельная организация с 1 января 1945 г., подчиняясь Горно-геологическому управлению (ГГУ) ГУСМП. Контора треста разместилась сначала в Большом Черкасском переулке, 17, в комнате 223, куда можно было позвонить по телефону К-85-31 [9], а затем, с 1949 г., поместилась на Дербеневской набережной в новом доме 1/2 (рис. 1). Управляющими трестом в 1944– 46  гг. были Ширяев и П.С. Николаев, на долю которых выпал самый тяжелый организационный период, отличавшийся большой неразберихой. Главным геологом некоторое время работал Л. Громов, известный своими многолетними работами на о. Врангеля. С 1947 по начало 1950 г. трестом руководил А.Е. Голов, при котором работы достигли, пожалуй, наибольшего размаха. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 06.04.1949  г. «О введении персональных званий и знаков различия для начальствующе-

го состава Главсевморпути при Совете Министров СССР» [2] ему было присвоено персональное звание инженергенерал-директора Северного морского пути (СМП), а вскоре он был переведен с повышением на должность начальника всего Горно-геологического управления ГУСМП. Управляющим трестом стал инженер-капитан СМП 2-го ранга В.И. Бондаренко. Поначалу аэрофотосъемочные работы часто испытывали недостаток в опытных кадрах. Подчас за их организацию брались бывшие пилоты, радисты и просто случайные люди, не обладавшие необходимыми знаниями и умениями. Из-за этого едва не были сорваны аэрофотосъемочные работы Восточно-Таймырской экспедиции 1949 г. (начальник Г.Х. Халилецкий, 1898–1960, кадровый полярник, участник многих экспедиций, в том числе в «Арктикразведке»). Основную роль должен был сыграть новый, самый к тому времени скоростной граж-


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

данский самолет Ил-12 Н-443, первый раз использовавшийся на аэрофотосъемке (командир В.М. Перов, 2-й пилот П.И. Малиновский, бортмеханики Н.Н. Пишков, А. Макин, радист Е. Ерилов, штурман-съемщик Л.Г. Крузе, начавший летать в Арктике в начале 1930-х гг., участник полюсной экспедиции 1937 г., операторы Е. Попов, Бобков и Н. Воеводин). Экспедиция должна была производить одновременно аэрофотосъемочные (между 68°20’ и 77°50’ с.ш., 77°30’ и 119°30’ в.д.) и геологоразведочные работы. Самолет базировался сначала в Туруханске, потом в Игарке, но после нескольких неудачных съемочных дней, когда не удалось выполнить съемку из-за ошибок штурмана, пришлось срочно искать ему замену, запросив Москву. Возникла опасность срыва работ, невыполнения плана и, следовательно, отсутствия заработка для экипажа, которому приходилось выполнять попутные рейсы. И только ранняя осень на Таймыре, вынудившая досрочно закончить съемочные работы на двух самолетах Ли-2 СевероТаймырской экспедиции (командиры П.К. Шпит, Афинский), помогла экспедиции Восточно-Таймырской. На Ил-12 Перова перешел опытный съемщик «Арктикразведки» Г.А. Шугаев, и с ним удалось выполнить план по съемке в южной части Таймыра и на Севере Якутии. Кроме того, часть намеченных участков была снята СевероТаймырской экспедицией. Расцвет Наибольшего размаха аэрофотосъемочные работы достигли на Таймыре и в Северной Якутии в 1949–51  гг. Именно тогда были ликвидированы последние «белые пятна» в Евразии. В 1950 г. «вся деятельность СевероТаймырской экспедиции была целеустремленной, направленной на за-

Рис. 2. Расположение основных поселков — баз аэрофотосъемочных экспедиций «Арктикразведки» в 1945–1954 гг.

вершение аэрофотосъемки Таймыра, на закрытие последнего белого пятна на карте нашей Родины» (Годовой отчет, 1950, л. 3). Работали Западно-, Восточно- и Северо-Таймырские экспедиции, Анабаро-Нордвикский производственный район АФС. Большую, если не главную роль в успешном проведении съемки сыграло расширение и устойчивая работа Управления полярной авиации. Оно получило много новых самолетов, на которых стали летать демобилизованные из ВВС летчики, прошедшие летную школу на войне. Так, Оленекская экспедиция (№ 3) Д.К. Александрова в  1947  г. стала широко использовать самолеты По-2, базировавшиеся на галечном острове р. Оленек против Оленекской культбазы (Перов, 2001). Для снабжения этих самолетов ГСМ был выделен специальный самолет Ли-2 Н-393 (командир В.М. Перов, 2-й пилот В.А. Солянов, штурман П. Беляков, бортмеханик М. Наумов, М. Дьяков, радист Г. Невьянцев), возивший топливо с мыса Косистого на Оленек. Эскадрильей По-2, куда входил также один американский Б-25, руководил один из опытнейших

Пожалуй, наиболее крупной экспедицией первых лет «Арктикразведки» стала Северо-Таймырская, выгрузившаяся с кораблей осенью 1945 г. в бухте Ломоносова на Северо-Западном Таймыре. Был построен поселок, геологические отряды приступили к съемке. Хотя Северо-Таймырская экспедиция и прибыла на Таймыр только в сентябре, она успела получить интересные данные в отношении редких элементов, для чего, собственно, и была туда послана. В ее составе были известные геологи, полярные ветераны Ю.А. Одинец, Е.А. Величко, топограф А.Н. Пчелкин, В.П. Федулов и др. Отличительной особенностью послевоенных экспедиций было большое количество женщин. Важность геолого-поисковой работы была столь велика, что отчеты о ней составлялись в тресте каждый квартал. В 1944–47 гг. в деятельности «Арктикразведки» преобладали в основном геологические экспедиции, в 1947–52  гг. — аэрофотосъемочные. Это было связано также с тем, что в первые послевоенные годы была в сжатые сроки решена задача подготовки геологических кадров, которыми были укомплектованы геологосъемочные партии, и с тем, что они успешно решили главную задачу, — нашли достаточное количество сырья. На первый план выдвинулись задачи геологического картографирования. Партии выезжали в районы работ, часто в составе крупных экспедиций, строивших

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 21


Тема номера

поселки, но для решения их производственных задач (собственно геологической съемки и поисков месторождений полезных ископаемых) необходимы были топоосновы для картографирования, а вот их-то не было. Многие районы Севера, например Таймыр и  Северная Якутия, представляли собой гигантские «белые пятна», что хорошо видно, например, на составленных ГУГК еще в 1947–51 гг. гипсометрических картах средних и мелких масштабов (крупномасштабных карт еще не существовало). Первыми аэрофотосъемочными экспедициями были Анабарская (1946), преобразованная на следующий год в  Анабаро-Нордвикский производственный район АФС (начальник С.А.  Бутлер), размещавшаяся в Хатанге. База Северо-Таймырской экспедиции (Б.В. Дубовской) находилась в  бухте Ломоносова (рис. 2), ЗападноТаймырской (М.М. Данкин) — в п. Малая Хета на левобережье Енисея, Восточно-Таймырской — в Косистом. Арктика была настолько плохо изучена, что в программу работ экспедиций, кроме собственно съемки, входило «географическое обследование», т.е. именно то, что впервые осуществили С.В. Обручев и К.А. Салищев еще в  начале 1930-х гг. Основные съемочные масштабы — 1 : 30 000–1 : 60 000. Иногда отдельно проводили съемку береговой полосы или заснеженных районов. В 1952 г. Северная экспедиция, работавшая на Северной земле, провела опытные работы по съемке морского дна. Возникшие поселки обладали всей необходимой инфраструктурой — взлетно-посадочными полосами, фотограмметрическими лабораториями, ремонтными мастерскими, складами ГСМ и т.д. Проблемы обычно были с  жилыми помещениями, которых часто не хватало, особенно в период интенсивных полетов летом. На зимовку же, особенно на втором этапе работ, оставались несколько человек. Численность обычной аэрофотосъемочной экспедиции достигала 100 человек, куда входило руководство, несколько служащих (бухгалтерия), ИТР, составлявшие основную часть работников — геологи, топографы, фотограмметристы, метеорологи, радисты, и немногие рабочие. В состав экспедиций включали и профессиональных географов. Экипажи съемочных самолетов в состав экспедиций не входили, административно подчиняясь Управлению полярной авиации. В одном аэропорту базировалось до 10 самолетов, как съемочных, так и вспомогательных.

22 ▪ Земля из космоса

полярных летчиков, командир отряда Московской авиагруппы особого назначения (МАГОН) Е.М. Конкин, участник спасения челюскинцев. Летали они так много, что топлива всегда не хватало, и  привезенное экипажем Перова горючее моментально расходилось. За моторным маслом Перову пришлось даже выполнить рейс в Саскылах, где не было аэродрома, садились и взлетали с песчаной отмели на р. Анабар. Осенью По-2 ушли на зимовку в Игарку, а геологические образцы экспедиции Александрова тот же Перов вывез в Москву. В 1951 г. в Тикси базировалось несколько аэрофотосъемочных экипажей — два самолета Ил-12 (В.М. Перов, В.А. Кузьмин, штурман-съемщик Г. Шугаев, механик Н.Н. Пишков, В. Велюго, оператор Н. Воеводин), два Ли-2, а также гидросамолет «Консолидейтед», базировавшийся на гидроаэродроме Усть-Янск (Перов, 2001). Экипаж В.М. Перова выполнил гигантскую задачу, сделав высококачественную аэрофотосъемку громадной территории дельты Лены, Лено-Оленекского междуречья и всего архипелага Новосибирских островов. Лето было хорошее, большая площадь позволяла выбирать подходящую для съемки погоду. Съемка районов западнее Тикси выполнялась с естественного аэродрома на о.  Тюмяти, где организовали тополивнопродовольственную подбазу. Запасы пополнялись катерами из Таймылыра. Новосибирские острова снимали из аэропорта Темп на о. Котельном. Экипаж жил в брезентовом домике у  полосы, связанном телефоном со зданием аэропорта в 4–5 км от ВПП. Дождавшись ясного неба, начали съемку с высоты 4 тыс. м и за полный полетный день сняли с высоким качеством весь о. Котельный. Садились уже на «красных лампочках», выработав для завершения съемки все топливо. Эти снимки до сих пор служат базовыми для всех географических работ на

архипелаге, именно к ним привязывают все более поздние космические снимки для вычисления, например, скоростей отступания берегов, смещений речных излучин и т.д. Все геологические экспедиции на Севере, в том числе и других ведомств, обеспечивала аэрофотоснимками «Арктикразведка». Карты по ним еще не  успели составить, а контактные отпечатки сразу шли в работу. Например, партия № 1 экспедиции № 49 НИИГА под руководством В.А. Черепанова (геологи А.С. Зеленко, В.К. Разин, коллекторы В.Л. Хомичев, М.Ф. Мишин), которая летом 1952 г. вела с помощью двух вездеходов съемку северовосточной части Таймыра, работала без карт, располагая только АФС 1950  г., выполненными «Арктикразведкой» (Черепанов, 1952). Завершающий этап Последними крупными аэрофотосъемочными экспедициями были Западная (А.И. Степанов), работавшая на Земле Франца-Иосифа, и Северная (Б.В. Дубовской) — на Северной Земле. К тому времени в тресте снова сменилось руководство, с осени 1952  г. его возглавил опытный полярник, бывший начальник геологической партии, а потом Ломоносовской экспедиции инженер-капитан СМП 2 ранга А.И.  Судеркин. Главным геологом стал начальник партии Бирулинской экспедиции В.И. Тычинский, главным инженером — начальник Сангарской экспедиции Б.И. Дранников. Таким образом, трест вырастил свои руководящие кадры, которым вскоре пришлось прекращать его деятельность. В 1952 г. в Северной АФС экспедиции произошло несчастье — пропал без вести астроном Жаров, и часть работ на Северной Земле выполнена не была. Судьбу пропавшего выяснить так и не удалось. Начальник экс-


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

педиции Б.В. Дубовской признал, что поскольку «в 1952 году в экспедиции был несчастный случай, признать деятельность экспедиции отличной нельзя» (Баланс.., 1952, л. 41). Хотя трест создавался во многом специально для поиска радиоактивных руд, но к разведке открытого НИИГА в 1947 г. Каменского уранового месторождения на Северном Таймыре его сотрудников не привлекали, а привлекали только геологов НИИГА, которых затем передали в МВД, в недрах которого создали управление № 21 (Ларьков, Романенко, 2010). Постепенно объем работ треста уменьшался. Уже были сняты с воздуха и положены на карты все арктические районы, и геологи теперь могли продолжать плановые съемки более крупного масштаба по новым картам. Сворачивались аэрофотосъемочные экспедиции, закрывались вспомогательные базы, геологические экспедиции либо ликвидировались, либо передавались в  Министерство геологии или иные профильные министерства. Метод «штурма» уступал место постепенной детализации знаний. К тому же после смерти И.В. Сталина немного изменился режим, готовились амнистии, а затем и последующие реабилитации. Начиналось массовое перемещение людей из мест, куда они попали не по своей воле, и уменьшалась населенность многих северных районов. Кроме того, появились крупные специализированные геологические предприятия — НИИГА, «Аэрогеология», региональные геологические экспедиции, для работы которых уже появилось достаточно квалифицированных кадров. Готовилось постепенное реформирование ГУСМП, которое к середине 1950-х гг. потеряло свой статус министерства и перешло под управление Министерства морского флота. Из него были выведены геологические подразделения, и влияние Горно-геологического управления сни-

жалось. Вскоре оно прекратило существование. К тому же была решена задача поисков радиоактивного сырья, и острота проблемы его поисков снизилась. На этом фоне существование треста, выполнившего свою главную задачу, становилось ненужным. В первой половине 1954 г. он был расформирован. Материалы постепенно сдавались органам государственного геодезического надзора МВД, материалы по «особой папке» переданы в секретную часть ГУСМП. Последние документы «Арктикразведки» в связи с ликвидацией треста, которые нам удалось найти, датированы 4 мая 1954 г., т.е. он существовал немногим менее 10 лет. Тем не менее трест «Арктикразведка» оставил глубокий след в истории исследования советской, теперь российской Арктики. В первую очередь аэрофотосъемочные работы на долгие годы стали основой для составления топографических карт различных масштабов и до наступления эры космической съемки высокого разрешения оставались базисом практически всех исследовательских работ на побережьях и островах арктических морей. Сотни работников треста, даже не сознавая этого, создали уникальную картину природы, которая до сих пор не имеет аналогов по объему и полноте, как не имеет аналогов и Государственная геологическая съемка 1950-х  гг. Все последующие исследования начинаются с нее, сравниваются с ней и поверяются ею, часто даже без упоминания. Поэтому деятельность треста «Арктикразведка» — важнейший этап изучения Арктики.

Литература Опубликованная: 1. Ларьков С.А., Романенко Ф.А. «Враги народа» за полярным кругом. М.: Паульсен, 2010. 432 с.

2. Маркуша А.М. Человек летающий. М.: Транспорт, 1988. 207 с. 3. Нобиле У. Крылья над полюсом. М.: Мысль. 1984. 222 с. 4. Обручев С.В. На самолете в восточной Арктике. Л.: Всесоюзный Арктический институт, 1934. 184 с. 5. Перов В.М. Полярными трассами. М.: Русавиа, 2001. 312 с. 6. Федоров Е.К. Полярные дневники. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 312 с. Фондовая: 1. Баланс основной деятельности Северной аэрофотосъемочной экспедиции за 1952 гг. // РГАЭ. Фонд 9570. Оп. 2. Дело 1802. 43 лл. 2. Годовой отчет по основной деятельности треста «Арктикразведка» за 1945 г. // РГАЭ. Фонд 9570. Оп. 2. Дело 1637. 99 лл. 3. Годовой отчет Северо-Таймырской экспедиции за 1950 г. //РГАЭ. Фонд 9570. Оп. 2. Дело 1759. 57 лл. 4. Годовые отчеты треста «Арктикразведка» за 1951 г. //РГАЭ. Фонд 9570. Оп. 2. Дело 1771. 371 лл. 5. Годовые отчеты экспедиций треста «Арктикразведка» за 1947 г. //РГАЭ. Фонд 9570. Оп. 2. Дело 1694. 183 лл. 6. Отчет о геолого-разведочных и поисковых работах ГГУ ГУСМП за 1944 г. // РГАЭ. Фонд 9570. Оп. 2. Дело 1614. 45 лл. 7. Сводки и отчеты по ГГУ ГУСМП (особая папка) о радиоактивных элементах в северозападной части Таймырского полуострова 1948–1950 // РГАЭ. Фонд 9570. Оп. 4. Дело 235. 308 лл. 8. Черепанов В.А. Геологическое строение Северо-восточной оконечности Таймырского полуострова. Л.: НИИГА, 1952. 263 лл. Росгеолфонд. Дело 169541. 9. http://www.bg.ru/article/7456/ 10. http://gossluzhba.narod.ru/ranks/ussr/

First Steps of Aerial Photo Surveys in Polar Latitudes. By F. Romanenko Aerial photos played an important role both in mapping of northern regions of our country and in opening many natural resources, contained in the subsoil. The “Arctic Prospecting” trust placed itself on record of the Arctic Region studies. Aerial photos formed the basis of the created topographic maps of different scales and until the uprisal of the era of high resolution space imagery remained the core of practically all research works on the coasts and islands of the Arctic seas. Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 23


Тема номера

Северный морской путь: экономика использования В.В. Михайличенко1 Ключевые слова:моря Арктики, Севморпуть, тарифы, проводка судов, грузопоток. Key words: the Arctic seas, Northern Sea Route, rates, ships escorting, freight traffic

С

огласно Правилам плавания по трассам Северного морского пути (СМП) его границами на Западе являются Западные входы в Новоземельские проливы: Карские ворота и Югорский шар, а также меридиан, проходящий на север от мыса Желания. При этом Новоземельский пролив Маточкин шар закрыт для гражданского судоходства. На востоке границей СМП является параллель 66 град. северной широты в Беринговом проливе и меридиан 169 град. западной долготы. Транзитным рейсом считается плавание судна по всей длине трассы, при котором оно пересекает обе границы. Плавание судна с пересечением одной границы является арктическим каботажем. Протяженность Северного морского пути составляет 2 500 миль (более 4 000  км). Если в 1987 г. объем грузопотока по СМП составлял 6.6 млн т, то в 1998 г. данный показатель сократился до 1.5 млн т. После этого грузопоток на Севморпути стал медленно расти и в 2010 г. составил более 2  млн  т. В основном рост грузопотока объясняется увеличением перевозок по трасе СМП нефтепродукта. По

прогнозам ученых, на 2015 г. грузопоток по трассе СМП может составить до 10  млн т/год. Использование СМП остается наиболее эффективным по сравнению с переходом через Суэцкий или Панамский каналы, если во главу угла ставится сокращение расстояния транспортировки, а как следствие  — экономия трудозатрат, времени, топлива и т.д. (табл. 1). Однако применяемый до середины 2011 г. высокий тариф на ледокольные услуги «съедал» все преимущества Севморпути. 7 июня 2011 г. приказом Федеральной службы по тарифам № 122-т/1 «Предельные тарифы на услуги ледокольного флота на трассах Северного морского пути для обеспечения перевозок грузов» были установлены новые тарифы. Одновременно с этим в приказе предусмотрено, что тарифы могут применяться на уровне либо ниже предельного тарифа, и это незамедлительно отразилось на росте грузопотока (табл. 2). В табл. 3 представлены предельные тарифы на услуги ледокольного флота на трассах СМП, которые могут также быть уменьшены при заключении договора на проводку, взимаемые

Исполнительный директор «Некоммерческого партнерства по координации использования Севморпути», 117997, г. Москва, ул. Вавилова, д. 7, оф. 521, тел./факс: +7(499) 135-00-28

1

24 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

с  транспортных судов, следующих в балласте, буксирных, технических, вспомогательных (в том числе исследовательских) и иных судов, не предназначенных для перевозки грузов. Проведем анализ экономической составляющей рейсов по трассе СМП при применении предельного и гибкого тарифа ФСТ. Так, танкер SCF “Baltica” в  2010 г. перевез 70 000 тонн газоконденсата из Мурманска в порт Нинбо (Китай) по трассе СМП. Экономия времени составила 15 суток по сравнению с маршрутом через Суэцкий канал. При применении предельного значения тарифа 20.8 USD за тонну наливного груза убыток рейса составит 350 000 USD. При применении гибкого тарифа 5  USD за тонну наливного груза (тариф Суэцкого канала на 2010 г.) прибыль рейса составит 750 000 USD. Балкер “Nordic Barents” в 2010 г. перевез 41 200 тонн железной руды из порта Киркинес в порт Ляньюньбян (Желтое море). Экономия времени составила 15.5 суток. При применении предельного тарифа 27.8 USD за тонну груза убыток рейса составит 226 000 USD. При применении гибкого тарифа 5 USD за тонну груза прибыль рейса составит 700 000 USD. Из расчетов видно, что предельный тариф за проводку судов по СМП с наливными и навалочными грузами превышает тариф за плавание по Суэцкому каналу в 4–6 раз. В 2010 г. по трассе СМП было проведено транзитом 10 судов и перевезено 145 000 тонн груза. К началу августа 2011 г. по трассе уже проведены 5 судов, которые перевезли около 180 000 тонн груза, транзитные проводки по трассе продолжаются. В 2011 г. планируется проводка транзитом 7 крупнотоннажных танкеров Panamax, оператором которых является ОАО «Новатэк» и 1 танкера ОАО «Совкомфлот». Кроме этого пла-

Табл. 1. Сокращение расстояния при использовании СМП (мили)

Порты

Порт назначения

Доставка через водные пути

Мурманск

Роттердам

Иокогама (Япония)

Суэцкий канал СМП Разница (%)

12 840 5 767 7 073 (56%)

11 205 7 345 3 860 (34%)

Шанхай (Китай)

Суэцкий канал СМП Разница (%)

11 999 6 501 5 498 (46%)

10 521 8 079 2 442 (23%)

Ванкувер (Канада)

Панамский канал СМП Разница (%)

9 710 5 406 4 304 (44%)

8 917 6 985 1 932 (22%)

Табл. 2. Предельные тарифы на услуги ледокольного флота на трассах СМП

№ п/п

Номенклатура грузов

1

Генеральные грузы

1.1

Грузы, перевозимые в стандартных контейнерах

1.2 1.3 1.4

1.5 1.6

Единица измерения

Размер тарифа

рублей за 1 тонну номинальной массы брутто контейнера

1 048.0

Цветной металл Файнштейн Продукция машиностроения и приборостроения, в том числе оборудование и их части Средства транспортирования, автомобили и их части Изделия из металлов производственного назначения

2 050.0 1 905.0 2 464.0

рублей за 1 тонну

2 576.0 1 747.0

1.7

Прочие

1 048.0

2

Навалочные грузы

707.0

3

Наливные грузы

530.0

4

Лесные грузы

4.1

Лесоматериалы круглые

4.2

Пиломатериалы и прочая продукция лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности

118.0

рублей за 1 тонну

148.0

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 25


Тема номера

нируется осуществить 5 транзитных рейсов балкеров, которые могут перевезти до 250 000 тонн груза. В результате применения нового гибкого тарифа в навигацию 2011 г. объем транзитных перевозок впервые может превысить объем в 500 000 тонн груза. В  1990  г.  были  утверждены, а  в  1991  г.  опубликованы  правила «Плавания судов по трассам СМП». Данный документ регулирует на не дискриминационной основе судоходство по СМП для всех государств. Таким образом, СМП стал открыт для плавания иностранных судов, включая транзитное плавание. Первым иностранным судном, совершившим транзитное плавание по СМП в 1991 г., было французское судно «Астролябия», которое было проведено по маршруту Мурманск — Игарка — Провидения. Теплоход «Астролябия» — небольшое судно-снабженец ледового класса — выполнил демонстрационный рейс без груза, доказавший, что СМП действительно открыт для плавания иностранных судов. Первым иностранным судном с грузом был финский танкер т/х «Уйку» компании «Neste Shipping», совершивший транзитный рейс в 1993 г. по маршруту Мурманск – Провидения с грузом нефтепродуктов. С 2010 г. для проводок по трассе СМП все шире используются материалы оперативной спутниковой съемки. Так, в период с апреля по декабрь 2010  г. ФГУП «Атомфлот», в ведении которого находится атомный ледокольный флот России, использовал результаты оперативной спутниковой съемки для информационного обеспечения ряда уникальных проводок. Среди них: • крупнотоннажный танкер «СКФ Балтика» («SCF Baltica») с грузом газового конденсата совершил экспериментальный рейс по трассе СМП в августе 2010 г. Ранее крупнотоннажные танкеры океанского класса по Севморпути не проводились; 26 ▪ Земля из космоса

Табл. 3. Предельные тарифы на услуги ледокольного флота на трассах СМП

Размер тарифа № п/п

Район проводки

1

Транзитом по трассам СМП

2

В (из) порты(ов) моря Лаптевых и ВосточноСибирского моря с запада или с востока (на запад или восток)

3

В (из) порты(ов) Карского моря и порты, расположенные(х) на реках Обь и Енисей с запада или с востока (на запад или на восток)

Единица измерения Рублей за 1 тонну полного водоизмещения

• не предназначенный для плавания в ледовых условиях теплоход-паром «Георг Отс» стал первым в истории пассажирским судном, прошедшим через акватории арктических морей от Мурманска до пролива Дежнева и далее вдоль восточных рубежей России (сентябрь–октябрь 2010 г.); • атомный ледокол «Россия», принадлежащий ФГУП «Атомфлот», выполнил первую в истории СМП транзитную проводку теплохода ”Tor Viking“ компании ”TransAtlantic“ полностью в зимнее время (декабрь 2010 г.) почти через месяц после официального завершения летне-осенней навигации на трассах Северного морского пути. Маршрут проходил с запада на восток, и плавание продолжалось 9 суток. Хозяйственная деятельность в Арктике развивается. Это требует оперативного информационного обслужи-

Для всех судов, за исключением указанных в примечании

Для судов, указанных в примечании

1 000.0

500.0

690.0

345.0

200.0

100.0

вания, постоянного доступа к актуальной и достоверной информации об изменении ледовой обстановки.

Northern Sea Route: Application Economics. By V. Mikhailichenko This article presents the analysis of transit navigation through the Northern Sea Route. High traffic rates in recent years for ice-breaking services have practically corked the Northern Sea Route. However, according to the Federal Tariff Service degree from June 07, 2011 №122-т/1 the rates for ice-breaking services can be reduced to attract the cargo traffic to the Northern Sea Route. The article has calculations that show that the rates reduction down to the Suez Canal level will immediately bring profit to shipowners and further reduction may make the Northern Sea Route more and more attractive for transit navigation.


e er st d av gi 2n s Re fore r to 000 e , Be m b ÂŁ1 e pt to Se up

23 - 26 January 2012 QEII Conference Centre, London

BRINGING TOGETHER THE WORLWIDE GEO COMMUNITY Geospatial Insight for Defence & Intelligence

KEY FOCUS AREAS FOR 2012 MAPS TO APPS - Focused on delivering online on demand and on time data, information and analysis to each user intheatre and in HQ. GIS ARCHITECTURE & MISSION MANAGEMENT - Focus on the challenges GIS professionals have when designing and modifying their systems and discussing the practical realities of providing information and managing data on a day-to-day basis. INTELLIGENCE EXPANSION - Focusing on the current GIS strategies and operational successes in preparation for the Olympic Games in London, London Transport GIS, anti-terrorism work around the major worldwide cities, use of imagery and data in border control and crime prevention and many others. OPERATIONAL FOCUS - DGI is moving away from theory into practical operational case studies, that will focus on current and latest GIS strategies from war theatres around the globe. HUMAN GEOGRAPHY - Using not only military force, but intelligence about the local people has proven to be one of the most effective new strategies in Afghanistan, Lybia and many other in-theatre operations. GIS IN C4ISR - For the first time ever DGI is aiming to cover the GIS strategies and tools used within C4ISR - The big strategic capabilities based on GIS or involving GIS.

650

ATTENDEES

42

400

45

NATIONS IN ATTENDANCE ATTENDANCE

ORGANISATIONS

36

SPONSORS & EXHIBITORS EXHIBITORS

HOURS OF NETWORKING NETWORKING

ONE

UNIQUE EVENT

Created by the community for the community The DGI 2012 Advisory Board & Speakers Already Include: Col. John Kedar, Chief of Staff Headquarters Engineer in Chief (Army), UK MOD

Vanessa Lawrence, CB Director General and Chief Executive, Ordnance Survey Eliza Manningham-Buller, Former Head, MI5

Michael W. Powers, Technical Director Geospatial Research and Engineering, US Army

John Teufert, NC3A Geo-Officer, NATO C3 Agency

Col Pat Fryer, Section Head Geospatial Policy & Operations, SHAPE, NATO

Marlene Meyer, Head of Defence, Geospatial Organisation, Denmark

Lt. Col. Neil Marks, National Expert, Council of the European Union Col. Mark Burrows, Commander, JAGO, UK MOD Captain Kjetil Utne, Director, Military Geographic Service, Norwegian MOD

Principal Sponsor:

Col. Babis Paraschou, Chief Geospatial Officer, NATO Deployment Corps, Greece Steve Pyatt, Director, GEOINT Policy and Plans, New Zealand MoD

Associate Sponsor:

Susanne Yoakum-Stover, Executive Director, Institute For Modern Intelligence

Ric Diaz, GEOINT Team Leader, Intelligence Fusion Centre, RAF Molesworth, UK MOD

Brig Jim Hockenhull, D ISTAR, UK MOD

Andy Marles, Chief Fire Officer, South Wales Fire & Rescue

Steven Ramage Executive Director, Marketing and Communications, Open Geospatial Consortium (OGC)

Vice Admiral Robert B. Murrett, Dept. Director, Institute for National Security and Counterterrorism (INSCT)

Kenneth Pugh, Head of Geo, Navy, MOD Chile Frank Colley, Ast. Secretary Defence GEOINT, Defence Imagery & Geospatial Organisation (DIGO), Aust. DoD

Premium Sponsor:

Leendert Bal, Director, European Maritime Safety Agency Brig. General (ret) Amnon Sofrin, Head of The Intelligence Directorate Israeli Intelligence Service (ISIS)

Sponsors:

CONTACT US for your own copy of the latest agenda, to stay up to date with the latest developments and find out about current preferential rates:

+44 (0) 207 368 9465

dgi@wbr.co.uk

www.dgieurope.com


Тема номера

Выбор пути плавания во льдах и оценка результативности использования данных навигационной ледовой информации Н.Г. Бабич1 Ключевые слова: ледяной покров, путь следования, ледокол, корректировка маршрута, спутниковые средства. Key words: ice cover, shipping routes, ice-breaker, route updating, satellite assets

В

силу исключительной пространственно-временной  изменчивости параметров ледяного покрова выбор пути плавания во льдах полностью зависит от данных мониторинга ледяного покрова. Выбор пути плавания во льдах состоит из нескольких этапов: выбор варианта трассы, разработка рекомендованного маршрута, определение оптимального пути плавания во льдах. Задачи первых двух этапов решаются Штабом морских операций. Информационной основой выбора вариантов трасс и рекомендованных маршрутов являются данные снимков ИСЗ, обзорных и оперативных ледовых карт, погодные и ледовые прогнозы. Оптимальный путь плавания каравана — это путь, позволяющий совершить заданный рейс в наиболее короткие сроки при наименьших за-

тратах энергии и соблюдении наивысшей безопасности плавания с учетом сопутствующих рейсу навигационных, ледовых и метеорологических условий. Окончательное решение по выбору пути принимается командованием ледокола или судна непосредственно в процессе проводки или самостоятельного плавания во льдах. Для этого в качестве информационной основы командованию ледокола (судна) необходимо располагать данными тактической ледовой информации, а также данными анализа текущей и прогностической гидрометеорологической информации, учитывать особенности ледового режима района плавания. Действия судоводителей при выборе пути плавания выполняются в следующей последовательности, которая включает:

Начальник управления эксплуатации флота (Штаба морских операций) ФГУП «Атомфлот», 183017, г. Мурманск-17, тел.: +7(8152)553-355

1

28 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

• изучение рекомендаций штаба морских операций по выбору варианта трассы и рекомендованного маршрута проводки на основании данных стратегической и оперативной ледовой информации; • анализ текущей и прогностической погодной и ледовой информации в месте нахождения каравана в направлении рекомендованного маршрута плавания; • корректировку маршрута в процессе проводки на основании данных тактической ледовой авиаразведки или снимков ИСЗ разрешением от десяти до ста метров; • выбор направлений форсирования льда на основании непрерывного наблюдения за ледовой обстановкой в пределах визуальной и радиолокационной видимости. Практика обеспечения проводки судов во льдах показывает, что фактический путь движения караванов существенно отличается от запланированного пути. Так, в пределах намеченного по данным обзорных ледовых карт варианта трассы фактический путь, избранный по данным тактической ледовой информации, проходит в пределах зоны («коридора») шириной от нескольких десятков до ста миль. Несовпадение рекомендованного маршрута плавания и фактического (оптимального) пути движения каравана в среднем составляет 5–15 миль. Основными причинами указанных несовпадений являются, с одной стороны, высокая пространственная изменчивость параметров распределения и подвижность (дрейф) ледяного покрова, с другой — значительные различия в разрешающей способности источников данных ледовой информации и степени детализации характеристик льда, отображенных на ледовых картах (обзорных, оперативных, тактических).

Также необходимо отметить, что значительное влияние на окончательный выбор судоводителями пути плавания оказывают условия визуального ориентирования. Даже при хорошей видимости дальность уверенной визуальной оценки льдов зависит от характеристик самого ледяного покрова. В  сплоченных ровных льдах толщиной до 1.2 м эта дальность составляет примерно 2–3 мили, в сплоченных льдах толщиной до 2.5 м и торосистости 2–3 балла — до 1 мили, в  сильно всторошенном льду (4–5 баллов) — менее 0.5 мили. При ухудшении видимости за счет снегопада, метели, тумана визуальное ориентирование крайне затруднено, соответственно, дальность уверенной визуальной оценки льдов уменьшается до нескольких десятков метров. За счет возникающих трудностей в выборе пути скорость движения караванов в условиях ограниченной видимости уменьшается в среднем в два раза. Кроме того, в условиях полярной ночи визуальное ориентирование возможно только в пределах дальности действия источника искусствен-

ного освещения с ледокола или судна. По  этой причине судоводители вынуждены использовать данные радиолокационной оценки навигационной и ледовой обстановки. Однако радиолокационная оценка льдов с помощью существующих РЛС ограничивается дальностью 3–5 миль. К тому же из-за трудностей дешифрирования радиолокационных изображений такая оценка не может быть вполне достоверной. Из сказанного следует, что разрешающая способность источника данных тактической ледовой информации должна быть сопоставима с самыми низкими значениями дальности уверенной визуальной оценки льдов с  мостика ледокола (судна) в реальных условиях плавания. Таким образом, линейный масштаб разрешающей способности данного источника должен составлять от нескольких десятков до сотни метров. Аналогичные требования должны предъявляться к степени детализации навигационно-значимых параметров состояния льда, отображаемых на картах тактической ледовой информации. Путь плавания выбирается обыч-

Ледокол «Ямал»

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 29


Тема номера

Рис. 1. Форсирование льда по нормали к фронту сжатия

но по зонам пониженной сплоченности и толщины льда, по полыньям, разводьям и трещинам, в обход скоплений льда, крупных полей и обломков полей, в обход барьеров, гряд и пятен торосистых льдов. Все перечисленные характеристики льда, безусловно, являются навигационно значимыми. При плавании в условиях сжатий путь должен выбираться на курсах, параллельных (или близких к параллельным) вектору дрейфа льдов (оси сжатия). Поскольку в результате сжатий в  массиве льда образуются свежие трещины и разрывы, ориентированные параллельно оси сжатий, они должны быть использованы для выхода из локальных зон сжатия льда (рис. 1). Очевидно, что ориентации осей сжатия в массиве льда (векторы дрейфа) также относятся к числу навигационно значимых характеристик состояния ледяного покрова. Таким образом, отображение перечисленных навигационно значимых характеристик ледяного покрова на картах тактической ледовой информации должно выполняться в линейном 30 ▪ Земля из космоса

масштабе со степенью детализации от нескольких десятков до ста метров. Графическая интерпретация спутниковых изображений (ERS, RADARSAT, ENVISAT) с такой степенью детализации ледовых карт по существу недостижима. С другой стороны, практика использования спутниковых снимков (ERS, RADARSAT, ENVISAT) на российских ледоколах для решения конкретных задач выбора пути плавания в морях Арктики показала, что указанные снимки вполне успешно применялись судоводителями при выборе пути плавания без предварительной графической интерпретации. Опытные судоводители очень быстро освоили процедуру распознавания навигационно значимых параметров состояния льдов: трещин, полыней, разводий, ровных или слабовсторошенных льдов, участков пониженной сплоченности, торосистых образований, полей и обломков полей льда, свежих разрывов и трещин, образовавшихся под воздействием сжатий. Следует отметить, что успешный опыт использования для выбора пути плавания

оригинальных снимков самолетных РЛС бокового обзора системы «Нить» (в масштабе 1 : 50 000, 1 : 25 000 и разрешающей способностью 5–20 м на местности) имел место на российских ледоколах в период с 1978 по 1990 год. При решении задач картирования морских льдов с помощью спутниковой информации значительный интерес вызывает оценка результативности использования карт стратегической, оперативной и тактической ледовой информации для выбора оптимального пути плавания во льдах. Изучение этой проблемы, выполненное автором по собственной оригинальной методике на основании многолетнего опыта работы российских ледоколов в Арктике, позволило получить результаты, представленные в виде графиков на рис. 2, 3, 4. Так, на рис.  2 показан вид зависимости коэффициента увеличения средней эксплуатационной скорости проводки караванов во льдах в процентах (К, %) от линейного масштаба разрешающей способности источника данных ледовой разведки (L, км) или степени детализации характеристик распределения и состояния ледяного покрова (S, км) на ледовых картах. Базовым вариантом для расчета коэффициента увеличения скорости проводки (К, %) послужили данные среднедекадных обзорных ледовых карт. Из анализа графика (рис. 2) следует, что наибольший эффект увеличения средней эксплуатационной скорости проводки караванов может быть достигнут за счет выбора оптимального пути плавания во льдах при условии увеличения разрешающей способности источника (степени детализации) данных тактической ледовой информации. Вполне очевидно, что наращивание разрешающей способности источника данных тактической ледовой информации ограничено существую-


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

щими техническими возможностями. В  рассматриваемом нами случае следует считать достаточным линейный масштаб разрешающей способности источника, соизмеримой с дальностью уверенной визуальной оцени льдов с мостика ледокола (судна) в условиях ограниченной видимости — от нескольких десятков до ста метров. Помимо общей закономерности приращения эксплуатационной скорости проводки караванов в зависимости от повышения качества ледовой информации, данные графика (рис. 2) позволяют установить вполне определенные количественные критерии градаций разрешающей способности источника данных и степени детализации характеристик распределения и  состояния льда при построении карт стратегической, оперативной и тактической ледовой информации. Указанные на рис. 2 градации видов навигационной ледовой информации подтверждены существующей практикой научно-оперативного обслуживания морских операций в Арктике. С внедрением новых технологий научно-оперативного обслуживания арктического судоходства указанные критерии могут изменяться для более полного соответствия требованиям обеспечения безопасного и эффективного плавания во льдах. В частности, главным фактором, определяющим трудность ледового плавания, является показатель толщины льда. На графике (рис. 3) представлена зависимость эксплуатационных скоростей проводки караванов ледоколами типа «Арктика» от толщины сплоченных льдов в летний сезон. Значение эксплуатационной скорости V° характеризует уровень скорости проводки при отсутствии данных тактической ледовой информации. Значение скорости V1 характеризует достигнутый уровень скорости проводки при использовании для

Рис. 2. Вид зависимости коэффициента увеличения скорости проводки во льдах (К, %) от линейного масштаба разрешающей способности источника данных ледовой разведки (L, км) или степени детализации характеристик и состояния ледового покрова (S, км)

Рис. 3. Ход увеличения (К, %) эксплуатационной скорости проводки во льдах (V ) за счет использования данных тактической ледовой разведки (V1) в зависимости от толщины льда O

Рис. 4. Ход изменения среднемесячных значений скорости проводки во льдах за счет использования данных тактической ледовой разведки в круглогодичном навигационном цикле

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 31


Тема номера

Айсберг

выбора пути данных тактической ледовой информации с разрешающей способностью от нескольких десятков метров до ста метров. При расчете значений скорости V1 были использованы данные тактической ледовой информации, полученные с помощью вертолетов, базирующихся на ледоколах, снимков самолетов РЛСБО «Нить», а также снимков разрешением от десятков до ста метров ERS, RADARSAT. Из анализа рис. 3 следует, что результативность тактической ледовой информации возрастает по мере увеличения трудности ледового плавания (показателя толщины льда). Это подтверждается ходом кривой изменения коэффициента увеличения эксплуатационной скорости проводки (К, %) в  зависимости от толщины льда. В наиболее общем виде результативность тактической ледовой информации для целей выбора оптимального пути плавания с использованием средств достаточно высокого разрешения (от нескольких десятков до ста метров) иллюстрируют данные графика, представленного на рис. 4. Представленный график отражает ход изменения расчетных скоростей проводки караванов ледоколами типа «Арктика» в круглогодичном навигационном цикле на трассах плавания в Карском море между параллелями 70–75 градусов северной широты. Кривая hл характеризует динамику нарастания средневзвешенной толщины льда (с учетом торосистости) от мо32 ▪ Земля из космоса

мента начала ледообразования до полного таяния льдов. На оси абсцисс отмечены периоды ледокольной проводки судов во время присутствия льдов на трассах плавания, а также период безледокольного плавания судов во время отсутствия льда (по чистой воде). Кривая V° характеризует ход изменения эксплуатационной скорости проводки караванов во льдах при использовании для выбора пути плавания данных обзорных ледовых карт. Кривая V1 характеризует ход изменения эксплуатационной скорости проводки караванов при использовании для выбора пути плавания данных тактической ледовой информации разрешением от нескольких десятков до ста метров. Анализ графика (рис. 4) подтверждает наличие устойчивой обратной корреляционной зависимости эксплуатационной скорости проводки судо�� от показателя трудности условий плавания (толщины льда). Из анализа графика также следует, что данные тактической ледовой информации разрешением от десятков до ста метров дают возможность в наиболее тяжелый зимне-весенний период навигации повысить в 2–3 раза эксплуа-

тационные скорости проводки караванов во льдах. Пропорционально этому увеличивается количество проведенных судов (пропускная способность трасс плавания). На графике (рис. 4) отмечен уровень скорости проводки судов — 2 узла, ниже которого дальнейшая эксплуатация ледовой трассы считается нерентабельной и не соответствующей условиям безопасности мореплавания. В рассматриваемом нами случае к такому периоду относятся апрель и май (по значениям скорости V°). Значения скорости V1 в этот же период достигают 4–5 узлов. Из этого следует, что использование данных тактической ледовой информации разрешением от десятков до ста метров служит мощным резервом расширения возможных сроков навигационного периода и повышения безопасности проводки судов во льдах. Выводы Из имеющихся спутниковых средств, предоставляющих данные навигационной ледовой информации — стра-


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

тегической, оперативной и тактической, — наиболее перспективными являются инструментальные (радиолокационные) средства разрешением от десятков до ста метров (ERS, RADARSAT, ENVISAT или им подобные). Данные NOAA по причинам низкой разрешающей способности и зависимости от условий освещенности, видимости (полярной ночи, облачности, тумана) имеют ограниченное применение и используются при составлении обзорных и оперативных ледовых карт. Данные Modis (Terra, Aqua), хотя и имеют более высокое разрешение по сравнению с NOAA (250 м), тем не менее также зависимы от погодных условий и освещенности. Преимущества использования радиолокационных данных (ERS, RADARSAT, ENVISAT) для навигации заключаются в следующем: • возможность мониторинга льда с  достаточно высокой разрешающей способностью независимо от условий видимости и освещенности. При этом обеспечивается регулярное получение ледовой информации для создания ледовых карт и  решения навигационных задач на всех уровнях деятельности потребителей  —  стратегическом, оперативном, тактическом; • возможность обработки, трансформации, передачи и использования информации на основе современных компьютерных технологий и спутниковых средств связи; • результативность использования снимков разрешением от десятков до ста метров повышает уровень эксплуатационной проводки судов во льдах в 1.5–2 раза, повышает безопасность ледового плавания, снижает аварийность судов во льдах. Для использования радиолокационных данных с КА ERS, RADARSAT, ENVISAT в практике судоходства на

уровне решения организационных и  оперативных задач управления движением флота целесообразно создание на базе дешифрированных снимков обзорных и оперативных ледовых карт, трансформированных с учетом потребностей береговых пользователей. Для решения конкретных тактических задач плавания — выбора пути, способа проводки, безопасного маневрирования во льдах — целесообразно использовать оригинальные снимки в цифровом виде с соответствующим программным обеспечением, позволяющим совмещать геопривязанные снимки с электронными путевыми картами. Дешифрирование навигационно значимых характеристик ледяного покрова в этом случае будет осуществляться судоводителями, имеющими навыки такого дешифрирования после соответствующей подготовки и обучения. При этом должна обеспечиваться высокая оперативность поступления снимков на суда и ледоколы с таким расчетом, чтобы от момента съемки льда до поступления информации на судно задержки по времени не превышали нескольких часов. Будущую систему спутникового мониторинга в целях навигации необходимо строить на основе применения инструментальных дистанционных средств достаточно высокого разрешения — не ниже 50–100 м на местности. Методика валидации этих данных должна предусматривать возможность создания обзорных и оперативных карт для береговых структур управления движением флота. Часть оперативной ледовой информации в виде ледовых карт района плавания следует передавать на ледоколы и суда. Основой информационного обеспечения для решения судоводителями тактических задач плавания могут служить оригинальные снимки без предварительного дешифрирования. Определение потребности в ледовых картах, часто-

те их поступления в интересах пользователей устанавливается структурами, осуществляющими организацию и управление движением флота. Создание ледовых карт должно осуществляться на базе специализированных ледовых центров.

Selecting Navigation Routes and Accessing Efficiency of Ice Navigation Data Application. By N. Babich The practice of ice channeling reveals that the actual route of the convoys differs a lot from the anticipated itinerary. It is expedient to use original digital images with respective software, enabling to combine geolocated images with electronic route maps, to resolve individual tactical tasks of navigation, such as itinerary selection, escorting method and safe maneuvering through the ice.

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 33


Тема номера

Спутниковое сопровождение ледовой экспедиции ТОИ ДВО РАН в море Лаптевых В.А. Дубина1, Л.М. Митник1, И.П. Семилетов1, 2, О.В. Дударев1, А.А. Кучейко3 Ключевые слова: экспедиция, экзогенные процессы, криолитозона, климатические изменения, ледовая обстановка, радиолокационные изображения Key words: expedition, exogenous processes, permafrost zone, climatic change, ice situation, radar images

С

1990 г. Тихоокеанский океанологический институт (ТОИ) ДВО РАН проводит комплексные гидрологические и биогеохимические исследования в Тихоокеанском секторе Арктики (ТСА), который включает в себя северную часть Берингова моря и районы Северного Ледовитого океана, находящиеся под влиянием тихоокеанских вод, — Чукотское и Восточно-Сибирское моря, а также частично моря Бофорта и Лаптевых. С 2003 г. подготовка и проведение экспедиций в ТСА сопровождается комплексным анализом мультисенсорной спутниковой информации, что позволяет повысить эффективность планирования и проведения научно-исследовательских работ. Разрабатываются новые методы интерпретации разнородных спутниковых данных, алгоритмы восстанов-

ления гидрометеорологических параметров, в первую очередь — характеристик ледяного покрова. Вопросы усвоения данных дистанционного зондирования Земли рассматриваются в рамках применения распределенной инфраструктуры коллективного пользования. Экспедиция Международная экспедиция, в составе которой работали 18 человек, проводилась в апреле 2011 г. на льду губы Буор-Хая в море Лаптевых (рис. 1, 2,  4). Экспедиция продолжила научно-исследовательские работы, которые начались в 1999 г. Основные цели работы: изучение роли экзогенных процессов в трансформации прибрежно-шельфовой криолитозоны за позднечетвертичное время и оценка климатических изменений, обуслов-

ленных возможным катастрофическим выбросом метана в атмосферу [2, 7]. Экспедиционные  исследования осуществляются в соответствии с  российско-американским Договором между Президиумом РАН и  ДВО РАН, с одной стороны, и Национальной Океанографической и Атмосферной Администрацией США и  Международным Арктическим научным центром Университета Аляска в Фэрбанксе, США  — с другой. Организатором работ является лаборатория арктических исследований ТОИ ДВО РАН, а руководителем  —  заведующий лабораторией, д.г.н. И.П.  Семилетов. В экспедиции 2011 г. приняли участие Тиксинская гидрографическая база Министерства транспорта России; Институт мерзлотоведения Сибирского отделения РАН, г.  Якутск; Московский государственный университет имени М.В. Ломоно-

Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, 690041, Россия, г. Владивосток, ул. Балтийская, д. 43, тел.: +7(423)234-08-73; e-mail: dubina@poi.dvo.ru 2 Международный Арктический исследовательский центр, Университет Аляски, Фэрбанкс, США (International Arctic Research Center, University of Alaska, Fairbanks, USA) 3 ИТЦ «СКАНЭКС», 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 5/22, стр. 1, e-mail: kucheiko@scanex.ru 1

34 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

сова; Усть-Ленский государственный заповедник, пос. Тикси; Международный Арктический научный центр, Фэрбанкс, Аляска, США; Полярная геокосмофизическая обсерватория Института космофизических исследований и  аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, г. Якутск. Спутниковые данные Для анализа ледовой обстановки использовались следующие данные: • измерения в ИК-диапазоне (10.78– 11.28 мкм) спектрорадиометров MODIS со спутников Terra и Aqua; • изображения в истинном цвете с  разрешением 250 м, создаваемые комбинацией 1-го (длина волны  = 0.645 мкм, разрешение 250 м), 4-го (  = 0.555 мкм, разрешение 500 м) и 3-го (  = 0.469 мкм, разрешение 500 м) спектральных каналов спектрорадиометра MODIS; • измерения в видимом и ИКдиапазонах тематического картографа ETM+, установленного на спутнике Landsat 7; • радиолокационные изображения со спутника Envisat с низким пространственным разрешением из архива Европейского космического агентства (ESA); • изображения со спутника Envisat с размером пикселя 75 × 75 м из оперативного архива ESA; • изображения со спутника RADARSAT-1, принятые в оперативном режиме в приемном центре ИТЦ ��СКАНЭКС» в Магадане. Радиолокационная (РЛ) съемка южной части моря Лаптевых выполнялась 30 апреля и 1 мая в режимах «Стандарт» (размер кадра 100 × 100 км, межпиксельное расстояние 12.5 × 12.5  м) и «Детальный» (два кадра размером 50 × 50 км каждый с межпиксельным расстоянием 6.25 × 6.25  м). Синтез изображений осуществлен в полуавто-

Рис. 1. Карта моря Лаптевых. Черными изолиниями показано среднемноголетнее распределение солености на поверхности моря зимой [5]. Толстой красной линией отмечено положение кромки припая в середине февраля, а  тонкой — в начале зимы [4, 5]. Серыми изолиниями представлены изобаты, а стрелками —­течения на поверхности моря летом [5]

Рис. 2. Остановка санно-тракторного поезда экспедиции возле м. Муостах (слева). Производство буровых работ на льду губы Буор-Хая (справа). Фото А. Куриленко

Рис. 3. Изображение РСА RADARSAT-1 в режиме «Стандартный» за 30 апреля 2011 г. Интерфейс портала «Космоснимки — моря России» (ocean.kosmosnimki.ru)

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 35


Тема номера

матическом режиме на станции в Магадане, а геопривязка — программным продуктом ScanEx Image Processor в Московском центре ДЗЗ ИТЦ «СКАНЭКС». После обработки изображения были размещены на веб-портале «Космоснимки  —  моря  России» (http://ocean.kosmosnimki.ru/, рис. 3). Одновременно с обработкой в Москве данные в стандартном формате хранения РЛ-данных CEOS-SAR-CCT по протоколу FTP были получены во Владивостоке, где также прошли стандартную и тематическую обработку. Анализ ледовой обстановки По данным Национального ледового центра США (http://www.natice.noaa. gov) припай в море Лаптевых полностью сформировался к 1 марта. В середине апреля максимальная расчетная толщина льда в губе Буор-Хая составляла 164 см, а кромка припая располагалась близко к своему среднемноголетнему положению, которое отмечено толстой красной линией на рис. 1. На этом же рисунке тонкой красной

линией показано среднемноголетнее положение кромки припая в начале зимы. На границе припая при ветрах западного и юго-западного направлений в январе-феврале могут образовываться полыньи. На рис. 4 показаны спутниковые изображения южной части моря Лаптевых 6 апреля 2011 г. На видимом изображении (слева) наблюдается равномерный снежный покров на льду губы и бесснежный участок примерно в 15 км к востоку от дельты реки Лена. Сухой снег практически прозрачен для электромагнитных волн микроволнового диапазона, и поэтому вариации яркости изображения РСА вызваны изменчивостью характеристик ледяного покрова: шероховатостью поверхности, соленостью, условиями его формирования, возрастом и другими факторами [1, 3]. Рассеяние РЛ-сигналов морским льдом обусловлено поверхностными и объемными неоднородностями [1]. В пресном льду (соленость менее 1 промилле, глубина проникновения РЛ-сигналов в лед велика) наблюдается поверхно-

стное и объемное рассеяние. При солености более 5 промилле основными факторами рассеяния становится шероховатость поверхности льда. Поэтому на изображении РСА более высокой яркостью обладают льды, образовавшиеся из пресной или солоноватой воды (с соленостью менее 5 промилле). Такие льды наблюдаются в узкой полосе, примыкающей к дельте реки Лена (ограниченной изобатой 10 м), в  зал. Неелова и у юго-западного берега губы. Яркие участки на изображении РСА к востоку от дельты Лены обусловлены, вероятнее всего, шероховатостью поверхности молодого льда, который сформировался в полыньях, образовавшихся в третьей декаде января и второй декаде февраля. При температуре воздуха ниже –6°С и слабом ветре льды толщиной менее 1 м имеют отчетливые термические контрасты, обусловленные вариациями толщины [1]. На ИК-изображении (рис. 4, справа) более тонкий лед выглядит более ярким: тепловой поток от воды максимален, чему способствует и отсутствие

Рис. 4. Изображения спектрорадиометра MODIS со спутника Aqua губы Буор-Хая 6 апреля 2011 г. в видимом и ИК-диапазонах (слева и справа соответственно) и изображение РСА со спутника ENVISAT (в центре). Белый квадрат на изображении РСА обозначает границы фрагмента изображения RADARSAT-1 за 1 мая 2011 г., показанного на рис. 5.

36 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

снега (рис. 4, слева). Область самого тонкого льда к востоку от дельты Лены характеризуется повышенным РЛ-рассеянием: ей соответствует самый яркий участок на изображении РСА. В  предыдущих экспедициях в этом районе (72.59°N, 130.11°E) зарегистрирован максимум растворенного в морской воде метана [7]. Именно в этом месте были запланированы основные работы, но из-за недостаточной для тяжелой техники толщины льда план экспедиции был изменен. Санно-тракторный поезд доставил экспедицию из поселка Тикси по льду губы Буор-Хая в стационарный базовый лагерь, расположенный примерно в 17 км к северо-северо-западу от о. Муостах (71.6926° с.ш., 130.3669° в.д.). Из базового лагеря ежедневно на вездеходе и вертолете прокладывались маршруты к точкам океанографических исследований. Основной район работ очерчен белым квадратом на рис. 4 (середина). Анализ данных спутниковых скаттерометров и многолетние визуальные наблюдения свидетельствуют о том, что припай моря Лаптевых менее деформирован по сравнению со льдами арктического бассейна [6]. Однако в апреле 2011 г. участники экспедиции обнаружили в ледяном покрове губы Буор-Хая многочисленные трещины, узкие разводья и гряды торосов шириной 1–2  м, которые серьезно осложняли передвижение вездеходов. Для идентификации особенностей ледяного покрова подобных масштабов необходимо использовать спутниковые сенсоры, обладающие высоким (порядка 1 м) пространственным разрешением. Для исследования Тихоокеанского сектора Арктики до недавнего времени использовались данные высокого разрешения, которые принимались станцией на Аляске. Исследуемый район находится на границе устойчивого приема этой станции, что и побудило авторов работы [6] использовать

Рис. 5. Фрагмент изображения РСА, полученного со спутника RADARSAT-1 1 мая 2011 г. Стрелками отмечены яркие линии, представляющие собой радиолокационные сигнатуры трещин и узких разводий в припае, обрамленных торосами и заполненных молодым льдом. Границы изображения отмечены на рис. 4.

для исследования ледовой обстановки в районе дельты реки Лена изображения РСА со спутника RADARSAT-1 с  пространственным разрешением только 100 м. Установленная в Магадане спутниковая приемная станция позволяет принимать изображения РСА этого района со спутников RADARSAT во всех режимах. Изображения РСА с размером пикселей 12.5 × 12.5  м и 6.25 × 6.25  м позволили детально картировать положение трещин и  узких гряд торосов в районе выполнения научно-исследовательских работ на льду губы Буор-Хая (рис. 5). Несмотря на небольшие поперечные размеры (1–2 м), следы деформации припая различимы на РЛ-изображении с размером пикселя 12.5 × 12.5 м вследствие сильного рассеяния РЛ-сигналов от торосов, окаймляющих трещины, и их значительной протяженности (от единиц до десятков километров). Благодарности Участники экспедиции выражают свою глубокую признательность всем сотрудникам ИТЦ «СКАНЭКС», которые обеспечили прием, обработку и передачу во Владивосток данных, полученных со спутника RADARSAT-1. Работа частично поддержана грантом РФФИ 11-05-12047-офи-м-2011.

Литература: 1. Вагапов Р.Х., Гаврило В.П., Козлов А.И., Лебедев Г.А., Логвин А.И. Дистанционные методы исследования морских льдов. СПб: Гидрометеоиздат, 1993. 342 с. 2. Семилетов И.П., Дударев О.В., Пипко И.И., Салюк А.Н., Шахова Н.Е. Морские исследования в Арктике на рубеже третьего тысячелетия / В сб. «Дальневосточные моря России». Кн. 4. Гл. ред. В.А. Акуличев. Кн. 2. Исследования морских экосистем и биоресурсов / Отв. ред. В.П. Челомин. М: Наука, 2007. С. 309–324. 3. Carsey F. Microwave remote sensing of sea ice. Geophysical Monograph 68, AGU. 1992. 462 p. 4. Dethleff D. Dense water formation in the Laptev Sea flaw lead // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. C12022, doi:10.1029/2009JC006080. 5. Dmitrenko I.A., Tyshko K.N., Kirillov S.A., Eicken H., Hoelemann J.A., Kassens H. Impact of flaw polynyas on the hydrography of the Laptev Sea // Global and Planetary Change. 2005. V. 48. Issue 1–3. P. 9–27. 6. Eicken H., Dmitrenko I., Tyshko K., Darovskikh A., Dierking W., Blahak U., Groves J., Kassens H. Zonation of the Laptev Sea landfast ice cover and its importance in a frozen estuary // Global and Planetary Change. 2005. V. 48. Issue 1–3. P. 55–83. 7. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Yusupov V., Kosmach D., Gustafsson О. Extensive methane venting to the atmosphere from sediments of the East Siberian Arctic shelf // Science, 2010: 1246–1250 [DOI:10.1126/ science.1182221].

Satellite-Based Escorting of the Ice Expedition in the Laptev Sea. By V. Dubina, L. Mitnik. I. Semiletov, O. Dudarev, A. Kucheiko The international ice-marine expedition, carried out in April 2011 on the ice of the Buor-Xaiya Bay in the Laptev Sea continued the research scientific work, aimed at the study of the role of exogenous processes in transformation of seashore shelf permafrost zone of Late Quaternary period and evaluation of climate changes. Satellite radar images enabled to map in details the position of ice cracks and narrow ice leads within the area of the research scientific work.. Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 37


38


Лишайниковая тундра, Ямало-Ненецкий АО, долина реки Юридейяха. Снимок WorldView-2 (©DigitalGlobe, ИТЦ «СКАНЭКС»)

39


Тема номера

Обнаружение стамух на акватории Восточно-Сибирского и Карского морей при помощи данных ДЗЗ А.А. Давыдов1, С.П. Дейнека2, А. Ким3 Ключевые слова: суда, стамуха, ледовая обстановка, космический мониторинг, контроль Key words: ships, stamukha, ice situation, space monitoring, control

У

правление эксплуатации флота ФГУП «Атомфлот» совместно с инженерно-технологическим центром «СКАНЭКС» весной 2011 г. выполнили совместный проект по оперативному спутниковому детектированию крупных ��тамух в мелководных районах Карского и Восточно-Сибирского морей, через которые в период навигации проходят маршруты следования судов. Стамуха — лед, остановленный в движении и оставшийся на мели у берегов или на банках. Это торосистые ледовые образования, обнаружение и картографирование которых на судоходных трассах в мелководных районах Арктики является важной задачей для обеспечения безопасности ледокольной проводки караванов судов по трассам Северного морского пути (СМП) [1]. В восточном районе Арктики, где промеры глубин выполнены с недостаточной частотой, стамухи могут формироваться на безымянных банках, не обозначенных на картах, на глубинах более 20 м. Однако отмечены случаи образования стамух и на гораздо больших глубинах [2].

Раннее обнаружение стамух на путях будущего плавания караванов судов важно с точки зрения обеспечения безопасности мореплавания. В пользу этого свидетельствуют, по крайней мере, следующие аргументы: • «соприкосновение со стамухами опасно для любых судов» [3]; • вокруг стамух, сидящих на мели, образуется собственный припай размером до десяти и более миль, что необходимо учитывать судоводителям при выборе маршрута плавания, прокладывая его таким образом, чтобы пройти часть пути по заприпайной полынье; • в районах арктических морей, где промеры глубин выполнены с недостаточной частотой, обнаружение стамухи в районе с глубинами на карте в пределах 20 м может указывать на наличие в этом месте банки, не обозначенной на карте; • «в некоторых случаях за стамухами можно укрываться от надвигающегося массива» [3]; • «в летнее время, разрушаясь от таяния, стамухи рассыпаются, продуцируя массу мелкобитого и тертого льда»

Ведущий специалист управления эксплуатации флота ФГУП «Атомфлот», 183017, г. Мурманск-17, тел.: +7(8152)553-355 Ведущий специалист ФГУП «Атомфлот» 3 Инженер-гидролог 1 категории управления эксплуатации флота ФГУП «Атомфлот» 1 2

40 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Рис. 1. Снимок с КА «Метеор-М» № 1 за 19 января 2011 г.

[3], что может представлять угрозу для судов, особенно в условиях плохой видимости. С целью контроля ледовой обстановки на СМП и, в частности, обнаружения стамух в управлении эксплуатации флота ФГУП «Атомфлот» проводится постоянный спутниковый мониторинг акваторий арктических морей России, через которые в период навигации будут проходить маршруты плавания судов. Исходная информация для обнаружения стамух была получена из следующих источников.

1. Данные MODIS со спутников Terra и Aqua разрешением 250 м — с сайта http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov. Геопривязанные изображения выкладываются NASA ежедневно, в течение 2–5 часов после съемки региона. 2. Данные спутника ENVISAT-1 разрешением 300 м — с сайта http://www. seaice.dk. Геопривязанные изображения выкладываются на сайт через 5–15 часов после съемки, снимки конкретного района при этом повторяются 1–2 раза в неделю. 3. Данные спутника RADARSAT-1 разрешением от 8 до 100 м принимались ИТЦ «СКАНЭКС» на станции «УниСкан» в Москве, Мегионе и Магадане и выкладывались в оперативном режиме на сайте http:// projects.scanex.ru/atomflot. Периодичность и район съемки определяются заказчиком. 4. Данные  со  спутников  EROS  A, EROS  B и SPOT 5 разрешением 1.9  м, 0.7  м и 5 м соответственно  также  предоставлялись  ИТЦ «СКАНЭКС» после того, как координаты стамух с образованным вокруг них припаем были достаточно надежно установлены. В рамках этой работы первые стамухи в Восточно-Сибирском море были обнаружены 19.01.2011  г. на снимке с  КА «Метеор-М» № 1 (МСУМР), представленном на сайте НИЦ «Планета» (рис. 1). После определения приблизительных координат объектов специалисты управления эксплуатации флота, начиная с марта 2011 года, целенаправленно отслеживали информацию по районам предположительного нахождения стамух. В период с 10 марта по 20 апреля было получено и проанализировано по Восточно-Сибирскому морю 14 снимков с КА Terra и Aqua, 6 снимков — с КА ENVISAT-1, 13 снимков — с КА RADARSAT-1, 5 снимков — с КА EROS B, 1 снимок — с КА EROS A, 3 снимка — с КА SPOT 5. Все снимки размещены на сайте http://projects. scanex.ru/atomflot, доступ к которому был предоставлен Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 41


Тема номера

ИТЦ «СКАНЭКС». Снимки поочередно накладывались на электронную карту, что позволило отслеживать изменения ледовой обстановки в районах предположительного нахождения стамух. На снимках стамухи с образовавшимся вокруг них припаем выделяются по ряду характерных признаков: • На подветренной стороне от припая стамухи образуется полынья. При смене направления ветра полынья меняет свое местоположение. • Стамуха с припаем сохраняет свое местоположение, в то время как лед вокруг нее дрейфует в зависимости от направления и скорости ветра (аналогичный подход к выделению стамух в дрейфующем льду приведен в работе «Стамухи моря Лаптевых» Ю.А. Горбунова, С.М. Лосева, Л.Н. Дымента [4]). • Местоположение обнаруженной стамухи на карте обычно находится на глубинах менее 20 м (чаще на банках с  глубинами 5–10 м). На рис. 2. хорошо видно изменение местоположения заприпайной полыньи при смене направления ветра. При этом положение самой стамухи с припаем остается неизменным.

В результате проведенной работы в Восточно-Сибирском море было выявлено пять стамух, определены их координаты, с навигационной карты сняты отметки глубин в районах их расположения. Сведения об их основных характеристиках приведены в табл. 1. Две стамухи из приведенных пяти располагаются на банках с глубинами 5–6 метров, одна — на глубине 18–20 метров и две — на глубинах больше двадцати метров, причем в районе стамухи № 4 указанные на путевой карте промеры выполнены на значительном расстоянии от нее. Аналогичная работа была проведена и для акватории Карского моря. Было выявлено три стамухи. Сведения о них приведены в табл. 2. На рис. 3 и рис. 4 показано местоположение обнаруженных стамух в Восточно-Сибирском и Карском морях. На рис. 5 представлено изображение одной из них c собственным припаем в Карском море (SPOT 5) Координаты выявленных стамух были переданы в Службу безопасности мореплавания ФГУП «Атомфлот», капитанам атомных ледоколов, а также в Государственное гидрографическое предприятие.

Рис. 4. Местоположение стамух в Карском море

Рис. 2. Изменение ледовой обстановки вокруг одной из стамух в Восточно-Сибирском море

Рис. 3. Местоположение стамух в Восточно-Сибирском море

42 ▪ Земля из космоса

Рис. 5. Одна из стамух с припаем в Карском море — снимок с КА SPOT 5, дата съемки 29.04.2011 г. (© SpotImage, ИТЦ «СКАНЭКС»)


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Табл. 1. Результаты спутникового мониторинга акватории Восточно-Сибирского моря с целью определения местонахождения стамух в марте–апреле 2011 г.

№ п/п

Наибольшая длина припая вокруг стамухи (мили)

Наибольшая ширина припая вокруг стамухи (мили)

Глубина моря (м)

Примечание

1

13.5

7.5

Около 5

2

11

4

Около 6

3

20

13

18–20

Желательно проведение промеров

4

11

5

23–24

Вблизи местонахождения стамухи примеры отсутствуют. Крайне желательно проведение промеров

5

11

2

22

Желательно проведение промеров

Табл. 2. Результаты спутникового мониторинга акватории Карского моря с целью определения местонахождения стамух в марте–апреле 2011 г.

№ п/п

Наиболь- Наибольшая дли- шая шина пририна пая воприпая круг ста- вокруг мухи стамухи (мили) (мили)

Глубина моря (м)

1

7

2.5

10

2

11

6

5

3

6

5

14

Примечание

Желательно проведение промеров

Для уверенного детектирования стамух необходимо, начиная с февраля, производить съемку районов, где предполагается прохождение будущих трасс плавания и возможно образование стамух, не реже одного раза в декаду. Основными источниками информации при выполнении данной работы служили радиолокационные снимки разрешением 100 м и оптические разрешением 250 м. Только после уверенного детектирования стамухи по этим данным производилась съемка с более высоким разрешением. В результате такого подхода были выявлены только крупные стамухи с припаем вокруг них в несколько миль в длину и  ширину. Можно предположить, что если вести регулярную (один раз в декаду) съемку районов предполагаемого образования стамух с более высоким разрешением (8, 25  м), увеличится вероятность обнаружения стамух с припаем гораздо меньшего размера. Литература: 1. Атлас ледовых образований. Гидрометеоиздат, 1974. 2. Горбунов Ю.А., Дымент Л.Н., Лосев С.М. Стамухи моря Лаптевых // Проблемы Арктики и Антарктики, 2008, № 2. 3. Рекомендации по тактике ледового плавания в восточном районе Арктики // ВО «Мортехинформреклама», 1990. 4. Горбунов Ю.А., Дымент Л.Н., Лосев С.М. Плотность стамух в Печорском море // Проблемы Арктики и Антарктики, 2011, № 1.

Stamukha Detection within the Water Area of the East-Siberian and Kara Seas Using Remote Sensing Data . By А. Davydov. S. Daineka, A. Kim The project of operational satellite-based detection of large stamukhas in shallow water areas of the Kara and East-Siberian seas was carried out in spring 2011. These seas are used for ships routing during the navigation season. The main source of information was 100 m resolution radar and 250 m resolution optical images. Only large stamukhas with fast ice of several miles long and wide around them were detected as a result.

Выводы и рекомендации Мониторинг акватории арктических морей при помощи данных ДЗЗ позволяет с большой заблаговременностью (до нескольких месяцев) определять местоположение части обра��овавшихся стамух с припаем вокруг них, что важно для обеспечения безопасности мореплавания. Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 43


Тема номера

Спутниковый мониторинг ледовой обстановки в Охотском море В.А. Левин1, А.И. Алексанин2, М.Г. Алексанина3, П.В. Бабяк4, А.В. Громов5, Ю.В. Наумкин6, Е.В. Фомин7, М.В. Стопкин8 Ключевые слова: дистанционное зондирование, мониторинг льда, скорость дрейфа льда, информационные системы Key words: remote sensing, sea ice monitoring, ice drift velocity, informational systems

З

имняя навигация на севере Охотского моря начинается в конце декабря–начале января. Именно в это время бухты покрываются прочной ледовой коркой. Только морем можно завезти сюда продукты, топливо и технику. Маршрут выбирается таким образом, чтобы как можно бОльшая его часть проходила по чистой воде или дробленому льду. Суда из Приморья, Сахалина и Хабаровского края самостоятельно доходят до кромки льда и собираются в ожидании ледокола… До 90-х гг. прошлого века ледовая информация поступала от авиации. Сейчас ледовая информация в основном поступает со спутников в форме изображений видимого, инфракрасного (ИК) и микроволнового диапазонов спектра. Для проводки судов во льдах необходимы в режиме реального времени (запаздывание не более 2–3 часов) следующие данные:

• детальные изображения структуры льда с оценкой его толщины и указания полей торосов; • оценка скорости движения ледовых полей и зон сжатия льда; • прогноз детального изображения льда на заданное время. Наибольшим спросом пользуется свободно распространяемая информация радиометров MODIS со спутников Aqua и Terra (пространственное разрешение 250 м в видимом и 1000 м в ИК, тепловом диапазонах спектра). На Дальнем Востоке в оперативном режиме изображения со спутников Aqua и Terra можно получать со станций ИАПУ ДВО РАН (Владивосток), РЦПОД (Хабаровск) и станции ИТЦ «СКАНЭКС» в Магадане. Состояние научных исследований в области спутникового мониторинга ледовой обстановки на море таково, что детальных карт дрейфа льда и зон сжатия на сегодняшний

Академик, заместитель директора по научной работе ИАПУ ДВО РАН, руководитель ЦКП Регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН, тел.: +7(4232)31-39-99, e-mail: levin@iacp.dvo.ru К.т.н., заведующий лабораторией спутникового мониторинга, Институт автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, 690041, г. Владивосток, ул. Радио, д. 5, www.iacp.dvo.ru, www.satellte.dvo.ru, тел.: +7(4232)310-468, e-mail: aleks@iacp.dvo.ru 3 К.т.н., ст.н.с., лаборатория спутникового мониторинга, Институт автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, e-mail: margeo@satellite.dvo.ru 4 Гл. специалист, лаборатория спутникового мониторинга, Институт автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, e-mail: vanger.paul@gmail.com 5 Гл. специалист, лаборатория спутникового мониторинга, Институт автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, e-mail: osya@satellite.dvo.ru 6 Гл. специалист, лаборатория спутникового мониторинга, Институт автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, e-mail: ynaumkin@yandex.ru 7 Ведущий инженер, лаборатория спутникового мониторинга, Институт автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН, e-mail: john@satellite.dvo.ru 8 Студент, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток, ул. Суханова, д. 8, тел.: +7(423)243-32-80, e-mail: zakkbraff@gmail.com 1

2

44 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

день на регулярной основе не строят. Задачи 2 и 3 (обозначенные выше) частично решаются, но дополнительно требуются также исследования по созданию новых технологий и оценке их точности. Оперативный мониторинг ледовой обстановки в Охотском море Центр коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН в настоящее время ведет мониторинг ледовой обстановки на регулярной основе. Для обеспечения информационной поддержки ледовой проводки судов к порту Магадан в администрацию морского порта Магадан в период навигации с  1  января по 31 мая 2010–2011 гг. (в течение двух лет) через FTP-сервер поставлялись продукты обработки спутниковых данных. В рамках этих работ решались две основные задачи информационного обеспечения навигации: получение и мониторинг кромки льда (применяемые методики изложены в работах [1–2]); получение изображений структуры льда (трещины, разводья). Эта информация необходима для прокладки оптимального маршрута ледокола и судов. Коротко о структуре поставки данных. Изображения со спутников Terra и Aqua ежедневно поставлялись в двух спектральных каналах — видимом (0.859 мкм) и инфракрасном (10.5 мкм). В видимом диапазоне величина яркости пикселя характеризует отраженную от единицы площади энергию, а в ИК-канале — радиационную температуру поверхности (льда, облачности или воды). Изображения каждого канала поставляются в двух форматах — графическом (расширение имени файла «.png») и как массив данных (расширение «.pro»). С данными последнего формата можно работать с помощью программы Glance, размещенной в открытом доступе на сайте Спутникового центра ДВО РАН (http://www.satellite.dvo.ru/files/ Glance180setup.exe). Программа Glance необходима для детального просмотра слабоконтрастных участков изображений. Кроме того, она позволяет получать координаты каждой точки изображения и ее физические характеристики (альбедо или радиационную температуру), а также проводить расчеты некоторых простых статистических характеристик выделенного участка, менять палитры изображения (их несколько десятков) и сохранять изображения в различных графических форматах. Для визуального отделения льда от облачности поставляется RGB-изображение в  графическом формате «.jpg». Для лучшей идентификации облачности палитры подобраны таким образом, чтобы на фоне голубовато-синего льда проступала оранжево-красная облачность (рис. 1).

Рис. 1. Ледовая обстановка в Охотском море на подходе к порту Магадан (RGB-изображение в меркаторской проекции со спутника Aqua/MODIS за 23 февраля 2011 г., GR 02:28)

Все данные представляются в меркаторской проекции с пространственным разрешением 250 м. При построении изображений в проекции используется геоид WGS-84. Изображения канала 10.5 мкм имеют исходное разрешение 1  км, этим объясняется то, что они выглядят «размытыми». Канал дает температуру поверхности, которая может использоваться для априорной оценки толщины льда. Автоматический расчет скоростей перемещений ледовых полей Расчет перемещений ледовых полей является актуальной задачей спутникового информационного обеспечения судоходства в северных морях. Уже предпринималось немало попыток создать надежный автоматический метод расчета скоростей течений по последовательности спутниковых изображений. Предложенные подходы можно условно разделить на три группы. Первый подход позволяет рассчитывать перенос трассера течениями в соответствии с уравнением неразрывности; второй подход позволяет сделать это с помощью выделения контуров и прослеживания их характерных особенностей; третий — с использованием максимальной кросс-корреляции (МКК) [6] яркости площадок двух изображений (поиск на втором изображении образа выбранной элементарной площадки первого изображения). Однако можно выделить два существенных недостатка автомаВыпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 45


Тема номера

тических методов: занижение значений величин скоростей (что более присуще первому и третьему подходам и только для воды) и наличие значительного количества «ложных» векторов (не удовлетворяющих заданной точности), эффективная процедура фильтрации которых не была создана. В то же время визуально-ручное прослеживание перемещений яркостных неоднородностей (метод морских маркеров  — МММ) дает приемлемые результаты. В Спутниковом центре ДВО РАН для автоматического расчета скоростей перемещений создан новый метод [3], базирующийся на методиках МКК. Для улучшения работы метода МКК вводится новый критерий отбраковки построенных векторов, представляющий собой априорную оценку точности расчета скорости перемещений. Оценка базируется на естественном предположении, что точность зависит от свойств автокорреляционных функций площадок и  величины полученной кросс-корреляции: чем выше величина кросс-корреляции и чем резче убывают автокорреляционные функции при движении от центра площадки к ее границам, тем выше точность расчета перемещения. Эксперименты показали, что использование предложенного критерия отбраковки может позволить отказаться от высокоточных процедур фильтрации облачности и радиометрической коррекции изображений, так как эти сопутствующие задачи зачастую отличаются не меньшей сложностью, чем основная задача. Для оценки работоспособности критерия были отобраны все основные случаи, которые могут приводить к росту «ложных» векторов: • присутствие ячеистой и полупрозрачной облачности; • присутствие сплошной облачности; • значительная трансформация ледяных полей (поворот и сдвиг). В качестве эталона для сравнения использовались данные, построенные по спутниковым изображениям методом МММ. Для сравнения рассчитывались следующие величины: длина вектора рассогласования двух оценок скорости перемещения — ||ΔV|| и величина критерия — AR. Информативность метода и его точность оценивались для заданного порога отбраковки. Допустимая точность, так же, как порог критерия отбраковки AR, была зафиксирована и равнялась 0.1 м/сек. Пример построения векторов для акватории, частично закрытой облачностью, приведен на рис. 2. В отличие от МКК, подавляющая масса неточных векторов отбраковывается, а оставшиеся вектора в основном имеют точность лучше, чем 0.1 м/сек. Таким образом, наблюдается стопроцентная отбраковка векторов, построенных по изображениям, полностью закрытым облачностью (случай полного отсутствия корректных векторов). Сравне46 ▪ Земля из космоса

Рис. 2. Результаты использования критерия отбраковки на примере изображения Охотского моря за март 2009 г. в видимом канале NOAA-18/AVHRR (витки N89485–N89499). На первом изображении приведены непересекающиеся шаблоны, для одного из которых обозначена область поиска. Для каждого шаблона приведено сечение его автокорреляционной функции. На втором изображении образы шаблонов и их перемещения, прошедшие фильтрацию

ние информативности и точности нового метода с методом МКК подтверждает его существенное преимущество при различных условиях наблюдения. Метод обеспечивает высокую информативность при построении полей скоростей перемещения льда, что позволяет применять его для краткосрочного прогноза ледовой обстановки. Мониторинг льда в облачных условиях К сожалению, наличие облачности ограничивает использование рассмотренных методик. Это приводит к необходимости использовать и развивать технологии зондирования моря в микроволновом диапазоне. Спутниковый центр ДВО РАН ведет прием данных микроволнового радиометра AMSR-E в режиме реального времени и  осуществляет полный цикл обработки, включая восстановление принципиальных для региона параметров. Это стало возможным благодаря внедрению в исследовательский процесс современных технологий обработки спутниковых данных — речь идет о программном комплексе IMAPP для обработки данных радиометров MODIS, AMSR-E, AIRS и AMSU. Так, опорными данными для построения карт льда служили калиброванные данные уровня Level1B радиометра AMSR-E. Использовался известный метод построения карт льда с пространственным разрешением 6 км на основе информации канала 89 ГГц [7], одним из недостатков которого является сильно выраженная зависимость от влияния


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

содержащихся в облаках капель и водяного пара. По этой причине необходимо проводить фильтрацию для удаления обусловленных влиянием облачности некорректных значений сплоченности льда (процента покрытия льдом акватории в точке измерения). Процесс фильтрации состоит их трех этапов. На каждом из них используются каналы с более низкой частотой и, соответственно, каналы с более низким пространственным разрешением. Был создан первый вариант алгоритма для расчета концентрации льда с адаптационной подгонкой параметров фильтрации. На рис. 3 представлены первые результаты расчета сплоченности морского льда по данным радиометров AMSR-E в районе острова Сахалин (без применения алгоритма фильтрации) и соответствующее по времени изображение со спутника MTSAT в видимом канале спектра, демонстрирующее наличие значительной облачности. Поиск судов в Охотском море, 2010–2011 гг. В 2010–2011 гг. зимняя навигация в Охотском море оказалась экстремальной. В районе Удской губы Сахалинского залива 6 декабря 2010 г. унесло баржу. В Сахалинском заливе 30–31 декабря 2010 г. в ледяной плен попали сразу 10 судов, на борту которых находились в общей сложности более 600 человек. В Татарском проливе у о. Сахалин 7 января 2011  г. сигнал бедствия поступил с рыболовецкой шхуны «Партнер» с экипажем из 14 человек, 11  января 2011 г. в Охотском море потерялся буксир «Прогресс-2». Западнее п-ова Камчатка 16 февраля 2011 г. пропал траулер «Аметист» вместе с экипажем из 24 человек.

Практика показала, что с момента последней связи с  пропавшими судами до начала их поиска на основе спутниковой информации проходит значительное время  — 5–10 дней. Задержка обусловлена, по всей вероятности, безуспешными попытками отыскать судно другими средствами. Чтобы заказать достаточно дорогую высокоточную спутниковую съемку на район поиска, необходимо сделать прогноз возможного местоположения судна за прошедшее время. Для этого требуется знать скорости поверхностных течений, силу и направление ветра, а также парусность судна. Модельные расчеты ветра и течений не  всегда совпадают с реальными значениями. Поэтому необходимо использовать весь комплекс информации  — многолетние наблюдения за течениями, редкие прямые измерения, прогнозные оценки ветра и непосредственные расчеты дрейфа по временной последовательности спутниковых изображений. Спутниковый центр ДВО РАН принимал участие в поиске пропавших судов, рассчитывая возможный дрейф судна по скорости ветра и течений, определяемых по данным метеорологических спутников. В частности, данные прямых измерений, знания структуры течений (Рогачев К.А., ТОИ ДВО РАН) и поля прогнозного ветра (NCEP, США), а также расчеты дрейфа судна, проведенные Спутниковым центром ДВО РАН, позволили навести высокоточную спутниковую съемку и сузить район поиска. На основе представленных данных ИТЦ «СКАНЭКС» провел мониторинг района с использованием изображений локатора с синтезированной апертурой — потерявшаяся в районе Удской губы баржа, которую отнесло к Шантарским островам, была

Рис. 3. Cплоченность морского льда по данным радиометров AMSR-E/Aqua и MTSAT за 1 февраля 2011 г. (без применения алгоритма фильтрации)

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 47


Тема номера

Рис. 4. Зоны обзора спутникового мониторинга различных ведомств на Дальнем Востоке

найдена. Подобным образом проведение расчетов дрейфа льда по упомянутым выше RGB-изображениям радиометра MODIS (позволяющим идентифицировать лед под полупрозрачной облачностью), использование прогнозного ветра и  расчета дрейфа судна позволили навести самолет и найти буксир «Прогресс-2».

Зона радиовидимости любой антенной системой ограничена. Антенные системы, стоящие на юге Дальнего Востока (Владивосток) «не видят» севернее 60°, а на севере (Магадан) — «не видят» южнее 40° при приеме данных с полярно-орбитальных метеорологических спутников Земли. Объединение зон обзора позволило бы «видеть» весь Дальний Восток с прилегающими районами как в северном, так и в южном направлении. В Спутниковом центре ДВО РАН функционирует распределенная система [4–5] на основе удаленного вызова сценариев обработки. Сценарий вызывается либо автоматически, либо в режиме «по требованию». Инициатором может быть как пользователь, так и другой сценарий. Подсистема запуска предназначена для выполнения сценариев обработки (последовательностей процедур, связанных командами управления) на удаленных обрабатывающих компьютерах. Протокол передачи данных в рамках подсистемы обработки не формализован и определяется самим сценарием. В описываемой системе для передачи данных по сети используются протоколы SMB/CIFS и FTP. Для удаленного запуска и контроля процесса обработки на стороне обрабатывающих компьютеров используется протокол SSH. Подключение к распределенной системе приема и обработки данных происходит с применением идентификации Identity/Pubkey. Такой подход позволяет создавать удаленные узлы обработки без применения специализированного программного обеспечения (ПО), используя только общепринятые сервисы и протоколы для управления и передачи данных. В июне 2011 г. на основе договорных отношений организована поставка через FTP-доступ в Спутниковый центр ДВО РАН (ИАПУ ДВО РАН) данных радиометра MODIS (спутники Aqua и Terra) со станции ИТЦ «СКАНЭКС»

Пространственно распределенная система приема и обработки спутниковых данных В настоящее время на Дальнем Востоке использование современных информационных технологий с привлечением данных космической съемки развито слабо. Это обусловлено не столько отсутствием спутниковых данных ДЗЗ, сколько ограниченностью доступа к ним, недостатками технологической базы обработки данных. На данный момент ежедневный прием и наиболее полную обработку данных спутникового мониторинга по Дальневосточному региону ведут несколько разных ведомств: НЦУКС (МЧС) РОССИИ во Владивостоке, Дальневосточный центр ГУ «НИЦ «Планета»» Росгидромета в Хабаровске, ИТЦ «СКАНЭКС» (Москва) в Магадане, Спутниковый центр Института автоматики и процессов управления ДВО РАН во Владивостоке (рис. 4). 48 ▪ Земля из космоса

Рис. 5.Чукотское море и Берингов пролив (RGB-изображение в меркаторской проекции со спутника Terra/MODIS за 8 июля 2011  г., GR 23:48, принятое на станции ИТЦ «СКАНЭКС» в Магадане, полученное по каналам ДВО РАН и обработанное в Спутниковом центре ИАПУ ДВО РАН во Владивостоке)


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

в Магадане. Полученные данные по каналу связи поступают в Спутниковый центр ИАПУ ДВО РАН для мониторинга прибрежных акваторий на основе созданной распределенной системы обработки данных. Для этого в СКВНИИ ДВО РАН был установлен сервер системы, позволяющий вести обработку и поставку данных в автоматическом режиме (рис. 5).

ри и Дальнего Востока // Журн��л Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2008(1), № 4. С. 291–314. 6. Emery W.J., Thomas A.C., Collins M.J., Crawford W.R., and Mackas D.L.. An objective method for computing advective surface velocities from sequential infrared satellite images// J. Geophys. Res.,1986. Vol.91. No.C11. P.12865–12878. 7. Spreen G., Kaleschke L., Heygster G. Sea Ice Remote Sensing Using AMSR-E 89GHz Channels // J. Geophys. Res., 2008, doi:10.1029/2005JC003384.

Заключение Для эффективного применения возможностей космического дистанционного зондирования на Дальнем Востоке, включая восточный сектор Арктики, необходимо обеспечить следующее: • наличие спутниковых данных с требуемым пространственным и временным разрешением; • наличие специалистов и технологий извлечения из данных ДЗЗ полезной информации; • наличие развитой информационно-коммуникационной инфраструктуры. Это позволит решать как научные, так и практические задачи, связанные с ледокольным обеспечением судоходства; проводкой судов по Северному морскому пути; взаимодействием с аварийно-спасательными службами других федеральных органов исполнительной власти при проведении работ (операций) по предотвращению и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на трассах. Работа поддержана грантами РФФИ № 11-07-00511, № 11-01-00590, № 11-01-12107-офи-м и грантами ДВО РАН.

Satellite-Based Monitoring of Ice Situation in the Sea of Okhotsk. By V. Levin, А. Alexanin, M. Alexanina, P. Babyak, A. Gromov, Yu. Naumkin, E. Fomin, M. Stopkin This article reviews the possibility of conducting satellite-based monitoring of freezing seas within Far Eastern Region. A brief description of the platform already created for this purpose at the Center of multiple access of regional satellite-based environmental monitoring of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Science, as well as the experience of information support of ice channeling of ship and their search using satellite images.

Литература: 1. Алексанина М.Г., Наумкин Ю.В. Выделение кромки льда по спутниковым снимкам видимого канала в условиях плотной ячеистой облачности в Охотском море // Труды Первой международной конференции «Земля из космоса — наиболее эффективные решения», 26–28 ноября 2003. С. 25. 2. Алексанина М.Г., Карнацкий А.Ю. Сравнение пространственных характеристик полей морского льда и облачности по данным видимого канала AVHRR/NOAA на примере Охотского моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Вып. 6. Т. 1. С. 299–302. 3. Алексанин А.И. , Алексанина М.Г., Карнацкий А.Ю. Автоматический расчет скоростей перемещений ледовых полей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т  8. №  2. С. 9–17. 4. Левин В.А., Алексанин А.И., Алексанина М.Г., Дьяков С.Е., Недолужко И.В., Фомин Е.В. Разработка технологий спутникового мониторинга окружающей среды по данным метеорологических спутников // Открытое образование, 2010. № 5. С. 41–49. 5. Шокин Ю.И., Пестунов И.А., Смирнов В.В., Синявский Ю.Н., Скачкова А.П., Дубров И.С., Левин В.А., Алексанин А.И., Алексанина М.Г., Бабяк П.В., Громов А.В., Недолужко И.В. Распределенная система сбора, хранения и обработки данных для мониторинга территорий Сиби-

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 49


Тема номера

Использование спутниковых радарных изображений для обеспечения ледокольных операций на Белом море В.Г. Ильин1, А.А. Кучейко2 Ключевые слова: ледокольные проводки, спутниковая информация, ледовая обстановка, приливно-отливные течения Key words: ice channeling, satellite information, ice situation, tidal currents

В

зимнюю навигацию 2010– 2011 гг. для организации успешных ледокольных проводок судов в Белом море Архангельский филиал ФГУП «Росморпорт» использовал оперативную спутниковую информацию о ледовой обстановке, поставляемую компанией «СКАНЭКС» (Москва) по каналам интернет-связи. На первом этапе осуществления пилотного проекта была сделана настройка каналов связи, определен оптимальный объем информации для сокращения времени передачи радиолокационного изображения со спутника RADARSAT-1 оператору ледокола. Ведь, как известно, ледовая си-

туация в Белом море может очень быстро измениться из-за приливоотливных течений и смены направления ветра, поэтому временной фактор играет главную роль при определении оптимального маршрута ледокольной проводки. В дальнейшем в марте–апреле 2011  гг. проводились регулярные сеансы оперативной передачи изображений RADARSAT-1 из Московского центра ИТЦ «СКАНЭКС» (где принимались и обрабатывались спутниковые данные) в штаб ледокольных операций и ледоколов. В настоящее время Архангельский филиал ФГУП «Росморпорт» является оператором ледоколов «Диксон»,

Капитан-наставник, Архангельский филиал ФГУП «Росморпорт», 163000, г. Архангельск, ул. К. Либкнехта, д. 34 2 К.т.н., заместитель генерального директора, Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС», 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 5/22, стр. 1, www.scanex.ru, e-mail: kucheiko@scanex.ru 1

50 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Рис. 1. Караван судов (точки желтого цвета) в Горле Белого моря. Снимок RADARSAT-1, дата съемки 30 марта 2011 г. (© CSA, MDA, ИТЦ «СКАНЭКС», 2011)

«Капитан Николаев», «Капитан Косолапов», «Капитан Чадаев», в навигацию 2010–2011 гг. обеспечивавших проводку судов в порты Белого моря (Архангельск, Кандалакша, Онега). Ледоколы оборудованы современными средствами спутниковой связи, а также модемами мобильной сотовой связи (зона действия оператора сотовой связи «Мегафон» охватывает районы Кандалакшского залива, район мыса Святой Нос, район Соловецких островов и подходы к портам Архангельск и  Онега). Благодаря современным возможностям связи капитаны ледоколов получали оперативную информацию о ледовой обстановке в виде спутниковых снимков и карт-схем. Это позволяло выбрать правильный маршрут проводки судов, особенно в Горле Белого моря, где в зависимости от ситуации капитану необходимо определить, вдоль какого берега вести караван судов, — вдоль Терского или Зимнего берега. В порт Архангельск, как правило, без ледокольной проводки заходят транспортные суда усиленного ледового класса «Норильский Никель», «Заполярный» и «Талнах», а также танкеры компании «Роснефть» типа

«RN-Arkhangelsk». По запросу капитанам этих судов предоставлялась оперативная информация, чтобы они могли спланировать свой путь и с наименьшими затратами времени и топлива обойтись без помощи ледоколов. Результаты совместного пилотного проекта Центра «СКАНЭКС» и Архангельского филиала в зимнюю навигацию 2010–2011  гг. позволяют сделать вывод, что проект был успешным (рис. 1). Космическая информация позволила оптимизировать работу ледоколов на Белом море и сократить простои судов в ожидании проводки. В связи с этим на совещании в Росморречфлоте по итогам зимней навигации 2010–2011 гг. работа Штаба ледокольных операций (ШЛО), возглавляемого капитаном порта Архангельск, и работа Архангельского филиала ФГУП «Росморпорт» по обеспечению ледокольных проводок судов в Белом море признана удовлетворительной. Таким образом, эффективность использования спутниковой информации для наилучшей организации ледокольных проводок судов в Белом море можно считать бесспорной.

Using Satellite Radar Images for Ice-Breaking Operations on the White Sea. By V. Ilyin, A. Kucheiko During the winter 2010-2011 navigation season the Arkhangelsk Branch of the FSUE “Rosmorport” used operational satellite imagery data for successful ships channeling in the White Sea. Ice situation was analyzed based on RADARSAT-1 radar data. Space information allowed increasing the efficiency of ice-breakers operations at the White Sea and reducing ships downtime, while waiting for the being escorted.

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 51


Тема номера

Изучение атмосферной конвекции над арктической полыньей с применением суперкомпьютерных вычислений и спутниковых данных высокого разрешения В.М. Степаненко1, А.В. Дебольский2, М.И. Варенцов3, Д.Е. Кузнецов4, М.И. Зимин5 Ключевые слова: полынья, атмосферная конвекция, термики, вихреразрешающая модель, спутниковые снимки, суперкомпьютер Key words: polynya, atmospheric convection, thermals, large eddy simulation model, satellite images, supercomputer

С

26  января  по  6  февраля 2011  г. научное студенческое общество (НСО) кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ провело экспедицию на Белом море (руководитель экспедиции — П.И. Константинов). Экспедиция базировалась на Беломорской биологической станции (ББС) МГУ, находящейся на п-ове Киндо (северозападное побережье моря). Одной из основных задач экспедиции ста-

ла оценка влияния полыньи в проливе Великая Салма на режим основных метеорологических величин в приземном (приводном) слое воздуха. В  частности, необходимо было рассчитать количество тепла, выделяемое участком открытой воды в атмосферу. Интерес к  такой задаче вызван тем, что полыньи обусловливают положительную обратную связь с потеплением климата тропосферы в высоких широтах. При потеплении климата площадь льдов Арктики сокращается, пло-

Ст. н. с., к.ф.-м.н., Научно-исследовательский вычислительный центр, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, тел.: +7(495)939-23-53, e-mail: vstepanenkomeister@gmail.com Студент, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, тел.: +7(495)939-29-42, e-mail: and.debol@gmail.com 3 Студент, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, тел.: +7(495)939-29-42, e-mail: mvar91@gmail.com 4 Научный сотрудник, НИЛ геоэкологии Севера, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, тел.: +7(495)939-25-26, e-mail: dkzn.at@gmail.com 5 К.г.н., руководитель отдела геодезии и картографии ИТЦ «СКАНЭКС», 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 5/22, стр. 1, www.scanex.ru, e-mail: zimin@scanex.ru 1

2

52 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Рис. 1. Кандалакшский зал. Район экспедиции научного студенческого общества на радарном снимке разрешения 25 м. Снимок RADARSAT-1, дата съемки 7 февраля 2011 г. (© MDA, ИТЦ «СКАНЭКС»)

щадь полыней увеличивается, а последние являются значительным источником тепла для атмосферы (их температура на 10–20°С выше температуры окружающего льда), способствуя дальнейшему потеплению климата. Недостаточное развитие параметризаций турбулентного обмена между поверхностью океана, покрытой очень неоднородным и прерывистым ледовым покровом, и вышележащей атмосферой, по-видимому, является одной из причин значительных межмодельных различий результатов расчетов современного и будущего климата Арктики глобальными климатическими моделями. Из соображений техники безопасности экспериментальное исследование полыньи в проливе Большая Салма in situ в условиях экспедиции было невозможно, включая измерение метеорологических величин контактными датчиками над полыньей и в ее непосредственной близости на по-

верхности льда, а также достаточно точное определение границы полыньи с помощью традиционно используемых для таких задач средств, например, GPS-навигации на местности. В связи с этим для воспроизведения динамики пограничного слоя атмосферы над полыньей был выбран метод трехмерного численного гидродинамического моделирования, а  для получения фактических данных о границе полыньи использовались данные дистанционного зондирования. Благодаря ИТЦ «СКАНЭКС» была организована оперативная спутниковая съемка района исследований. Основной целью съемки стало обеспечение экспедиции актуальными космическими снимками на момент проведения полевых работ. В качестве наиболее надежного источника получения оперативной информации выступают данные, получаемые с помощью радиолокаторов бокового обзора, что особенно актуально в условиях поляной ночи и облачных погодных условий. Кроме того, стоит отметить: основной целью использования материалов дистанционного зондирования являлось получение зеркала открытой водной поверхности, что надежно фиксируется радиолокаци-

онными снимками на фоне покрытых льдом акваторий и ландшафтов суши. 7 февраля 2011 г. было получено радиолокационное изображение со спутника RADARSAT-1. Съемка производилась в режиме Standard, луч S6, пространственное разрешение 25 м, размер кадра 100 × 100 км. Радарный снимок в формате GeoTIFF (рис. 1) был загружен в геоинформационную систему ESRI ArcGIS и  наложен на цифровую модель рельефа района экспедиции. Разрешающей способности полученного снимка оказалось вполне достаточно для отражения основных особенностей формы полыньи пролива Великая Салма (ширина полыньи — 200–300 м, длина — около 2 км, площадь — около 0.45 кв. км). В результате был получен файл формата ASCII-grid, содержащий одновременно высоты рельефа и геометрию полыньи (рис. 2). Затем этот файл использовался в  вихреразрешающей модели Института вычислительной математики (ИВМ) РАН (Glazunov and Lykossov, 2003) для формирования пространственных распределений характеристик подстилающей поверхности — температуры поверхности и коэффи-

Рис. 2. Гипсометрическая карта-схема района экспедиции НСО. Синим ареалом отмечена полынья. По горизонтальной и вертикальной осям отложены условные декартовы координаты, м

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 53


Тема номера

циента шероховатости. Температура поверхности снега на льду принималась постоянной и равной –21.8°С (значение, близкое к тем, которые наблюдались на поверхности снега на ББС в течение экспедиции), а температура воды –1.8°С (температура замерзания при характерной солености Белого моря). Использование в качестве нижнего граничного условия постоянной температуры снега на льду оправдано тем, что численный эксперимент длился 45 минут модельного времени, и за это время температура реальной поверхности снега, как правило, существенно не меняется. Постановка граничных условий на боковой границе, на которой воздушный поток входит в расчетную область, является сложной задачей, поскольку этот поток на границе должен отвечать статистическим свойствам турбулентного потока, формирующегося над однородной поверхностью льда. Эта проблема была решена с привлечением алгоритма сопряжения двух численных экспериментов, предложенного и примененного в вихреразрешающей модели А.В.  Глазуновым. На противоположной боковой границе нормальные к границе производные переменных модели полагались равными нулю. На другой паре боковых границ использовались периодические граничные условия. В  качестве начальных условий для потенциальной температуры использовался кусочно-линейный профиль: в  нижнем слое толщиной 50  м температура принималась равной –20.5°С, выше  — увеличивалась линейно с  градиентом 0.006°С/м. Форма этого профиля является типичной для нижней тропосферы Арктики, а градиент температуры был выбран равным среднему градиенту температуры в соответствующем слое по данным радиозондирования в г. Кандалакше. Широтная  компонента  скорости 54 ▪ Земля из космоса

Рис. 3. Поле температуры воздуха в горизонтальной и вертикальной плоскости над полыньей по данным моделирования; фотография тумана над полыньей, сделанная с южного берега пролива Великая Салма в период экспедиции

Рис. 4. Схема оценки высоты тумана над полыньей по данным фотографирования с южного берега пролива Великая Салма


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

ветра в  начальный момент времени была принята равной 10 м/с во всей расчетной области, меридиональная и вертикальная скорости полагались равными нулю. Уравнение переноса для влажности воздуха в модели не решалось, поток скрытого тепла в приземном (приводном) слое не учитывался. В модели использовалось высокое пространственное разрешение  — 3  м по вертикальной координате и 12.5  м по горизонтальным координатам — что привело к большому размеру конечно-разностной сетки и потребовало использования 310 вычислительных ядер суперкомпьютера МГУ «Ломоносов». Такое разрешение было выбрано в силу необходимости достаточного вертикального разрешения конвективного пограничного слоя над полыньей, высота которого составляет около 20 м (см. ниже). В численном эксперименте явно воспроизводился конвективный пограничный слой над полыньей, вызванный мощным потоком явного тепла на поверхности полыньи (рис.  3). Средний по поверхности полыньи поток явного тепла оказался равным около 500 Вт/ кв.  м. Для оценки достоверности результатов моделирования использовались данные фотографирования тумана над полыньей с южного берега пролива, выполненного в период экспедиции (рис. 4). Как видно на рисунке, по фотографиям и топографическим картам была оценена высота верхней границы тумана. Если в  ходе конвекции образуется туман, то его верхнюю границу можно считать оценкой границы конвективного пограничного слоя, поскольку конденсация водяного пара происходит в восходящих термиках и прекращается, когда прекращается вертикальное движение воздуха. Оказалось, что характерные высоты, которых достигают отдельные термики в модели, находятся в  интер-

вале 10–40  м (рис.  3), в  то время как по данным наблюдений высота пара над полыньей составила около 20 м. Таким образом, можно предполагать, что модель реалистично воспроизвела высоту конвективного пограничного слоя над полыньей в проливе Большая Салма. Корректное сопоставление с натурными данными, однако, подразумевает расчет высоты пограничного слоя по профилю разрешаемых моделью явно турбулентных потоков, что планируется сделать на следующих этапах исследования. Очевидно, что на поверхности полыньи велик поток скрытого тепла. Добавление водяного пара в воздух сообщает ему дополнительную плавучесть. Дополнительная плавучесть появляется у воздушной частицы также при конденсации водяного пара (т.е. в  нашем случае — при образовании тумана внутри конвективного пограничного слоя). Возможным развитием настоящей работы может быть включение этих эффектов в вихреразрешающую модель. Приведенные результаты демонстрируют, что совместное использование данных дистанционного зондирования высокого пространственного разрешения и высокопроизводительных вычислительных технологий, основанных на сложных моделях геофизической гидротермодинамики, позволяет получить ценную информацию о динамике атмосферного потока, которую невозможно получить по данным контактных наблюдений in situ. Опыт использования этих технологий в рамках студенческих экспедиций свидетельствует также о безусловной пользе их внедрения в образовательный процесс. Студенты получают в свое распоряжение инструмент, наглядно демонстрирующий физические процессы и механизмы, которые реализуются в  атмосфере.

Авторы выражают персональную благодарность П.И. Константинову за организацию экспедиции на Беломорскую биологическую станцию, а также А.В. Глазунову за многочисленные консультации по постановке численных экспериментов с вихреразрешающей гидротермодинамической моделью.

Литература: 1. Glazunov A.V., Lykossov V.N. Large eddy simulation of interaction of ocean and atmospheric boundary layers. Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2003., Vol. 18, No. 4. pp. 279–295.

Study of Atmospheric Convection Over the Arctic Ice Opening Applying Supercomputer Computations and High Resolution Satellite Data. By V. Stepanenko, A. Debolsky, M. Varentsov, D. Kuznetsov. M. Zimin According to the results of the expedition on the White Sea in winter 2011, an experimental study of the opening in the ice of the Bolshaya Salma Strait was carried out. A method of 3D numerical hydrodynamic modeling was applied to simulate the dynamics of the frontier atmospheric layer over the opening in the ice, whereas remote sensing data was used to get the actual data about the limits of the ice opening.

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 55


Тема номера

Гидрометеорологические и ледовые условия в бассейнах рек Севера Европейской России в зимний период Е.Н. Скрипник1, Л.Ю. Васильев2 Ключевые слова: прогноз погоды, ледообразование, ледостав, осенние заторы льда, зажоры, вскрытие рек, ледоход, уровни воды Key words: weather forecast, ice formation, freezing period, autumn ice jams, river breakup, ice drift, water levels

П

осле затяжной теплой осени на территории Севера ЕТР третья декада ноября под влиянием гребня арктического антициклона оказалась аномально холодной — на 8–11°С ниже нормы и на 13–16° холоднее аналогичной декады прошлого года. Декабрь и третья декада января в  области, вследствие влияния сибирского антициклона, также характеризовались аномально холодной погодой. Отклонения среднесуточных температур от климатической нормы составили 7–15°С. В связи с дефицитом осадков высота снежного покрова увеличивалась слабо, а в дни с сильным ветром происходило уплотнение и перераспределение снега на полях. Запасы воды отставали от средних на этот период на 20–25%, что было вызвано холодной погодой, низкой плотностью снега и малым количеством осадков. В начале апреля на 1–2 недели раньше средних многолетних сроков произошел устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 0° в сторону положительных значений. Дожди, прошедшие в первой декаде месяца, и пониженное количество снега вызвали быстрое формирование низкой и короткой половодной волны, достаточной для начала вскрытия рек. Отличительной чертой зимнего периода 2011 г. на реках явилось быстрое образование толстого кристаллического льда, превышавшего по толщине норму

Начальник отдела речных и морских гидрологических прогнозов, ГУ «Архангельский ЦГМС-Р», 163020, г. Архангельск, ул. Маяковского, д. 2, e-mail: gidro@arh.ru 2 К.г.н., руководитель Северного межрегионального территориального управления Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Северное УГМС), 163020, г. Архангельск-20, ул. Маяковского, д. 2 1

56 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

с начала формирования ледостава до начала его разрушения. Этому способствовало то, что осенью 2010 г. ледообразование на всех реках происходило в поздние сроки, предшествовало ему маловодье на реках в течение всего навигационного периода, снегодождевые паводки прошли в период ледообразования (рис. 1). Резкие колебания уровня воды в  период установления ледостава осенью 2010 г. указывали на значительную зашугованность реки, что подтвердили съемки льда, выполненные ИТЦ «СКАНЭКС». Очень рано были Рис. 1. Главное русло р. Северная Двина в районе водомерного поста г. Котлас выявлены очаги осенних заторов на р. Пинега (рис. 2 а, б). Особенностью ледохода на р. Северная Двина в этом Все съемки ИТЦ «СКАНЭКС», проведенные в течегоду явилось начало ее вскрытия до подхода ледохода ние зимнего периода, указывали на наличие осенних зас р. Сухона, что было вызвано выходом льда с р. Юг. Леторов по главному руслу р. Северная Двина в черте г. Котдоход с р. Сухона вышел позже почти на 2 суток. Такой лас (рис. 3). Эти заторы явились причиной формироваразорванный ледоход сказался на формировании макния весеннего затора, который сохранялся более трех сусимальных ледоходных уровней, которые оказались на ток. Лед и вода проходили боковыми полоями, что исклю2 м ниже средних, и дальнейшем его продвижении вниз чило угрозу затопления районов города и прилегающих по реке. деревень. Вскрытие р. Северная Двина до впадения р. Ваги проходило с заторными остановками, о чем с большой заблаговременностью были предупреждены все ведомства и организации и что было предусмотрено в долгосрочном прогнозе. В  связи с тем, что ледоход проходил на низких уровнях (на 50–70 см ниже среднемноголетних значений), заторы льда не вызвали значительных неблагоприятных последствий. Низкие уровни, при которых в этом году происходило вскрытие р. Северная Двина, были обусловлены тем, что a при формировании заторов в основном русле лед и вода проходили полоями и боковыми рукавами, которые заработали в последние годы, вероятно, в связи с обмелением русла и слабым началом ледохода, вызванным многочисленными превентивными мероприятиями. Вечером 25 апреля в рукавах р. Северная Двина начали работы по спуску льда ледоколы (рис. 4). Сложилась благоприятная ситуация с односторонним течением, температурами воздуха, выносным ветром. Впервые за много лет ледоколы полностью прошли Никольский, Мурманский и  Корабельный рукава. Отсутствие осенних заторов и преб пятствий также прослеживалось на всех снимках от ИТЦ Рис. 2 а, б. Осенний затор на р. Пинега в районе с. Нижняя Паленьга «СКАНЭКС». Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 57


Тема номера

Рис. 3. Остатки осеннего затора после прохождения ледохода на р. Северная Двина в районе с. Орлецы

Днем 26 апреля ледокол прошел по главному руслу Холмогорского разветвления до д. Тройная Гора (61 км). В результате на этом участке начался местный ледоход, который по освободившемуся руслу устремился к г. Архангельску. Вечером 28 апреля основной ледоход начал подходить к  г. Архангельску. В результате работы ледоколов все рукава пропускали лед, что исключило угрозу формирования заторов льда и высоких уровней воды. На р. Пинега подтвердилось формирование весеннего затора льда в нижнем течении в районе д. Печки (3 км от устья) — д. Нижняя Паленьга (15 км от устья). Возникновение затора было обусловлено наличием на этом участке реки большого осеннего затора (рис. 2б). Утром 5 мая затор льда в нижнем течении р. Пинега разрушился самостоятельно и лед начал выходить на р. Северная Двина. 7  мая все реки Архангельской области освободились ото льда (рис. 5). Ущерб При прохождении ледохода в Котласском районе с 28 апреля были отрезаны от МО Сольвычегодск населенные пункты: Выставка, Реков, Борок, Заболотье, Макарово, Круглица, Тулубьево. Были подтоплены дороги районного значения Кузнецово – Алексино, Ядриха – Вондокурье. В Красноборском районе произошло подтопление дороги Дябрино – Куликово. Выводы

Рис. 4. Работа ледокола, Николаевский рукав, р. Северная Двина. Снимок SPOT 5, дата съемки 27 апреля 2011 г. (© SpotImage, ИТЦ «СКАНЭКС»)

Рис. 5. Ледоход в Архангельске весной 2011 г.

58 ▪ Земля из космоса

Неотъемлемой частью мониторинга и подготовки прогнозов вскрытия рек является космосъемка. В условиях рассматриваемого периода использовались регулярные снимки ИСЗ от ИТЦ «СКАНЭКС», которые позволили контролировать ситуацию с формированием ледостава и прохождение ледохода на всех реках региона. За период с января по май было получено около 180 снимков высокого и среднего разрешения, позволивших охватить все речные бассейны в зоне ответственности управления, детализировать места нахождения осенних заторов и динамику развития весенних процессов. Весеннее половодье 2011 г. на реках Севера ЕТР относится к категории маловодных. Максимальные уровни воды оказались ниже средних многолетних значений на 50–200 см. Основная причина такого явления — дефицит снегозапасов, раннее тепло с дождями с последующей неустойчивой погодой и незначительными осадками.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

После исключительно маловодного половодья 2006 г. это первый год с низкими уровнями воды как при ледоходе, так и на чистой воде. Все заторные участки, выявленные снимками ИСЗ ИТЦ «СКАНЭКС», подтвердились, заторы льда при прохождении ледохода отмечались повсеместно. Главную роль  в  этом сыграла фактическая погода, которую, к сожалению, невозможно знать с достаточной заблаговременностью, для того чтобы сделать верные выводы о степени угрозы весной от сложившихся зимой ледовых условий на реках. Информация, полученная по изображениям со спутников RADARSAT и ENVISAT в устьевой области р. Северная Двина, показала наличие осенних заторов льда на выходе из рукавов Холмогорского разветвления и в 30 км от Архангельска (Черный Яр). На основании этих данных, фактических данных с постов, наземного и авиационного обследования и прогностической информации, подготовленной в Северном УГМС, был разработан план превентивных мероприятий, предусматривающий работы и их финансирование по спуску льда в устьевой области р. Северная Двина, а также меры по защите населения и объектов экономики от наводнения. Вскрытие ледоколами рукавов дельты р. Северная Двина и разрушение осенних заторов льда в устьевой области, включая Главное русло Холмогорского разветвления, предотвратили затопление с. Холмогоры, дороги областного значения и г. Архангельска. Мониторинг гидрологической обстановки на территории ответственности ГУ «Архангельский ЦГМС-Р» осуществляли 232 гидрологических поста. Информация регулярно поступала в прогностический центр с 183 постоянных и 64 временны�� постов.

В целом, в условиях теплой погоды с дождями и в результате большого объема превентивных мероприятий, проведенных на основании прогностических выводов, на реках Северная Двина, Сухона ледоход прошел спокойно и не вызвал значительных неблагоприятных последствий, за исключением локальных затоплений участков дорог, мостов и отдельных домов на низких участках поймы. Аналогичный большой объем информационного обеспечения с использованием спутниковых снимков от ИТЦ «СКАНЭКС» был предоставлен на территорию Ненецкого автономного округа, где подобная информация является особенно актуальной в связи со слабым заселением субъекта и наличием густой речной сети.

Hydrometeorological and Ice Conditions within the River Basins of the European Russian North in Winter Period. By Е. Skripnik, L. Vasiliev Spring flood of 2011 on the rivers of the European Russian North is related to the category of “low water” ones. Maximum water levels turned out lower than average multi-year values by 50200 cm. Satellite images detected locations of autumn ice jams formation. This data, as well as the actual data from test stations and ground and aviation studies and forecasting data, prepared at the Northern Department of Hydro Meteorological Service, were used to develop the plan of preventive measures, providing for activities and their financing of ice outburst in estuary areas of the Severnaya Dvina River, as well as population and facilities flood protection measures.

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 59


Тема номера

Дистанционное геотермическое картографирование арктических регионов (на примере архипелага Новая Земля) Б.В. Георгиевский1 Ключевые слова: дистанционное геотермическое зондирование, Новая Земля, комплексное изучение арктических регионов Key words: remote geothermal sensing, Novaya Zemlya, comprehensive study of arctic areas

В

данной работе представлены результаты применения дистанционного геотермического зондирования на основе использования космической съемки Landsat, радиометра ETM+. Основные задачи выполненной работы заключались в установлении принципиальной возможности использования геотермического зондирования данного типа, выявлении наиболее информативного и корректного подхода для решения естественнонаучных задач, первоначально на качественном (но не количественном) уровне. Аналогичные подходы были описаны в научной литературе (например, Raj et al., 2008). В данной работе геотермическое картографирование применялось для изучения арктических регионов, в частности архипелага Новая Земля. Факторы региональных и локальных тепловых аномалий поверхности, фиксируемых при геотермическом зондировании, могут быть разнообразными: эндогенное тепло, вулканизм, тектоника, петрофизические свойства пород, а также региональные и локальные условия инсоляции, параметры циркуляции водных масс, наличие многолетнемерзлых пород. В связи с таким многообразием определяющих условий в первую очередь необходимо обосновать применение геотермического картографирования на качественном уровне и в случае получения положительных результатов проводить дальнейший количественный анализ. В данной работе приведены результаты подобного исследования. Физико-географический очерк района исследования Архипелаг Новая Земля состоит из двух больших островов — Северного и Южного, разделенных узким проливом Маточкин Шар (2–3 км) и множеством отноК.г.-м.н., н. с. Лаборатории дистанционного мониторинга геологической среды, Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН), г. Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2, а/я 145, тел.: +7(495)624-72-57, e-mail: bvgeo@mail.ru.

1

60 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

сительно малых островов. Архипелаг тянется с юго-запада на северо-восток на 925 км. На юге проливом Карские Ворота (ширина 50 км) он отделяется от острова Вайгач. Большая часть территории Новой Земли занята горами, наивысшая точка — 1 547 м. Берега изрезаны узкими и глубокими заливами — фьордами. Новая Земля расположена между теплым Баренцевым (температуры воды для сентября варьируется от 5–60°C на юге до 2–30°C на севере) и холодным Карским морями; для нее характерна высокая относительная влажность. На Новой Земле развит ландшафт ледяной тундры, сменяющийся на юге Северного острова арктической тундрой. На Северном острове развито покровное оледенение в виде ледниковых щитов и куполов с выводными ледниками, протяженностью около 340 км при ширине 70 км. Для Южного острова характерна сильно заболоченная арктическая тундра. Внутренние районы на севере острова представляют собой горную полярную пустыню. В данной работе анализируется в основном территория Южного острова архипелага Новая Земля. Методика работы и фактический материал В данной работе использовалось дистанционное геотермическое картографирование, принципы проведения которого описаны в серии публикаций последних лет. В рассматриваемом случае использовался пакет ENVI для получения исходных геотермических сцен с последующей обработкой в ГИС-системах. Перечень исходных снимков приведен в табл. 1. Предварительно была сделана выборка сцен с минимальной (нулевой) облачностью. В противном случае (если работать со сценами не с нулевой облачностью, — прим. ред.) при использовании таких сцен при геотермическом картографировании результирующие расчетные схемы будут содержать значительное количество артефактов. На первом этапе обработки сцен Landsat значения яркости элементов изображения (DN) были пересчитаны в значения излучения. Далее, с использованием функции калькулятора, полученные значения пересчитывались по формуле: 1282.71 / alog ((( 666.09 * 0.95) / B1) +1), где значение B1 — вычисленное излучение (в частном случае, для всех сцен был выбран режим съемки low gain, для которого характерно большее значение максимального уровня поглощения ввиду специфики изучаемой поверхности по сильной отражающей способности). Результирующие значения представляют собой температуру поверхности в градусах Кельвина.

В приведенном выражении учитывается коэффициент излучения 0.95, так как атмосферная коррекция данных не проводилась. Для использования геотермических моделей, в которых важны абсолютные значения температуры, необходима атмосферная коррекция данных после вычисления излучения, учитывающая локальные метеорологические параметры. Однако при качественном анализе (как в данной работе) либо при сравнительном анализе двух геотермических моделей, полученных на одну территорию в  разные периоды съемки, вполне приемлемым оказывается использование коэффициента излучения и построение качественных выводов, без учета точной атмосферной коррекции данных. Основные черты строения Новой Земли Орографически Новоземельская система представляет собой прямое продолжение Урала, продлевающее его более чем на тысячу километров, но в действительности (Хаин, Табл. 1. Перечень исходных снимков

Наименование сцены Landsat 7 ETM+ SLC on

Дата съемки (день/месяц/год)

LE71750101999242SGS00

30/08/1999

LE71750102002266SGS00

23/09/2002

LE71760102000140SGS00

19/05/2000

LE71770072000179AGS00

27/06/2000

LE71770082000179AGS00

27/06/2000

LE71770092000179AGS00

27/06/2000

LE71770102000179AGS00

27/06/2000

LE71780052002175SGS00

24/06/2000

LE71780062001220EDC00

08/08/2001

LE71780072002175SGS00

24/06/2002

LE71780082001220EDC00

08/08/2001

LE71780092001220EDC00

08/08/2001

LE71790062002118SGS00

28/04/2002

LE71790072001163SGS00

12/06/2001

LE71790082001163SGS00

12/06/2001

LE71790092001163SGS00

12/06/2001

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 61


Тема номера

2001) по своей структуре и истории она значительно отличается и отделена от Урала крупным разломом северосеверо-восточного простирания. Пайхой-Новоземельская система образует в целом пологую дугу. В  этой дуге различаются два сегмента: Пайхой-Южноновоземельский и Североновоземельский, существенно различающиеся по своему простиранию, возрасту фундамента. Их разделяет крупный и глубокий Байдарацкий разлом северозападного простирания, отсекающий северо-восточную часть Южного острова Новой Земли и далее протягивающийся вдоль юго-западного побережья Байдарацкой губы Карского моря. Среди разрывных нарушений выделяются субмеридиональные (Главный Новоземельский, Пахтусовский) и поперечные к ним — субширотные (например, Калодкинский). Конфигурация древних (раннекиммерийских, частично более древних) разрывных нарушений определяет дизъюнктивную новейшую тектонику региона (Мусатов и др., 2003), что, в свою очередь, отразилось на геоморфологии территории и может являться источником эндогенного тепла. Как отмечалось выше, одним из ведущих факторов, определяющих геотермическую модель территории, является распространение и мощность многолетнемерзлых пород (ММП). На архипелаге многолетнемерзлые породы ха-

Рис. 1. Субширотно вытянутая зона увеличенных температур (показана белым косым штрихом) в пределах Южного острова. Обращает на себя внимание резкая, почти прямолинейная граница, отделяющая данную зону от более южных территорий

62 ▪ Земля из космоса

рактеризуются сплошным распространением в центральных частях и прерывистым в периферийных. Распространение мерзлых пород очень тесно связано с геоморфологическим строением, с отчетливыми пространственными закономерностями по отношению к водным объектам территории. Другими словами, наличие корреляции между плановой конфигурацией геотермальных аномалий и морфологической структурой территории может свидетельствовать о связи температурных аномалий не только с экзогенными факторами, но и определяться наличием и распространением ММП. Анализ линейных температурных аномалий при дистанционном геотермическом зондировании 1. Плоскогорье ��ритвино — губа Безымянная — залив Шуберта Эта область отчетливо выделятся на серии сцен с разных периодов съемки, что является основанием предполагать закономерное расположение этой градиентной зоны (рис.  1). Отличительная характерная особенность заключается в  том, что область прослеживается поперек всего архипелага, пересекает разнородные геоморфологические уровни (периферийные террасовые уровни Южного острова, средне расчлененную центральную часть острова и более расчлененную восточную его часть). Кроме непостоянного геоморфологического строения, данная зона охватывает также разнородные по геокриологическому строению участки. Петрофизические свойства пород в пределах данной «теплой» зоны также различны, так как она пересекает несколько структурно-формационных зон. В связи с этим для объяснения данной градиентной зоны необходимо привлечение дополнительных материалов. Во-первых, по анализу цифровых моделей видно, что непосредственно к северу от этой зоны резко меняется морфологическая структура (рис. 2), а также вещественный состав и структурное строение территории, то есть обсуждаемая «теплая» зона фактически является некоторой граничной структурно-формационной областью. Во-вторых, при сопоставлении с геофизическими полями (в частности, с гравитационным полем, рис. 2) наблюдается пространственная корреляция с выраженным локальным минимумом (седловиной в гравитационном поле). Это может быть свидетельством того, что данная зона отличается либо пониженной мощностью коры, либо некоторым разуплотнением. Также интересно сопоставление данной локальной зоны с региональной обстановкой, охарактеризованной значениями современного теплового потока (по данным глобальной


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

базы данных теплового потока Земли). На рис. 3. приведено расположение Новой Земли и смежной акватории, а также вынесены значения данных теплового потока. Анализ цифровой модели рельефа (модель GEBCO) на рис. 3 позволяет по морфологическим признакам легко выделить вытянутые линейные зоны (штрих на рисунке), прослеживающиеся в морфологии шельфовой части акватории. Данные линейные зоны имеют черты принципиального сходства с конфигурацией новейших тектонических (неотектонически активных) нарушений (Мусатов и др., 2003). Кроме того, важно проанализировать взаимное расположение изучаемой геотермически «теплой» зоны, линейных морфологически выраженных зон акватории и пункты резко завышенного значения теплового потока. Например, на продолжении линейной зоны, протягивающейся поперек архипелага Новая Земля и продолжающей «теплую» область по геотермическому зондированию, расположен пункт замера с максимальным значением теплового потока. Таким образом, сочетание данных геофизических наблюдений структурно-тектонический фактор, анализ морфологии по цифровой модели рельефа — все это в комплексе позволяет интерпретировать наличие аномально теплой зоны, выявленной при геотермическом картографировании, как проявление глубинной структурно-вещественной неоднородности строения. 2. Восточная часть Южного острова Новой Земли На множестве рассчитанных геотермических сцен для территории острова Южного, в его центральной, слегка смещенной к востоку, части, прослеживается отчетливая линейная зона (рис.  4). Как и в предыдущем случае, эту линейную зону, вытянутую в северо-западном направлении, нельзя объяснить геоморфологическим и (или) тесно связанным с ним геокриологическим строением. Однако при сопоставлении с данными по структурному, тектоническому и геологическому строению территории обнаруживается отчетливая корреляция с геологическими границами (рис. 4). С одной стороны, эта линейная аномалия практически точно соответствует Колодкинской разломной зоне и совпадает по простиранию с параллельной Рейнекской зоной. С другой стороны, эта зона соответствует контакту двух различных формационных зон (соответственно, различающихся по петрофизическим свойствам слагающих их пород и, возможно, с разным характером циркуляции подземных вод): с юго-запада развиты карбонатные и  терриогенно-карбонатные породы ордовика, силура, девона, карбона, а с северо-востока — преимущественно терригенные формации перми (рис. 4).

Рис. 2. Слева: 3D-представление цифровой модели рельефа, на которой штриховкой показана аномально «теплая» зона, являющаяся одновременно граничной зоной с северной структурно- и морфологически контрастной территорией. Справа: аномалии поля силы тяжести в редукции в свободном воздухе по данным альтиметрических измерений с ИСЗ (Арктический гравиметрический проект, по «Строение литосферы…», 2005). Оцифровка изолиний условная (синяя гамма — отрицательные аномалии, красная — положительные). С «теплой» субширотной зоной пространственно совпадает зона локальных гравиметрических минимумов

Рис. 3. Региональная схема расположения Новоземельского архипелага и аномально теплой по геотермическому зондированию зоны в его пределах (сплошная штриховка) на фоне цифровой модели сухопутного рельефа и смежной акватории (модель GEBCO), с замерами теплового потока (The Global Heat Flow Database, 2011) и линейными морфологически выраженными зонами (прерывистая штриховка). Слева внизу — конфигурация и пространственное расположение активных новейших тектонических нарушений на смежной акватории (Мусатов и др., 2003)

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 63


Тема номера

Рис. 4. Вытянутая линейная градиентная температурная зона в центральной — восточной частях Южного острова Новой Земли (показана овалом). Сверху: мозаика сцен геотермического зондирования. Слева внизу: фрагмент геологической карты. Справа: мозаика космических снимков Landsat 7 ETM+. Линейная градиентная зона, выделенная при геотермическом картографировании, отчетливо прослеживается на материалах геологической съемки и весьма слабо прослеживается на космических снимках

В отличие от предыдущего примера, отсутствуют материалы, достаточные для обоснования природы данной градиентной зоны. В данном случае линейная зона может быть обусловлена как вещественными петрофизическими свойствами среды, так и наличием разломных (по литературным данным — крутопадающих) зон. Для таких зон свойственно некоторое разуплотнение, повышенная трещиноватость, возможная повышенная обводненность, то есть совокупность свойств, каждое из которых может проявляться при геотермическом зондировании. Однако надо отметить, что данная линейная зона исключительно слабо проявляется в комбинации каналов космической съемки (рис. 4). Соответственно, можно утверждать, что геотермическое картографирование повышает информативность при изучении подобных регионов. Цифровая обработка результатов геотермического картографирования Одним из принципиальных вопросов, возникающих при геотермическом картографировании, является повышение информативности по сравнению с другими видами 64 ▪ Земля из космоса

дистанционного зондирования («традиционными» многоканальными космическими снимками), в частности при изучении арктических регионов. Рассмотренные два примера продемонстрировали значимость подобных работ с  точки зрения регионального анализа. Однако можно показать, что численная обработка геотермических сцен также может увеличивать информативность дистанционного зондирования. Одним из видов такой обработки является вычисление производных значений от величин температуры поверхности (рис. 5). В частности, вычисление кривизны температурной поверхности геотермической сцены (точнее вычисление нормальной кривизны). Получающиеся при этом линейные градиентные зоны маркируют непременно границу водных объектов (со значительной водной массой), при этом множество артефактных линеаментов обусловлены наличием множества линейных ложбин, созданных снежным покровом. Естественно, физический смысл этого заключается в том, что при геотермическом зондировании обнаруживаются участки с дифференцированной поверхностной температурой, на которую, в первую очередь, и будут оказывать влияние объекты со значительной водной массой. Заключение и выводы Применение дистанционного геотермического зондирования при изучении территорий с затрудненной досягаемостью, с одной стороны, и вызывающих потенциальный интерес к их углубленному изучению — с другой, представляется весьма перспективным. Использование при геотермическом картографировании снимков среднего разрешения, соответствующих по детальности задачам структурной и морфологической интерпретации (например, с радиометров TM или ETM), создает преимущества по сравнению с возможностями дистанционного зондирования, осуществляемого для региональных исследований (например, MODIS, AVHRR). Результаты дистанционного геотермического зондирования арктических областей должны анализироваться непременно в комплексе с другими данными. К ним относятся данные по распространению многолетнемерзлых пород по тепловому полю (замеры теплового потока либо рассчитанные по достоверным показателям данные геотермического градиента), данные по геологическому строению и аномалиям геофизических полей. Весьма информативным оказывается использование дистанционных геотермических материалов и морфологических моделей территории (охватывающих как сухопутные участки, так


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

и смежные акватории) и в ряде случаев позволяет сопоставлять резкие градиентные геотермические зоны и зоны контрастные по морфологическому (часто — одновременно и структурному) строению. Так как анализ на качественном уровне результатов дистанционного геотермического картографирования продемонстрировал свою информативность, необходимо совершенствование методов количественного анализа геотермических данных. Особенно это актуально при использовании данных с пространственным разрешением в  первые десятки метров, с учетом как высокой информативности (в данном случае — детального пространственного разрешения), так и наличия множества осложняющих факторов, как, например, исключительно локальных (обусловленных морфологией) особенностей территории, проявляющихся соответствующим образом на геотерми-

ческих моделях. Большое значение при этом имеет анализ различающихся по времени съемки дистанционных материалов, по которым производится геотермическое картографирование. Главный вывод проведенных исследований состоит в  том, что дистанционное геотермическое зондирование может быть успешно использовано при изучении арктических регионов, его применение может существенно повысить информативность дистанционного изучения территории. Интерпретация результатов данного вида картографирования может быть особенно информативной в случае исследования труднодоступных, в том числе слабоизученных районов.

Литература: 1. Converting Landsat TM and ETM+ thermal bands to temperature. The Yale Center for Earth Observation. 2010. Web-ресурс: http://www.yale. edu/ceo 2. Landsat Science Data Users Handbook. National Aeronautics and Space Administration (NASA). Web-ресурс: http://landsathandbook.gsfc.nasa. gov/ 3. Raj K.B.G., Fleming K. Surface Temperature Estimation from Landsat ETM Data for a part of the Baspa Basin, NW Himalaya, India. Bulletin of Glaciological Research, 25. 2008. p. 19–26. 4. The Global Heat Flow Database of еhe International Heat Flow Commission. 2011. Web-ресурс: http://www.heatflow.und.edu/ 5. Мусатов Е.Е., Ромащенко О.Г. Геоморфология, новейший этап развития и неотектонический режим Новоземельского шельфа, в связи с нефтегазоносностью. Океанология, 2003. Т. 43. № 2. С. 292–301. 6. Строение литосферы российской части Баренц-региона. Под ред. Н.В. Шарова, Ф.П. Митрофанова, М.Л. Вербы, К. Гиллена. Петрозаводск: Карельский научный центр, 2005. 318 с. 7. Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов. М.: Научный мир, 2001, 606 с.

Remote Geothermal Mapping of Arctic Areas (on the example of the Novaya Zemlya archipelago). By B. Georgievsky

Рис. 5. Сопоставление данных дистанционного зондирования и результатов цифровой обработки, вычисленных по радиометру ETM+ геотермических сцен. Сверху — комбинация каналов космической съемки Landsat 7 ETM+. Снизу — вычисленный параметр нормальной кривизны по геотемпературным сценам. На нижнем рисунке проявляется существенно меньшее количество линейных градиентных зон («линеаментов») по сравнению с верхним рисунком. Градиентные зоны нижнего рисунка, как правило, соответствуют линейным водным объектам значительной глубины (со значительным объемом водной массы)

The article describes the results of experimental application of remote geothermal sensing for comprehensive study of arctic areas. Novaya Zemlya was taken as the case study. Interpretation of remote geothermal sensing results for arctic areas requires rationale and characteristics of quite a number of geological conditions, capable of determining daily surface temperature, displayed during remote geothermal mapping.

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 65


Тема номера

Использование материалов разновременных аэрокосмических съемок в целях исследования динамики берегов Карского моря С.А. Огородов1, Н.Г. Белова2, Д.Е. Кузнецов3, А.И. Носков4 Ключевые слова: динамика арктических берегов, разновременные аэрокосмические материалы, геоэкологическая безопасность Key words: arctic coastal dynamics, multi-temporal remote sensing imagery, geoecological safety

О

своение шельфа и побережья морей России с  целью добычи природного газа требует строительства морских портов, подходных каналов, искусственных островов, буровых платформ, терминалов, наземных и подводных трубопроводов. Знание природных процессов и, в частности, динамики состояния берегов помогает обеспечивать геотехническую и  геоэкологическую безопасность строительства и  эксплуатации инженерных сооружений. Это особенно важно в условиях Арктики, где именно природные факторы диктуют правила освоения шельфа и побережья. Природные морфолитодинамические процессы [2; 3], такие, как размыв (абразия) берегов, термоабразия, термоденудация, дефляция, водная и термоэрозия, ледовая экзарация, могут привести к значительным материальным потерям, снизить рентабельность добычи или транспортировки сырья. Отличительная особенность Карского моря, как и большинства других арктических морей, заключается в том, что

развитие береговой зоны происходит в условиях контакта атмосферы и гидросферы с дисперсными многолетнемерзлыми породами —  криолитозоной. Морфолитодинамические характеристики этой зоны являются одним из главных факторов, определяющих выбор места выхода трубопроводов с подводного склона на сушу, а также величины их заглубления и способ укладки. Несмотря на длительный ледовый сезон (9 месяцев в году), в оставшийся теплый период развитие береговых процессов отличается исключительно высокой динамической активностью [4]. Так в исследуемом нами районе Байдарацкой губы Карского моря (рис. 1) более половины длины береговой линии охвачено абразионным процессом, причем на ряде участков скорость разрушения берегов достигает в естественных условиях 1–3  м/год (рис. 2). С учетом возможных техногенных воздействий, сопутствующих освоению новых территорий, и на фоне прогнозируемого в XXI веке глобального потепления климата скорости разрушения берегов могут суще-

Ведущий научный сотрудник, кандидат географических наук, Лаборатория геоэкологии Севера, географический факультет, МГУ имени М.В. Ломоносова, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, тел.: +7(495)939-25-26, e-mail: ogorodov@aha.ru Ведущий инженер, Лаборатория геоэкологии Севера, географический факультет, МГУ имени М.В. Ломоносова, тел.: +7(495) 939-25-26, e-mail: nataliya-belova@yandex.ru 3 Научный сотрудник, Лаборатория геоэкологии Севера, географический факультет, МГУ имени М.В. Ломоносова, тел.: +7(495) 939-25-26, e-mail: dk_on@mail.ru 4 Младший научный сотрудник, Лаборатория геоэкологии Севера, географический факультет, МГУ имени М.В. Ломоносова, тел.: (495)939-25-26, e-mail: alexkarta@gmail.com 1

2

66 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Рис. 1. Трасса подводного перехода Байдарацкой губы Карского моря системой магистральных газопроводов Бованенково – Ухта

ственно возрасти. В случае прокладки трубопроводов через активно разрушающиеся участки возникает прямая опасность повреждения берегов в результате их возможного оголения, провисания и механических деформаций. Заглубление объектов, отсыпка грунта и другие защитные меры часто оказываются малоэффективными, т.к. для абразионных участков характерно не только отступание береговых уступов в сторону суши, но и направленная абразия области пляжа и подводного склона. Кроме того, оголившиеся участки трубопровода могут оказаться открытыми для непосредственного динамического воздействия морских льдов. Выдавливание припайного льда на берег, приводящее к формированию ледяных навалов, может явиться причиной разрушения береговых сооружений и трубопроводов. Таким образом, геотехническая безопасность трубопровода и геоэкологическая безопасность территорий, окружающих место его выхода на берег, в значительной мере может быть обеспечена грамотным выбором, во-первых, наиболее динамически стабильного берегового участка, вовторых, выбором величины расчетного заглубления трубы (с учетом прогноза динамики берега на период строительства и эксплуатации трубопровода). Для определения скорости отступания берегов и деформаций профиля береговой зоны в пределах предваритель-

но выбранных проектировщиками участков трассы перехода Байдарацкой губы газопроводом в конце 90-х годов прошлого века на Ямальском и Уральском берегах было установлено около 50 реперов сети мониторинга данной динамики. Отметки реперов были привязаны к Балтийской системе высот 1977 года [1]. Наблюдения за динамикой берегов от постоянных реперных знаков осуществляются как с помощью прямых измерений, так и методом тригонометрического нивелирования. Для определения деформации рельефа дна подводного склона на морских продолжениях профилей сети мониторинга выполняются эхолотные промеры. Однако непосредственный инструментальный мониторинг в отдаленных районах Арктики чрезвычайно дорог в силу трудной доступности объекта исследований и не дает полного представления о долговременных тенденциях развития береговой зоны в пределах данных участков. Последний аспект крайне важен для целей прогнозирования изменения берегов и деформации профиля подводного склона в  течение достаточно длительного срока расчетной эксплуатации магистрального трубопровода и других инженерных сооружений (от 30 до 50 лет). В этом случае необходим анализ результатов совмещения разновременных аэроко��мических материалов. Надежный метод определения многолетней динамики состояния берегов — изучение разновременных космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения. Среди фондовых материалов космической съемки наибольший интерес представляют данные, полученные съемочной системой Corona (США) за период 1961–1970 гг. Основные их преимущества заключаются в доступности, охвате практически всей поверхности Земли и высоком разрешении (4–7 м). Материалы Corona позволяют оценить не

Рис. 2. Активно разрушающийся под действием термоабразии и термоденудации Уральский берег Байдарацкой губы в 15 км к западу от трассы газопровода

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 67


Тема номера

только общую динамику береговой зоны в период с 1962 г. по настоящее время, но и особенности данной динамики в 60-х годах прошлого столетия. Хуже дела обстоят с материалами аэрофотосъемки, которые, как правило, существуют в  бумажном виде в различных организациях и зачастую недоступны для приобретения. Также доступны современные материалы сверхвысокого разрешения со спутников IKONOS и  QuickBird, на которых представлена значительная часть исследуемых участков. Развитие технического прогресса позволяет приобретать качественные данные дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли через Интернет в короткие сроки. Прежде всего приобретаются материалы среднего разрешения со спутников Landsat 3–7 c максимальным разрешением съемки (панхроматический канал) до 15 м. Преимущество снимков Landsat состоит главным образом в широком выборе бесплатных материалов за длительный промежуток времени (например, снимки Landsat 7 доступны за период с  1999  г. по настоящее время и, несмотря на проблемы с  качеством изображения в последние несколько лет, вполне пригодны для предварительной оценки литодинамической обстановки в регионе). Одним из важнейших источников информации об изменении состояния берегов арктических морей России являются государственные топографические и морские навигационные карты. Как правило, данные материалы используются в качестве картографической основы исследований. Их обработка включает привязку данных в системе коорди-

Рис. 3. Метод привязки разновременных космических снимков, заключающийся в последовательном «подтягивании» (путем набора опорных точек на привязываемом снимке № 2) по контурам гидрографической сети, оцифрованным на привязанном снимке № 1: 3  — опорные точки привязки, 4 — контуры гидрографии

68 ▪ Земля из космоса

нат WGS-84 и присвоение метаданных; в большинстве случаев для удобства дальнейшего анализа полученные карты векторизуются в ГИС ArcGIS 9.x. Этап подготовки полученных аэрокосмических материалов является важнейшим при проведении исследований динамики берегов. Особое внимание следует уделять пространственной привязке аэрокосмических снимков. Снимки IKONOS и QuickBird поставляются с файлами привязки, созданными по параметрам орбиты спутника. Данный вид привязки довольно точен для приморских районов, т.к. погрешности отклонения отметок высот на местности от уровня геоида несущественны. Нами была проведена работа по оценке точности исходной привязки, основанная на наложении снимков на подробные топографические планы, и выяснилось, что погрешность составляет не более 5 м. Такая ее величина достаточна для целей исследования динамики береговой зоны. Более сложной задачей является пространственная привязка снимков Corona и аэрофотоснимков, которые можно получить лишь в виде простого растрового файла. В качестве опорных данных для привязки этих материалов могут использоваться снимки IKONOS и QuickBird, а  также (при наличии) привязанные топографические карты и  планы, полевые точки GPS-измерений. В связи со значительным территориальным охватом космоснимки Corona при точной геопривязке в своих периферических частях имеют трапециевидные деформации; таким образом, при их привязке требуется использование методов, позволяющих осуществлять искривление исходных данных (полиномиальные трансформации, метод резинового листа). Основная проблема — отсутствие достаточного количества опорных точек, что связано со слабой антропогенной освоенностью исследуемых районов. В связи с  этим при привязке широко используются объекты гидрографической сети суши (реки, озера, овраги и балки). Их положение зачастую достаточно нестабильно, что повышает вероятность возникновения ошибок. Для того чтобы их избежать, при привязке проводится векторизация контуров гидрографической сети по заранее привязанному снимку высокого разрешения. При наложении полученных контуров на привязываемый снимок и последовательном их совмещении на снимках путем создания набора достоверных опорных точек привязки достигается достаточно точное совмещение привязываемых материалов (рис. 3). При привязке аэрокосмических материалов на районы с развитой овражно-балочной сетью хорошие результаты дает расположение контрольных точек на слиянии отвершков оврагов и балок, у истоков рек, вытекающих из озер, на осевых линиях коротких проток,


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Рис. 4. Появление хасырея (спущенного озера). Слева — снимок 1964 г., справа — 1988 г. Уральский берег Байдарацкой губы Карского моря

соединяющих расположенные рядом озера, так как плановое положение подобных точек остается с течением времени достаточно стабильным. Выходное разрешение привязываемого снимка следует выбирать с учетом максимального сохранения исходной информации: так, если разрешение снимка до привязки составляет 10 м и он ориентирован диагонально, рекомендуется устанавливать разрешение не более 5 м в пикселе. После геопривязки всех имеющихся для данной территории разновременных аэрокосмических материалов наступает этап дешифрирования. К наиболее распространенным и хорошо читаемым дешифровочным признакам в условиях термоабразионных и аккумулятивных берегов арктических морей относятся линия берегового уступа и граница сплошного слоя растительности. По материалам космических снимков оцифровывается бровка берегового уступа (для абразионных участков) и граница сплошного растительного покрова (для аккумулятивных участков). При совмещении границ форм рельефа, оцифрованных на разновременных снимках, можно рассчитать величину их деформации, в частности, отступания или проградации берега за определенный период. Также по космическим снимкам можно определять местоположение и эволюцию подводных вдольбереговых валов, которые являются квазиэфемерными формами рельефа и способны за несколько лет кардинально менять свое положение (вал перемещается на место, ранее занятое межваловым понижением, и наоборот). Достаточно легко дешифрируемым геоморфологическим процессом в  зоне распространения мерзлотных ландшафтов побережья является образование хасыреев (аласы, котловины спущенных термокарстовых озер): так, в период с 1980 по 1986  г. на Уральском берегу Байдарацкой губы Карского моря образовался ярко выраженный в рельефе хасырей (рис. 4). Его образование тесно связано с процессом термо-

абразии, разрушившим северный берег озера, что привело к его спуску. По результатам анализа разновременных данных дистанционного зондирования были составлены карты динамики состояния берегов (рис. 5). Дальнейшим этапом работ является анализ подобных карт и сопоставление полученных данных с результатами инструментальных наблюдений в полевых условиях. На основе этих работ могут быть составлены карты типизации и сегментации морских берегов, учитывающие разносторонние характеристики морфологии, строения и динамики берега. Исследования динамики береговой зоны в районах нефтегазового освоения российского шельфа — одни из приоритетных, так как именно от интенсивности развития опасных морфо- и литодинамических процессов зависит геоэкологическая безопасность территории освоения и геотехническая безопасность строительства и эксплуатации инженерных сооружений инфраструктуры. Так, например, на основании данных, полученных в ходе исследований динамики состояния береговой зоны, частью которых являлись приведенные в данной статье результаты сравнения разновременных аэрокосмических снимков, проектное положении трассы газопровода Бованенково — Ухта на Уральском примыкании было скорректировано. Место выхода подводного трубопровода на берег перенесено с интенсивно разрушающегося (в результате термоабразии) на более динамически стабильный участок. Прогноз деформации рельефа береговой зоны, полученный с учетом данных прямого мониторинга динамики берегов, позволил выполнить расчет оптимального заглубления трубопровода. Излишнее заглубление значительно повышает стоимость строительства, недостаточное, напротив, чревато возникновением аварий и экологически опасных ситуаций в результате возможных деформаций оголившейся трубы. Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 69


Тема номера

матизировать данные в едином программном продукте (ArcGIS Engine), а также открывать доступ к материалам из наиболее распространенных ГИС-приложений и систем автоматизированного проектирования (САПР). Актуальность и��следования динамики состояния арктических берегов будет возрастать в связи с освоением углеводородных запасов Арктики и климатическими изменениями. Поскольку база имеющихся знаний о состоянии берегов российской Арктики в XX веке ограничена, изучение разновременных аэрокосмических материалов при исследовании динамики берегов этого региона достаточно перспективно и способно предоставить значительный объем данных, получение которых другими способами затруднительно или невозможно. В связи с увеличением доступных данных дистанционного зондирования Земли, в том числе и архивных, их анализ на базе использования геоинформационных технологий приобретает большое значение. Статья подготовлена при поддержке проектов РФФИГельмгольц и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Рис. 5. Карта динамики сегмента Уральского берега Карского моря в районе трассы перехода Бованенково-Ухта, составленная по разновременным аэрокосмическим снимкам. 1 — снимок 1964  г., 2 — 1988 г., 3 — 2005 г.; 4 — береговой уступ в 1964 г., 5 — 1988 г., 6 — 2005 г.; 7 — хасыреи на месте спущенных в результате отступания берега озер, 8 — репера сети мониторинга динамики берегов (подписи — номер профиля, в скобках — величина отступания берега за период 1964–2005 гг. в метрах)

Карты и схемы, полученные по итогам совмещения аэрокосмических материалов разных лет, как правило, являются одним из элементов составляемых на такие районы ГИС. Проведенные нами исследования позволили осуществить ряд геоинформационных проектов, ориентированных на различные районы нефтегазового освоения (от Кольского полуострова до Сахалина) и содержащих блок исходных данных (текстовые, реляционные данные, общегеографические карты, аэрокосмические снимки и т.д.), набор электронных карт, подсистему импорта данных с оборудования (электронных тахеометров, эхолотов, гидролокаторов бокового обзора), блок моделирования природных процессов. Разработанные ГИС позволяют отображать, редактировать и систе70 ▪ Земля из космоса

Литература: 1. Камалов А.М., Огородов С.А., Бирюков В.Ю., Совершаева Г.Д., Цвецинский А.С., Архипов В.В., Белова Н.Г., Носков А.И., Соломатин В.И. Морфолитодинамика берегов и дна Байдарацкой губы на трассе перехода магистральными газопроводами // Криосфера Земли, 2006, т. Х, № 3, с. 3–14. 2. Огородов С.А. Критерии стабильности (устойчивости) арктических берегов // Естественные и технические науки, 2010, № 6, С. 356–358. 3. Огородов С.А. Роль морских льдов в динамике береговой зоны арктических морей // Водные ресурсы, 2003, том. 30, № 5, С. 555–564. 4. Природные условия Байдарацкой губы. Основные результаты исследований для строительства подводного перехода системы магистральных газопроводов Ямал-Центр. / Под ред. Г.И. Дубикова, В.А. Совершаева и В.С. Тужилкина. М.: ГЕОС, 1997. 432 с.

Using Multi-Temporal Aerospace Imagery for Coastal Dynamics Investigations at Kara Sea. By S. Ogorodov, N. Belova, D. Kuznetsov, A. Noskov Construction and operation of engineering facilities in the coastal zone of the Arctic seas taking into account the requirements of the geotechnical and geo-environmental safety require consideration of hazardous natural processes in the contact zone between atmosphere, hydrosphere and permafrost. The article describes an example of using multi-temporal aerospace imagery for coastal dynamics investigations along the main gas pipelines system "Bovanenkovo – Ukhta" across Baidaratskaya Bay, Kara Sea.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Биоразнообразие арктических и субарктических морей России Ключевые слова: биологическое разнообразие, рыбные ресурсы, экосистема, браконьерство, промышленность Key words: biological diversity, fish resources, ecosystem, poaching, industry

М

оря Арктики — это не столько территория промышленного освоения, сколько ареал обитания многочисленных видов млекопитающих и рыб. О биоразнообразии региона и особенностях использования его биоресурсов рассказывает Константин Александрович Згуровский, руководитель морской программы Всемирного фонда дикой природы.

«Земля из космоса»: Акватории Арктики характеризуются высоким биологическим разнообразием. В морской среде обильны скопления планктона. Важнейший ресурс региона — рыбные запасы. На протяжении столетий Арктика привлекала охотников за млекопитающими — китами, тюленями, моржами, полярными медведями, выдрами. Если говорить о российской Арктике, какие моря можно выделить в этом отношении? Константин Згуровский: Если широко понимать Арктику и включать туда субарктические регионы, то наиболее богатым рыбными ресурсами является Охотское море. Оно дает 40% российского вылова, более 1 млн тонн рыбы в год. Баренцево море  — около 300 тысяч. Это две основные наши рыбные «житницы», или «fish basket», как говорят американцы. К основным промысловым видам относятся минтай, треска, пикша, сельдь, палтус. Раньше на Дальнем Востоке добывали довольно много камчатского краба. Допустимый улов доходил до 30 000 тонн в год. Сейчас на камчатского краба наложен

мораторий, потому что его практически извели браконьерством. Морские птицы и млекопитающие — моржи, тюлени, белухи и т.д., — также очень существенный элемент экосистемы. Птицы питаются рыбой, их гуано стекает в море, и возникает высокая прибрежная продуктивность. В Арктике много китов, котиков, тюленей. На Дальнем Востоке — сивучей. Пару лет назад имел место конфликт по поводу добычи поморами тюленей. Рыбаки часто говорят о  том, что млекопитающих развелось много и пора начинать охоту. Наша позиция такова: если популяция млекопитающих не подорвана, то аборигенный промысел имеет право на существование. Некоторые наши «зеленые братья» говорят о необходимости запрета охоты в любом случае. То есть позиция WWF нередко менее радикальная. В акваториях есть еще один биоресурс — водоросли, в частности ламинария. На последней рыбной выставке были представлены продукты, произвеВыпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 71


Тема номера

денные нашими коллегами с Дальнего Востока из водорослей: различные виды косметики, пищевых добавок, которые выводят радионуклиды из организма. Вы уже многие годы занимаетесь изучением биоразнообразия Арктики. Каковы проблемы сохранения российского биоразнообразия в арктическом регионе и субарктике? — 18 лет я проработал в Тихоокеанском научноисследовательском рыбохозяйственном центре. Моя диссертация — по креветкам Берингова моря. Я провел в экспедициях много лет. Баренцевоморский и беринговоморский экорегионы выделены Всемирным фондом дикой природы как приоритетные для сохранения биоразнообразия, морских экосистем. На рабочей встрече летом 2011 года мы обсуждали опасности, которые создает развитие нефтяных разработок на шельфе, в частности у 72 ▪ Земля из космоса

берегов Камчатки. Наша озабоченность связана с тем, что еще ни одна страна мира не разработала средств для борьбы с разливами нефти в ледовых условиях. Единственный способ, существующий на сегодняшний день, — выжигание нефти. Что, согласитесь, в  любом случае нарушает экологическое равновесие. А какие программы по сохранению биоразнообразия Арктики и субарктики, инициированные фондом WWF, работают в нашей стране? — Направлений деятельности фонда в Арктике и субарктике много. Среди них — создание охраняемых территорий, в том числе морских, а также изучение морского биоразнообразия. Есть специальная Арктическая программа, целью которой является изучение и патронирование климатической ситуации в  Арктике. Недавно мы представили атлас биоразнообразия Арктики. Авторы — российские ученые. Атлас по-


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

священ российской части Арктики и отражает наиболее ценные и уязвимые районы. Также существует программа, цель которой — налаживание диалога с нефтяной промышленностью. Она касается так называемых «no-go zones», промышленное освоение которых может нарушить хрупкое равновесие в природе. Часто, когда говорят о ресурсах шельфа, подразумевают именно минеральные ресурсы. Мы считаем, что возобновляемые, живые ресурсы должны рассматриваться в первую очередь. Если рационально использовать возобновляемые ресурсы, являющиеся основой нашей продовольственной безопасности, то их удастся сохранить для будущих поколений. На Ваш взгляд, возможно ли сохранение биоразнообразия региона как природного компонента нашей планеты при условии проведения работ по добыче полезных ископаемых в Арктике? — Мы придерживаемся того мнения, что на бурение в Арктике должен быть наложен мораторий до тех пор, пока не будет разработан надежный способ борьбы с нефтеразливами в ледовых условиях. Недавно на совещании, которое мы проводили совместно с Советом по изучению производительных сил, я был приятно удивлен, когда представитель Института нефти и газа говорил о том, что такие способы действительно не разработаны, что их надо разрабатывать и что бурение в ледовых условиях нарушает экологическое равновесие. Мы не являемся «радикальными зелеными». Мы пытаемся найти компромисс. Во-первых, надо развивать способы борьбы с нефтеразливами. Все страны должны объединиться для этого. Во-вторых, должно существовать зонирование и комплексное использование богатств моря. Хороший пример — норвежцы, создавшие комплексный план управления своей частью Баренцева моря, они предлагают нам работать вместе в этом направлении. Они даже переве��и свой план на русский язык и предложили нам им воспользоваться. Уникальность их плана состоит в зонировании моря. Такие же системы существуют у Канады и США. К  сожалению, в России нет единого органа, который мог бы координировать деятельность на море. На мой взгляд, бурение на западной Камчатке проводить нельзя. Потому что этот регион уникален по рыбным запасам. Если там что-то произойдет с танкером или платформой по причине тяжелых ледо-

вых, ветровых и штормовых условий, то мы можем лишиться нашей «рыбной корзины» на много-много лет вперед. Поэтому необходимо расставить приоритеты. Этим должно заниматься государство. Сахалин уже сейчас в большей степени нефтяной регион, где рыбы добывается совсем немного, за исключением, пожалуй, лосося. Северная, северо-восточная часть Охотского моря должна быть для промысла нефти закрыта. Охотское море дает 25–40% нашего годового улова. Сколько это в финансовом эквиваленте? — По нефтяникам, к сожалению, такие цифры у  меня отсутствуют. Если говорить о рыбной индустрии, то это миллиарды долларов. В последнее время мы постоянно взываем к здравому смыслу различных управленцев. Приведу пример. Нефтяники говорят: «Зачем вам охранять лосося? Мы вам дадим денег, вы на них построите рыбоводные заводы как в Японии, и у вас будет масса лосося». Но, во-первых, он будет не такой. Во-вторых, мы посчитали, что в некоторых регионах Дальнего Востока один малек обойдется государству в 7 долларов. Золотая рыба! И эти деньги никто не считает. Мы предлагаем рыбакам устройство для отпугивания птиц, включая редких, например, белоспинного альбатроса, от орудий лова. Но убедить рыбаков в необходимости такого устройства достаточно сложно. То, что мы предлагаем, выгодно и нам, и им, и окружающей среде. Таким образом, мы пытаемся найти компромисс. Много биоресурсов (икра, лосось) идет из России на экспорт. Насколько масштабны такие вывозы? Легальны ли они? — Мы несколько раз поднимали этот вопрос. Нас горячо поддержало Росрыболовство. Очень часто в магазинах и ресторанах происходит замещение нашей дикой рыбы, которая вылавливается в наших водах, рыбой, выращенной в садках в Норвегии, Южной Америке, Вьетнаме. Также много китайской рыбы, причем она зачастую наша, баренцевоморская. Она проходит очень интересный путь: ее ловят наши рыбаки, продают, предположим, норвежцам, голландцам или датчанам. Те везут ее перерабатывать в Китай, а потом продают нам. Посчитайте, сколько километров она «наматывает», сколько раз замораживается и размораживается. Поэтому когда вы видите в магазине минтай, произведенный в Китае, то будьВыпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 73


Тема номера

планируем выпустить мини-справочник карманного формата.

© http://www.oceanology.ru/wwf-save-atlantic-walrus/

те уверены, что это наш, российский минтай. То же самое с тихоокеанским лососем. Китайцы настолько преобразовали свои южные моря под аквакультуру, выращивают миллионы тонн рыбы, что, как они говорят, скоро будут возить людей на экскурсии в те части побережья, которые остались пока еще не преобразованными. Мы выпустили 100-страничное руководство для покупателей «А вы знаете, что покупаете?» Оно опубликовано на нашем сайте и пользуется популярностью. Мы не могли позволить себе выпустить руководство для всех и каждого — представьте, сколько людей покупают рыбу. Руководство предназначено для оптовых покупателей и продавцов, переработчиков и розничных сетей. Если коротко, о чем эта книга? — Мы вкратце описали основные виды, которые продаются в России: что это за рыба, где она водится, каким способом добывается, многочисленна она или нет. Привели некоторые интересные факты, которые могут заинтересовать читателей. А также дали рекомендации: можно или нельзя покупать тот или иной вид и почему. Зеленым отмечены виды, которые, в частности, прошли экологическую сертификацию. Также зеленым помечены виды, чьи запасы находятся в хорошем состоянии, их промысел не имеет серьезных последствий для окружающей среды. Красным помечены виды, которые находятся под угрозой уничтожения. Желтым — те виды, о которых, прежде чем покупать, стоит задуматься — а может, купить что то из «зеленого списка»? В дальнейшем мы 74 ▪ Земля из космоса

Морские млекопитающие изучаются с помощью спутниковых технологий, датчиков, которые на них устанавливаются. Насколько эти работы сегодня масштабны в России? Недавно вы начали новый проект, можете о нем рассказать? — В июне из Мурманска вышла наша яхта, которая будет следить за атлантическим моржом. Это довольно немногочисленный вид. С учетом глобального потепления существует серьезная угроза его исчезновения. Наши коллеги вышли в экспедицию, которую поддержал наш фонд. Они будут искать лежбища, ставить метки, считать животных. Одновременно мы с  компанией «СКАНЭКС», которая является партнером WWF, пытаемся из космоса оценить это и использовать результаты оценки в дальнейшем для того, чтобы снизить стоимость подобных исследований. Интервью подготовлено по материалам программы «Мир географии» радиостанции «Голос России» от 8 июля 2011 г.

Biodiversity of the Arctic and Subarctic Seas of Russia Interview with Konstantin Zgurovsky (WWF Marine Program Coordinator) gives an idea about biodiversity of the Arctic Region and specifics of using its bio resources.


Соловецкий монастырь, Белое море. Снимок IKONOS, дата съемки 10 июля 2010 г. (© GEOEYE, ИТЦ «СКАНЭКС»)


Тема номера

Использование спутниковых технологий для изучения и сохранения биоразнообразия в Российской Арктике В.В. Рожнов1, Д.М. Глазов2, А.Л. Сальман3 Ключевые слова: северные морские экосистемы, биологические ресурсы, белуха, спутниковые данные, радиомаяки. Key words: northern sea ecosystems, biological resources, belukha, satellite data, radio beacons

К

Российскому сектору Арктики относятся акватории пяти из девяти арктических морей и основные не покрытые льдом заполярные территории наземных арктических экосистем. Именно в Российском секторе развиты все основные характерные для Арктики зональные типы и варианты экосистем, почв, биоценозов, фитоценозов. В Арктике обитает около 25 тысяч видов эукариот. Наиболее заметными представителями арктических экосистем являются морские млекопитающие — киты, тюлени, моржи, а символом Арктики стал белый медведь. Интенсивное развитие экономики севера России и приарктических государств, освоение морских природных богатств породило лавину проблем. За последние годы в результате глобальных климатических изменений, ряда мощных антропогенных процессов ухудшилась экологическая ситуация, обострились проблемы охраны и использования морских биоресурсов, возникла угроза сохранения биоразнообразия Арктики. К основным факторам воздействия на экологию и живую природу северных морей следует отнести деятельность рыбопромысловых судов, морское судоходство, геофизическую разведку и нефтегазодобычу на шельфе, сброс и береговой сток бытовых и промышленных отходов. Возникла потребность в глубоком и всестороннем изучении северных морей России, в накоплении всеобъемлю-

щих и вместе с тем детальных знаний о процессах и явлениях, протекающих в морской среде. Эта информация чрезвычайно необходима для решения проблемы стабилизации и  контроля экологической обстановки, сохранения и рационального использования морских биологических ресурсов, безопасной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, проведения фундаментальных научных исследований. Изучение северных морских экосистем требует детального описания их современного состояния и анализа влияния разнообразных параметров окружающей среды на развитие морской биоты. При этом важным направлением исследований является углубленное изучение тех видов, которые могут быть индикаторами состояния экосистем. Необходимо определить численность таких животных, их пространственное распределение, выявить пути их сезонных миграций, а также идентифицировать параметры окружающей среды, влияющие на развитие и жизнедеятельность соответствующих популяций. Работы в этом направлении ведутся Постоянно действующей экспедицией РАН по изучению животных Красной книги Российской Федерации и других особо важных животных фауны России, созданной специальным распоряжением Российской академии наук в 2008 году. Для оценки состояния и мониторинга арктических экосистем были

Заместитель директора, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071, г. Москва, Ленинский просп., 33, e-mail: rozhnov.v@ gmail.com 2 Ведущий инженер, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071, г. Москва, Ленинский просп., 33, e-mail: dglazov@yandex.ru 3 Генеральный директор, ЗАО «ЭС-ПАС», 125171, г. Москва, Ленинградское ш., 15–73, e-mail: a.salman@es-pas.com 1

76 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

в течение нескольких лет проводят комплексное изучение выбраны два вида млекопитающих, по состоянию которых распространения и путей миграций белух. можно оценивать и состояние арктических наземных и леВ августе 2010 г. на острове Чкалов (Хабаровский край) довых экосистем (белый медведь), и состояние арктических были отловлены пять взрослых белух. Животных оснастиморских экосистем (белуха). Работы по изучению этих вили радиомаяками «Пульсар» спутниковой системы опре��ов оформлены в виде двух программ, которые поддержиделения местоположения и сбора данных Argos, после чего ваются Русским географическим обществом: Программы вновь отпустили на свободу. Спутниковые радиомаяки, разизучения белого медведя в Российской Арктике и Програмработанные и изготовленные в России, позволяют дистанцимы изучения распространения и миграций белухи. Основонно отслеживать перемещения животных, излучая коротные направления исследований, по которым выполняюткие сообщения при выныривании белух из воды (рис.  1). ся обе программы, имеют много общего. Ведется изучение Координаты животного определяются при пролете спутнираспределения и численности этих животных путем авиака над белухой на базе эффекта Доплера путем сопоставлеционных и судовых наблюдений, отслеживаются их миграния частот поступающих на спутник сообщений. Точность ции с помощью спутниковых радиомаяков системы Argos, определения координат колеблется от 150 до 1 000 м, в заисследуется популяционная структура белого медведя висимости от геометрических параметров пролета спутнии белухи методами молекулярно-генетической диагностика и количества полученных спутником сообщений. ки, оценивается состояние здоровья животных и влияние В результате функционирования радиомаяков в течение на них различных антропогенных факторов. 9 месяцев были выявлены пути миграций животных в ОхотПринимая во внимание огромную протяженность ском море в осенний, зимний и весенний периоды, а такбереговой линии Российской Федерации, а также трудноже места зимних концентраций белух сахалино-амурского доступность большинства северных морских акваторий скопления. страны, одним из эффективных направлений таких исслеВ осенний период белухи активно перемещались в Садований можно назвать полномасштабное использование халинском заливе недалеко от мест отлова. Причем в начаспутниковых данных. В настоящее время дистанционные ле и середине осени они держались в глубине залива, недаметоды изучения земной поверхности — это мощный леко от островов Чкалов и Сахалин, а к началу зимы стали инструмент для наблюдения с целью последующезначительно шире перемещаться по акватории. В середине го описания природной среды, обладающий рядом декабря, в период формирования ледяных полей, началась неоспоримых преимуществ по сравнению с традиционсезонная миграция белух в северо-восточном направлении. ными контактными методами исследований. При этом Именно декабрьский период интенсивных изменеособый интерес представляет совместное использований океанографической и ледовой обстановки был выние данных различных спутниковых систем для всебран для реализации пилотного проекта, предполагавшего стороннего изучения параметров окружающей сресопоставление траекторий движения животных с данныды и особенностей поведения животных в этой среде. В период с августа 2010 г. по март 2011 г. в рамках сотрудничества между Институтом проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН) и французской компанией CLS был выполнен пилотный проект, направленный на отработку методики совместного использования различных типов данных при проведении биологических исследований. В качестве объекта изучения выбрали белуху, являющуюся вершиной морской трофической цепи и индикатором состояния морской экосистемы. Тестовый полигон заложили на северозападе Охотского моря, на побережье Рис. 1. Радиомаяк «Пульсар» спутниковой системы Argos, установленный на белухе которого специалисты ИПЭЭ РАН уже (© Д.М. Глазов) Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 77


Тема номера

Рис. 2. Перемещения пяти белух в Охотском море в период с 1 по 31 декабря 2010 г.; траектории движения пяти животных показаны разными цветами

Рис. 3. Траектории пяти белух на фоне карты температуры морской поверхности за 23 декабря 2010 г.; цветом показано распределение температур от –1.799°C до +0.9°C

Рис. 4. Траектории белух на фоне карты солености воды и поверхностных течений за 23 декабря 2010 г.; цветом показано распределение солености от 30 до 33.379 ‰; интенсивность и направление поверхностных течений представлены векторами

Рис. 5. Траектории белух на фоне радиолокационного изображения. В ходе исследования было получено 8 радиолокационных изображений, в результате обработки и интерпретации которых выявились особенности распределения льдов

ми о физических параметрах морской среды (рис. 2). Эти работы выполнялись при финансовой поддержке французского Национального центра космических исследований (CNES). Анализ состояния морской среды выполнялся на базе спутниковой океанографической информации, а также с использованием результатов математического моделирования. Компания CLS обладает многолетним архивом океанографических данных, получаемых с космических аппаратов различного типа (JASON, ENVISAT, GFO, NOAA, Terra, Aqua, TRMM, METOP) и охватывающих весь мировой океан. На базе этих данных французские специалисты ежедневно генерируют карты аномалий высоты морской поверхности (пространственное разрешение — 25 км), геострофических течений (25 км), температуры поверхности воды (4 км). Три раза в неделю формируются карты концентрации планктона (4 км).

Для получения дополнительных слоев океанографической информации используется целый ряд моделей, позволяющих ежедневно создавать карты поверхностных течений (разрешение — 25 км), а также карты температуры и  солености воды на глубинах от 0 до 5 500 м (разрешение  — 25 км, рис. 3, 4). В тот же период с целью изучения ледовой обстановки в  исследуемой зоне со спутника RADARSAT-2 было получено восемь радиолокационных изображений (пространственное разрешение — 25 м) той акватории, в которой находились животные, оснащенные спутниковыми радиомаяками. В результате обработки и интерпретации изображений выявилось распределение формирующихся льдов в  исследуемой зоне. Затем были проанализированы данные о  перемещениях белух вблизи скоплений льда (рис. 5). Все полученные данные обрабатывались с помощью программного пакета THEMIS. Это разработанное компанией

78 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Рис. 6. Вертикальный профиль температуры воды вдоль траектории движения белухи за период с 15 по 21 декабря 2010 г.; по оси абсцисс — даты, по оси ординат — глубина в метрах; цветом показаны изменения температуры от -2 до 0.5°C; в верхней части графика зелеными точками отмечены позиции животного, определенные с помощью системы Argos; серые поля в нижней части графика позволяют судить о глубине морского дна вдоль траектории движения животного

CLS программное обеспечение позволяет совмещать различные типы океанографической и радиолокационной информации, а также накладывать на эти данные траектории движения животных, полученные с помощью системы Argos. Важным инструментом пакета THEMIS является возможность экспорта значений океанографических параметров вдоль траектории движения животного в соответствующие даты. Кроме того, большой интерес представляет возможность формирования вертикальных профилей температуры и солености воды вдоль траектории (рис. 6). Проведенный анализ позволил установить причины и факторы, влияющие на миграционную активность белух сахалино-амурского скопления. Пилотный проект показал, что применение комплексного подхода даёт возможность выявить особенности жизнедеятельности таких сложных для изучения животных, как белухи. Полученные значения параметров среды обитания крайне важны для прогнозирования перемещения животных в районах, где невозможны отслеживание и прогноз их адаптивного распределения, связанного с изменениями климатических условий обитания. Анализ радиолокационных изображений и океанографической информации позволил понять процессы формирования ледового покрова в изучаемых районах, определить взаимоотношения белух с формирующимся ледовым покровом, впервые подробно проследить перемещение животных в разводьях и полыньях вдали от чистой воды и ледовой кромки. В выбранном полигоне удалось оценить связь рыбопромыслового флота с распределением белух.

Реализованный российскими и французскими специалистами пилотный проект доказал важность выполнения работ по сопоставлению различных типов спутниковых данных в рамках морских биологических исследований. Даже на таком коротком временном периоде удалось выявить некоторые зависимости путей миграций белух от различных параметров морской среды. Например, было отмечено, что белухи не избегают ледяных полей, а активно используют эти области, перемещаясь преимущественно вдоль кромки льда. Такой метод исследований, безусловно, имеет серьезные перспективы. Поэтому прежде всего следует расширить работы по сопоставлению различных типов данных, проанализировав информацию, собранную в течение более длительного периода времени. Кроме того, было бы интересно выполнить подобные исследования, сравнивая поведение животных из разных скоплений белух Охотского моря, а  также сравнить эти данные с особенностями поведения белух из других популяций Белого, Баренцева, Карского, Чукотского морей. Подобные проекты могут способствовать выявлению закономерностей поведения, особенностей распределения не только белух, но и других морских млекопитающих, рыб и птиц. Они позволят выявить критические факторы, влияющие на миграционную активность животных, определить природные и антропогенные явления, представляющие особую опасность для изучаемых видов. Планомерная реализация комплексных проектов поможет улучшить понимание процессов, протекающих в морских экосистемах, и будет способствовать сохранению биоразнообразия в Российской Арктике.

Using Satellite-Based Technologies for Study and Conservation of Biodiversity in the Russian Arctic Region. By V. Rozhnov, D. Glazov, A. Salman In August 2010 – March 2011 the A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution managed a pilot project intended for the refinement of methods of joint use of different types of data while doing biological studies. White whale (belukha) was used a case study. This whale is at the top of the marine food chain and is recognized as the indicator of the marine ecosystem status. Conducted analysis enabled to understand the reasons and factors impacting the migration activity of belukhas near Sakhalin. Such projects may help detecting behavior patterns, habitat specifics of not only belukhas, but other marine mammals, fish and birds as well. Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 79


Тема номера

Ликвидация чрезвычайной ситуации на ЗАО «Беломорская нефтебаза» Н.В. Рыбчак1 Ключевые слова: Кандалакшский залив, разлив нефтепродуктов, загрязнение нефтепродуктами. Key words: Kangalaksha Bay, oil spills, oil pollution

А

рктика является районом, для которого разливы нефтепродуктов особенно опасны в силу природноклиматических условий: последствия разлива ликвидировать здесь труднее, чем в других регионах. Нефтяные разливы в море могут произойти на любом из этапов добычи, транспортировки или хранения нефти. В перечень потенциально опасных объектов и объектов жизнеобеспечения Мурманской области включено 76 пожаро- и взрывоопасных объектов, среди них — крупные площадки по хранению и перевалке нефти и нефтепродуктов. ЗАО «Беломорская нефтебаза» является одной из таких площадок. Данный объект расположен в  п. Белое Море, на берегу Кандалакшского залива (рис. 1) и предназначен для приема мазута и нефти, перевозимых железнодорожными цистернами, а  также для хранения и отгрузки нефтепродуктов в танкеры. Возможными причинами разлива нефтепродуктов на Беломорской не-

фтебазе могут быть: разгерметизация резервуаров хранения нефти и нефтепродуктов; разгерметизация (разрыв) технологических трубопроводов с  нефтью и нефтепродуктами; разгерметизация насосного оборудования; разгерметизация железнодорожных цистерн с нефтью и нефтепродуктами на железнодорожных эстакадах. Таким образом, в районе ЗАО «Беломорская нефтебаза» могут возникать чрезвычайные ситуации локального, муниципального, регионального и федерального значения, обусловленные аварийными разливами нефтепродуктов. В мае текущего года в результате разлива нефтепродуктов на Беломорской нефтебазе произошла локальная чрезвычайная ситуация. 7 мая 2011 г. следы нефтепродуктов были обнаружены в районе причала № 3 НПК ООО «МСП Витино». Утечек и разливов на территории специализированного порта Витино не установлено, поэтому было проведено обследование береговой линии и территории, при-

легающей к ЗАО «Беломорская нефтебаза». В результате обследования было обнаружено загрязнение береговой территории и акватории Кандалакшского залива, которое явилось следствием поступления нефтепродуктов с территории ЗАО «Беломорская нефтебаза» в Кандалакшский залив. Вид загрязнений — смесь нефти и нефтепродуктов (рис. 2). По одной из официальных версий, причиной аварии явилось просачивание из-под грунта нефтепродуктов, которые попадали в грунт на территории нефтебазы в результате разливов и скапливались в течение многих лет. Далее нефтяная эмульсия с поверхности земли вместе с талыми водами попала в Кандалакшский залив. Однако можно предположить, что загрязнение акватории Кандалакшского залива и береговой полосы произошло по другой причине: по мнению специалистов Баренцевоморского отделения Всемирного фонда дикой природы, зимой на территории нефтебазы мог произойти нефтераз-

1 Начальник центра мониторинга и прогнозирования ГОУ «Управление по ГОЧС и ПБ Мурманской области», 183025, г. Мурманск, ул. Буркова, д. 4, e-mail: rybchak61@mail.ru

80 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

лив (возможно, при разгрузке с железнодорожной цистерны), при этом часть нефтепродуктов сотрудники нефтебазы убрали, а весной, с талыми водами, оставшаяся часть нефти вытекла в залив. Вполне вероятно, что часть разлившейся нефти могла оказаться подо льдом и при таянии льда попадала в залив. Не исключено также, что загрязнение связано с неэффективной системой очистки сточных вод, так как в непосредственной близости от нефтебазы имеется пруд, сообщающийся с очистными сооружениями, куда сбрасывается собранная эмульсия. На поверхности пруда имеется радужная пленка, что четко просматривается на снимке с КА EROS B (рис. 3). Можно предположить, что загрязненные воды из данного водоема поступают в акваторию залива, вызывая постоянное присутствие нефтепродуктов в  морской воде. Нефтезагрязнение в данном случае представляло собой совокупность радужных пленок средней толщиной 0.3  мкм, с вкраплениями более толстых нефтяных включений. Общая площадь загрязнения, по сведениям Департамента Росприроднадзора по СЗ ФО, составила 199 000 кв. м, из них площадь загрязнения акватории, примыкающей к ЗАО «Беломорская нефтебаза», составила 71 000  кв.  м (в этом районе поверхность акватории водного объекта была покрыта сплошным слоем нефти, нефтепродуктов, хорошо видимых при волнении), а площадь загрязнения акватории, прилегающей к ООО «МСП «Витино», составила 128 000 кв.  м (здесь наблюдались нефть, нефтепродукты в виде пятен и пленки, покрывающие значительные участки поверхности акватории водного объекта, не разрывающиеся при волнении). Для уточнения площади загрязнения на акватории Кандалакшского за-

лива использовались данные дистанционного зондирования Земли. 10  мая 2011  г. для анализа в ИТЦ «СКАНЭКС» поступил радиолокационный спутниковый снимок RADARSAT-2, полученный в режиме квадрополяризационной детальной съемки на приемную станцию «УниСкан» в Самаре. На основе этого снимка специалистами ИТЦ «СКАНЭКС» была сделана карта-схема разлива (рис. 4). Снимок и карта-схема разлива быстро поступили к специалистам ГОУ «Управление по ГОЧС и ПБ Мурманской области», далее — в специализированную организацию ООО «ЭкоСервис», силы которой были задействованы в ликвидации последствий разлива. На снимке четко видна пленка нефтепродуктов. Площадь загрязнения, определенная по снимку (210 тыс. кв. км), практически соответствует площади, определенной специалистами Управления Росприроднадзора по Мурманской области. С 11 мая в адрес центра мониторинга и прогнозирования ГОУ «Управление по ГОЧС и ПБ Мурманской области» стали поступать данные высокодетальной спутниковой съемки EROS B. На этих оптических снимках четко видны как нефтяные загрязнения на акватории залива, так и участки прибрежной акватории, огражденные бонами. В результате осмотра места загрязнения 8 мая 2011 г. специалистами ООО «ЭкоСервис» было установлено, что площадь загрязнения, на которой требуется проводить очистку, составляет 6 000 кв. м береговой полосы и 3 000 кв. м акватории Кандалакшского залива. Большую тревогу вызывал тот факт, что в непосредственной близости от территории Беломорской нефтебазы находятся острова Кандалакшского заповедника, ближайший его остров

Рис. 1. Расположение ЗАО «Беломорская нефтебаза»

Рис. 2. Нефтяное пятно у береговой линии

Рис. 3. Радужная пленка на поверхности пруда. Снимок EROS B (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС»)

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 81


Тема номера

(о. Олений) расположен всего лишь в полутора километрах от Беломорской нефтебазы (рис. 5). Приливно-отливные явления, характерные для Белого моря, существенно повышали вероятность загрязнения береговой черты островов заповедника. Учитывая, что 7 мая в Кандалакшском заливе наблюдался ветер южных направлений в сочетании с чередованием полных и малых вод, наличие нефтяной пленки у островов Кандалакшского заповедника нельзя было исключить. При детальном анализе снимка RADARSAT-2 от 10 мая 2011  г. можно увидеть признаки нефтяной пленки в бухтах о. Телячий (рис. 6). В процессе первичного обследования островов заповедника около некоторых из них была обнаружена нефтяная пленка, однако уже с 10 мая в районе аварии установился устойчивый северозападный ветер и пленку от островов начало выносить в залив. На снимке с КА EROS B за 11 мая 2011 г. видна полоса нефтяной пленки на водной поверхности, распространяющаяся от бухты о. Телячий и ориентированная с северозапада на юго-восток (рис. 7). 13 мая проверка береговой линии острова Телячий представителями ООО «ЭкоСервис» Управления Росприроднадзора по Мурманской области и  Кандалакшского заповедника не подтвердила наличие нефтяных пятен в бухтах островов, однако там имелись загрязненные водоросли, принесенные с противоположного берега. Таким образом, необходимость максимально быстрой ликвидации последствий разлива во избежание нанесения ущерба экологии Кандалакшского залива в целом и природе особо охраняемых природных территорий не вызывала сомнения. 8 мая для организации работ по ликвидации последствий разлива на Беломорской нефтебазе состоялось за82 ▪ Земля из космоса

седание комиссии по чрезвычайным ситуациям и пожарной безопасности ЗАО «Беломорская нефтебаза», на котором было принято решение с 13.00 часов 08 мая 2011 г. и до окончания ликвидации последствий загрязнения ввести режим чрезвычайной ситуации на территории ЗАО «Беломорская нефтебаза» (локальная чрезвычайная ситуация). Руководство по ликвидации загрязнения было возложено на технического директора ЗАО  «Беломорская нефтебаза». К работам привлекли личный состав ЗАО «Беломорская нефтебаза»,

аварийно-спасательные формирования ООО «МСП «Витино», аварийноспасательные  формирования  ООО «Экосервис»  (г.  Мурманск)  —  всего 32 человека, а также спецтехнику. Работа включала в себя следующие меры: акватория порта была защищена швартовыми канатами, велось постоянное сорбирование, на береговой черте оборудовались углубления (ямы) для сбора замазученной воды, загрязнения убирались скимерами, велся сбор загрязненных нефтепродуктами водорослей, вода откачивалась вакуумными машинами и вывозилась на

Рис. 4. Карта-схема разлива с выделенными зонами загрязнения (красный контур) акватории Кандалакшского залива. Снимок RADARSAT-2, дата съемки 10 мая 2011 г. (© MDA, ИТЦ «СКАНЭКС»)

Рис. 5. Расположение Беломорской нефтебазы по отношению к островам Кандалакшского заповедника

Рис. 6. Предполагаемые нефтяные пятна в бухтах островов Кандалакшского заповедника 10 мая 2011 г. Снимок RADARSAT-2 (© MDA, ИТЦ «СКАНЭКС»)

Рис. 7. Следы нефтяной пленки в Кандалакшском заливе. Снимок EROS B (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС»)


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

очистные сооружения, были установлены боновые заграждения (рис. 8). На спутниковом изображении с КА EROS B (рис. 9) видны участки акватории Кандалакшского залива, огражденные боновыми заграждениями, причем по мере проведения работ по очистке акватории конфигурация боновых заграждений менялась. Определенная по спутниковым изображениям площадь нефтяных загрязнений, огражденных бонами, превышает 11 тыс. кв. м. Работы велись в круглосуточном режиме. Все эти меры позволили пре-

Рис. 8. Боновые заграждения на акватории Кандалакшского залива

дотвратить дальнейшее загрязнение нефтепродуктами акватории Кандалакшского залива, прибрежной полосы и территории Кандалакшского заповедника — угроза дальнейшего загрязнения указанных территорий была ликвидирована, а режим чрезвычайной ситуации на ЗАО «Беломорская нефтебаза» 17 мая 2011 г. снят. В результате попадания нефтепродуктов в акваторию Кандалакшского залива ущерб, причиненный данному водному объекту, составил около 2.4 млн. руб. При ликвидации разлива нефтепродуктов на Беломорской нефтебазе использовались все виды информации, полученные как в результате обследования обстановки на месте происшествия, так и благодаря использованию данных дистанционного зондирования Земли. Практика показывает, что именно сочетание всех видов имеющейся информации может дать наиболее полную и объективную картину чрезвычайной ситуации. Сегодня в условиях Арктики наиболее важным является предотвращение аварийных ситуаций. Для этого необходимо разработать эффективную си-

стему экологического мониторинга, включающую в том числе и элементы космического мониторинга. Автор благодарит директора ООО «ЭкоСервис» А.Л. Глазова за оперативное предоставление информации и фотоматериалов о чрезвычайной ситуации на ЗАО «Беломорская нефтебаза», а также за организацию обследования о. Телячий.

Литература: 1. План ЛРН ЗАО «Беломорская нефтебаза». 2. Отчет ООО «ЭкоСервис» о локализации и ликвидации аварийного разлива нефтепродукта на объекте ЗАО «Беломорская нефтебаза». 3. Материалы средств массовой информации.

Using Earth Remote Sensing Data during Emergency Response at ZAO “Belomorskaya neftebaza”. By N. Ryubchak The list of potentially hazardous sites and critical infrastructures of Murmansk Region includes 76 fire and explosion hazardous sites, among them — large platforms for oil and oil derivatives storage and transfer. One of such platforms is ZAO “Belomorskaya neftebaza”. On May 7, 2011 traces of oil products were detected near the quay #3 of “MSP Vitino” oil loading terminal. Earth remote sensing data were used to verify the acreage of the water area pollution in Kandalaksha Bay.

Рис. 9. Участки акватории Кандалакшского залива, огражденные боновыми заграждениями. Снимки EROS B от 14 мая 2011 г. и 01 июня 2011 г. (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС»)

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 83


Тема номера

Центр космического мониторинга Арктики Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова С.Г. Копосов1 Ключевые слова: космический мониторинг, подготовка специалистов, исследования, мониторинг территории Key words: space monitoring, specialists training, studies, monitoring of territories

ентр космического мониторинга Арктики Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова (ЦКМА САФУ) создан на базе Института информационных и космических технологий в рамках Программы развития университета, одобренной распоряжением Правительства Российской Федерации, и ориентирован на решение трех основных задач: 1. в образовательной сфере — подготовка специалистов, обладающих современными знаниями в области ДЗЗ и геоинформационных систем; 2. в научной сфере — проведение научно-исследовательских работ на оборудовании центра; 3. в прикладной области — мониторинг территории региона и предоставление информации в режиме, близком к реальному времени, для поддержки принятия управленческих решений хозяйствующими субъектами. Центр космического мониторинга Арктики был торжественно открыт 18  ноября 2010 г. (рис. 1). Символическую ленточку перерезали председатель Архангельского областного Собрания депутатов Виталий Сергеевич Фортыгин, генеральный директор ИТЦ «СКАНЭКС» Владимир Евгеньевич Гершензон и ректор САФУ Елена Владимировна Кудряшова. Специальными гостями на церемо-

Директор Центра космического мониторинга Арктики САФУ, 163002, г. Архангельск, набережная Северной Двины, д. 17, e-mail: s.koposov@narfu.ru

1

84 ▪ Земля из космоса


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

нии открытия стали министр образования и науки Архангельской области Илья Игоревич Иванкин и представитель компании Spot Image Бруно Бертолини (Франция). Компания Spot Image является оператором спутников SPOT 4 и  SPOT  5, с данными которых в режиме прямого приема работает САФУ Первоочередные цели, поставленные перед Центром космического мониторинга Арктики, включают в себя: • развитие сотрудничества в области дистанционного зондирования Земли с промышленными организациями для совместного решения важнейших задач, создания высоких технологий и расширения использования разработок университета в производстве; • оперативное получение данных дистанционного зондирования Земли, наиболее полно обеспечивающих мониторинг тех или иных видов природных ресурсов, отраслей народного хозяйства, экологических проблем, чрезвычайных ситуаций. Для достижения поставленных целей университет осуществляет прием и распространение информации со спутников SPOT 4/5, EROS B, RADARSAT-1/2, Terra/Aqua. Работа как с оптическими, так и с радиолокационными снимками различной детальности открывает возможность проведения непрерывного спутникового мониторинга Арктического региона. Актуальная спутниковая съемка позволяет вести наблюдение за ледовой обстановкой в акваториях, организовывать информационное сопровождение и оптимизацию следования судов, отслеживать ведение лесного хозяйства, рыболовства, недропользования, строительства и т.п. Информация со спутников принимается и  обрабатывается с помощью «УниСкан-36», установленной в  САФУ (рис. 2). Для визуализации результатов космосъемки, а также для предоставления доступа к данным через Интернет используется геопортал, работающий на основе технологии GeoMixer. Геопортальная система имеет настраиваемый в  индивидуальном порядке веб-интерфейс, соответственно, каждый пользователь видит только свои данные. В настоящее время центры космического мониторинга созданы и функционируют на основе технологии «УниСкан» более чем в 20 вузах России. Возможности центра в Архангельске во многом превосходят аналогичные вузовские структуры за счет обеспечения работы с самыми разнообразными данными дистанционного зондирования Земли. Особо следует выделить данные с космического аппарата RADARSAT-2 (рис. 4, 5). С их помощью возможно проведение глобальных всепогодных, вне зависимости от времени суток наблюдений за состоянием ледового покрытия, растительности, степени разрушений в рай-

Рис. 1. Представление системы городского планирования на сенсорном дисплеe

онах стихийных бедствий. Кроме того, возможна реализация проектов в области геологоразведки, лесного хозяйства, исследование береговой зоны, мониторинг разливов нефтепродуктов, районов наводнений, получение информации о высоте и характере рельефа зондируемой местности. Космическая радиолокация помогает в наблюдении за объектами, скрытыми растительностью и расположенными в приповерхностном слое земли или в прибрежной зоне водоемов (заглубленные трубопроводы, линии связи, электропередач и т.п.). Важным свойством информации, получаемой с космических снимков, является ее независимость от любых попыток сокрытия данных или ограничения доступа к ним (что не редкость, когда речь заходит об экологическом контроле хозяйственной деятельности). За время с момента открытия в ноябре 2010 г. и по 31  июля 2011  г. Центром космического мониторинга Арктики САФУ в инициативном режиме принято 5 386 кадров съемки со спутника SPOT 4. Из них для создания современного покрытия по субъектам Арктического региона синтезировано около 400 мультиспектральных сцен (размер каждой 60х60 км). Заказано и принято 55 сцен с космического аппарата SPOT 5, в том числе для поиска отработанных частей пусков ракетоносителей 1-го Государственного испытательного космодрома (космодром «Плесецк»). Заказано и принято 65 сцен спутника ДЗЗ EROS B на территорию крупных городов области, включая Архангельск. С помощью детальных данных EROS B получена также актуальная информация о состоянии инженерных сооружений геолого- и нефтедобычи. На основе опытного лесхоза САФУ в  качестве пилотного проекта с помощью изображений EROS B проведены работы по поиску и локализации незаконных лесных рубок. Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 85


Тема номера

Рис. 2. Радиус зоны прямого приема информации ЦКМА САФУ

Рис. 3. Интерфейс геопортала ЦКМА САФУ. Ледовая обстановка в районе полуострова Канин. Снимок RADARSAT-2, дата съемки 18 апреля 2011 г.

По заказу ИТЦ «СКАНЭКС» осуществлены прием и  обработка 19 снимков арктических широт с аппаратов RADARSAT-1 и RADARSAT-2. Ежедневная обработка данных MODIS (спутники Terra и  Aqua) в режиме, близком к реальному времени (менее часа после приема), и подтверждение полученных данных о термических аномалиях с помощью снимков SPOT 4 позволяют повысить точность выделения очагов лесных пожаров на территории Архангельской области и в сопредельных регионах. В планах САФУ — создание лаборатории беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с целью мониторинга пожарной, экологической, транспортной и чрезвычайной обстановки в Арктическом регионе. Открытие лаборатории намечено на осень 2011 года. Университетом также учреждено малое инновационное предприятие по внедрению результатов космической деятельности по мониторингу подвижных объектов на основе технологии ГЛОНАСС. Кроме того, создается консорциум «Университетские геопорталы (УНИГЕО)», который позволит разработать совместную стратегию развития инновационных технологий (в том числе отечественных) и методов дистанционного зондирования Земли. Консорциум будет работать по нескольким направлениям, среди которых — оптимизация расходов и финансирование лицензий на право приема данных, совместное участие в международных проектах, координация взаимодействия высших учебных заведений России по использованию и развитию современных технологий космического ДЗЗ и геоинформационных технологий в образовании, науке, промышленности и управлении развитием регионов. 86 ▪ Земля из космоса

Space Monitoring Center of the Arctic Region of Lomonosov Northern (Arctic) Federal University. By S. Koposov Space monitoring center of the Arctic Region of Northern (Arctic) Federal University is open since November 2010. The center’s activities are aimed at the main solutions: training of specialists, research scientific work, monitoring of region territory and provision of near real-time data in support of decision-making by commercial entities.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Опыт аэрокосмического образования в Якутии О.Ю. Мороз1 Ключевые слова: Якутия, космос, летняя школа, кинолекторий, станция приема «Алиса» Key words: Yakutia, space, summer school, cinema lecture, “Alice” ground receiving station

С

23 июля по 1 августа 2011 года в ГОУ Физикоматематический форум (ФМФ) «Ленский край» прошла V-я (юбилейная) летняя аэрокосмическая школа «Арктика – космоска тахсар аартык: дорога в космос». Школа проводится ежегодно при поддержке Министерства образования Якутии, Государственного учреждения культуры Москвы «Мемориальный музей космонавтики» (ММК), ИТЦ «СКАНЭКС» (Москва) и Октемского лицея в поселке Октемцы Хангаласского улу-

са на берегу реки Лена. Инициатива организации подобных школ принадлежит Якутской республиканской детской общественной организации «Малая Арктическая академия юных талантов», которая учреждена при содействии нобелевского лауреата, академика Ж.И. Алферова и Первого президента Республики Саха (Якутия) М.Е. Николаева. История проведения летних аэрокосмических школ берет свое начало в 2007 г. — в год 100-летия со дня рождения основоположника практической космонавтики

Рис. 1. Учащиеся, студенты и преподаватели V-й аэрокосмической школы образовали круг около национального орнамента во время спутниковой съемки

Заведующий отделом музейной педагогики, ГУК города Москвы «Мемориальный музей космонавтики», 129164, г. Москва, пр. Мира, д. 111, e-mail: vdmc_ako_mmk@mail.ru

1

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 87


Тема номера

Рис. 2. Фрагмент изображения EROS B, полученный 28 июля 2011  г. Во дворе физико-математического лицея «Ленский край» отчетливо виден национальный орнамент и круг, образованный учащимися и преподавателями V-й аэрокосмической школы. С. Чапаево Хангаласского улуса Республики Саха (Якутия). Снимок принят и обработан ИТЦ «СКАНЭКС» (© ImageSat Int., 2011)

С.П. Королева. Основными идеями работы школы являются разработка и реализация школьниками и педагогами инновационных проектов в области аэрокосмического образования с использованием новых информационных космических технологий, в том числе проектирование с использованием данных спутникового мониторинга. Программа V-й летней аэрокосмической школы «Арктика — космоска тахсар аартык: дорога в космос» была посвящена 50-летию первого полета человека в космос. Более 150 школьников, студентов-тьюторов, учителей школ из 20 улусов республики прошли обучение в лаборатории дистанционного зондирования Земли ФМФ на базе станции «Алиса», стали участниками мастер-классов по физике, ежедневно посещали кинолекторий ММК по истории космонавтики «Космонавтика: прошлое и современность», научно-практические занятия и семинары, совершали экспедиционные выезды. За десять дней работы школы были разработаны концепция, тематика, экспозиционный план, оформлены первые экспозиции будущего музея космонавтики в Октёмском лицее. Ребята разработали и защитили свои проекты по нескольким направлениям применения космоснимков. Отличились учащиеся 10-х классов А. Иванова, Т. Долгунова, С. Малышев, И.  Данилов, Ю. Шарин, С. Харитонов. Темы наиболее интересных проектов: «Изучение динамики развития тукуланов Вилюйского района на основе анализа спутниковых изображений», «Космические снимки как средство мониторинга изменений ландшафтов», «Изменения русла реки 88 ▪ Земля из космоса

Лена под Нижним Бестяхом Мегино-Хангаласского улуса за период с 2000–2011 гг.». 28 июля ребята приняли участие в инновационной музейно-образовательной игре «Большое космическое путешествие в Ленском крае», разработанной научными сотрудниками отдела музейной педагогики ММК специально для Ленского края. Из числа участников летней школы были сформированы «космические экипажи», которые получили «полетное задание», «маршрутные листы» и отправились в свое путешествие, делая остановки на «космических стоянках». Кульминацией игры и всего дня стала «космическая фотосессия». Пройдя на «отлично» все стоянки, выполнив задания, ребята выложили на территории форума якутский символ — Кехёр — «Космос в каждом из нас» (рис. 1). Именно это послание участников V-й летней аэрокосмической школы было зафиксировано спутником EROS B. Данный подарок участникам форума был сделан Инженернотехнологическим центром «СКАНЭКС». Восторгу детей и взрослых не было предела. Школа удалась. «Большое космическое путешествие» в Ленском крае будет продолжено.

Experience of Aerospace Education in Yakutia. By О. Moroz On July 23 – August 1 the Physico-Mathematical Lyceum “Lensky Krai” became the venue of the V summer aerospace school “Arctic Region — the Road to Space”. Over 150 children, students and tutors from 20 different settlements (regions) of the republic received training in the Earth Remote Sensing Laboratory of the Lyceum.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Изучение популяции атлантического моржа в Баренцевом море с помощью космических технологий В.С. Семенова1, А.Ю. Книжников2, А.Н. Болтунов3, Н.В. Евтушенко4 Ключевые слова: Баренцево море, млекопитающие, морж, спутниковый мониторинг, численность популяции Key words: Barents Sea, mammals, walrus, satellite-based monitoring, population level

В

юго-восточной части Баренцева моря выявлены значительные запасы углеводородного сырья. Ведется подготовка к эксплуатации разведанных месторождений, планируется установка морских добывающих платформ, развитие береговой инфраструктуры, рост судоходного трафика. Как следствие — увеличивается антропогенное воздействие на экосистему юго-восточной части Баренцева моря в целом и в частности на обитающего здесь моржа — одного из наиболее уязвимых видов экосистемы, занесенных в Красную Книгу России (рис. 1). В настоящее время в этом районе обитает малочисленная и, вероятно, в значительной степени изолирован-

ная от основной популяции «южная» группировка атлантического подвида моржа. Крайне слабая изученность обитающих здесь моржей является серьезным препятствием для выработки мер по минимизации негативного воздействия на животных со стороны развивающейся нефтегазодобычи. Полевые исследования по учету моржей в этом районе крайне трудоемки и дорогостоящи. Данн��й подвид моржа очень динамичный, поэтому животные подолгу не задерживаются на лежбищах, что также осложняет береговые наблюдения. В июне 2011 г. по инициативе и  при поддержке Всемирного фонда дикой природы (WWF) России и Совета по морским млекопитающим

Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС» начал проект по отработке методики дешифрирования местонахождения моржа с помощью космической съемки на береговых залежках юго-востока Баренцева моря. Высокодетальные спутниковые снимки для обнаружения скоплений моржей и  оценки их численности в России применялись впервые в истории. Съемка проводилась в важный для животных летне-осенний период времени, когда акватория Баренцева моря свободна ото льда и моржи используют берег как платформу для отдыха. Оперативный спутниковый мониторинг был проведен в местах предположительных залежек моржей на островах Колгуев, Долгий, Матвеев

Совет по морским млекопитающим, координатор проекта по спутниковому мониторингу популяции моржа, 117218, г. Москва, Нахимовский пр., д. 36, тел.: +7(499) 124-75-79, e-mail: mmc@2mn.org Координатор программы по экологической политике нефтегазового сектора, WWF России, 109240, г. Москва, ул. Николоямская, д. 19, стр. 3, тел.: +7(495) 727-09-39, e-mail: aknizhnikov@wwf.ru 3 Ведущий научный сотрудник ФГУ «ВНИИприроды», заместитель председателя Совета по морским млекопитающим, 117628, г. Москва, ЗнаменскоеСадки, тел.: +7(495) 423-03-22 4 Эксперт группы оперативного спутникового мониторинга, Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС», 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 5/22, стр. 1, www.scanex.ru, e-mail: nevtushenko@scanex.ru 1

2

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 89


Тема номера

© http://www.tepid.ru/wallpaper17.html

Рис. 1. Залежка моржей. Фото Виктора Маслова/WWF

Рис. 2. Береговые залежи моржей (красный контур) на снимке EROS B (слева) от 28  июля 2011 г. Справа: снимок GeEye-1 от 4 июля 2010 г., моржи отсутствуют (©ImageSat, GeoEye, ИТЦ «СКАНЭКС»)

90 ▪ Земля из космоса

в период с мая по июль 2011 г. Первым важным результатом наблюдений стала съемка залежки моржей на о. Матвеев, являющемся частью территории государственного природного заповедника «Ненецкий». Качество полученного снимка позволило определить месторасположение скоплений животных, а также примерную численность особей. На космоснимке EROS B, полученном 28 июля 2011 г., специалисты обнаружили скопление около 200 особей моржа в береговой зоне о. Матвеев (рис. 2). Использование высокодетальной съемки с разрешением 0.7 м позволило идентифицировать животных размером от 2.5 до 3 м. Проект по спутниковому мониторингу популяции атлантического моржа в Баренцевом море будет продолжен. Использование космических технологий наряду с наземными исследованиями поможет существенно повысить современный уровень знаний о  южной группировке моржей и выработать меры по ее сохранению. Исследования позволят природоохранным и научным организациям оперативно получить базовую информацию об изучаемом краснокнижном виде, а также выработать и внедрять меры по его сохранению в условиях «бума» экономического развития региона.

Studying population of Atlantic walrus in Barents Sea using space technologies. By V.  Semenova, A. Knizhnikov, A.  Boltunov, N. Yevtushenko The project to tune walrus location interpretation methods using space imagery data was launched in June 2011 on the coastal rookeries of south-east of the Barents Sea. On the EROS B image, received on July 28, 2011, the specialists detected a group of about 200 walruses within the coastal zone of the Matveev Island.


Космические технологии для освоения, изучения, сохранения Арктики

Мерзлотные формы рельефа, Республика Саха (Якутия). Снимок EROS B, дата съемки 7 мая 2011 г. (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС»)

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 91


Разное

Новости и анонсы Технологии ДЗЗ для ОСВОЕНИЯ, изучения, СОХРАНЕНИЯ Арктики: ИНТЕРНЕТИСТОЧНИКИ, СОБЫТИЯ, ПЛАНЫ

1

Отечественная группировка гидрометеорологических спутников ДЗЗ будет пополнена семью новыми космическими аппаратами к 2016 году,  — сообщает РИА Новости. В их числе — спутники гидрометеорологической космической системы «Арктика»: «Арктика-М-1» и «Арктика-М-2». Данная система предназначена для мониторинга состояния атмосферы и поверхности Земли в арктическом регионе, недоступном для наблюдения с геостационарных орбит. Она поможет получать гелиогеофизические данные в полярных областях Земли, выполнять телекоммуникационные функции по сбору, обмену и ретрансляции гидрометеорологических данных, осуществлять ретрансляцию сигналов от аварийных радиобуев системы спасения КОСПАС/САР-

92 ▪ Земля из космоса

САТ. Ссылка на источник: http://ria.ru/ science/20110303/341651702.html.

2

Научно-производственное объединение имени Лавочкина планирует изготовить второй метеоспутник серии «Электро». Его запуск намечен на 2013 год — в соответствии с Федеральной космической программой на 2006–2015 годы. Подробности: http:// ria.ru/science/20110630/395553283. html.

3

Проект MAIRES (Monitoring Arctic land and sea Ice using Russian and European Satellites — Мониторинг материкового и морского льда Арктики с использованием российских и европейских спутников) выполняется в рамках программы FP7 Европейской Комиссии. Проект запланирован до 2014 года. Цель проекта — разработка методик спутникового мониторинга арктических ледников, морского льда и айсбергов. Проект демонстрирует преимущество совместного использования данных на-

блюдения Земли с российских и европейских спутников для оперативного картографирования, интерпретации и прогнозирования изменения материкового и морского льда в Евразийской части Арктики. Подробная информация о целях и участниках проекта на русском языке доступна по ссылке: http://www.magnolia.com. ru/news/2011/07/12/1475/. О проекте MAIRES на английском: http://www. nersc.no/project/maires. Сайт программы FP7: http://cordis.europa.eu/ fp7/home_en.html.

4

http://nsidc.org/ — англоязычный ресурс центра изучения снега и льда National Snow and Ice Data Center (NSIDC). Здесь публикуются статьи и информационные материалы о современных проектах, центрах и организациях, связанных с ледниками Земли.

5

Интерактивный гид по индустриальной Арктике от «The Guardian» доступен по ссылке: http://www.guardian.co.uk/


Новости и анонсы

environment/interactive/2011/ jul/05/arctic-oil-exploitation-mapinteractive?intcmp=239.

6

Статья Терри Макалистера «US and Russia stir up political tensions over Arctic» о политических интересах различных государств в Арктике опубликована 6 июля 2011 г. на сайте «The Guardian»: http://www.guardian.co.uk/ world/2011/jul/06/us-russia-politicaltensions-arctic?intcmp=239.

7

На сайте информационного агентства «Север-Пресс» доступен раздел, в котором публикуются материалы с тегом «Арктика»: http:// www.sever-press.ru/arktika.html.

8

С 19 по 22 сентября 2011 г. в Тосса-де-Мар (Испания) состоится 11-я Международная научнотехническая конференция «От снимка к карте: цифровые фотограмметрические технологии». Организатор — компания «Ракурс». Подробнее о предстоящем мероприятии можно

узнать на сайте: http://www.racurs.ru/ Spain2011/ru.

9

II Международный Арктический форум пройдет в Архангельске 22–23 сентября 2011 г. Форум посвящен развитию транспортных путей в Арктике. В ходе работы форума состоится презентация железнодорожной магистрали Белкомур, транспортного коридора Сковородино – Якутск – Тикси, проектов модернизации портов Архангельска, Мурманска и Певека. Участники форума также обсудят вопросы расширения грузовых потоков и развития арктической авиации. Не останутся без внимания и проблемы международного сотрудничества, экологической безопасности и действий в чрезвычайных ситуациях.

10

Конгресс и выставка по геодезии, геоинформатике и кадастру INTERGEO 2011 пройдет с 27  по 29 сентября в Нюрнберге (Германия). Сайт: http://www.intergeo.de/en/ englisch/index.php.

Плато Путорана. Снимок Landsat 5, дата съемки 28 июня 2011 г. Принят и обработан в ИТЦ «СКАНЭКС»

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 93


Разное

В ритме ИТЦ «СКАНЭКС»: июнь–август 2011 г. В данном разделе читайте о новых проектах и результатах работы с данными ДЗЗ из космоса ИТЦ «СКАНЭКС».

1

Расширено применение данных RADARSAT-2 в России. Это стало возможным благодаря подписанию контракта между канадской компанией MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd. и российским ИТЦ «СКАНЭКС». Станции приема и обработки спутниковых данных «УниСкан» с возможностью работы с материалами RADARSAT-2 расположены в Самарском государственном аэрокосмическом университете и в Северном (Арктическом) федеральном университете.

2

Международная конференция «Применение спутниковых данных для обеспечения устойчивого рыболовства в экономиках АТЭС» прошла 10 июня 2011 г. в городе Кута (о. Бали, Индонезия). Конференция организована ИТЦ «СКАНЭКС» совместно с Федеральным космическим агентством (Роскосмос) и Минэкономразвития и является одним из мероприятий, проводимых в рамках программы подготовки к председательству России в АТЭС в 2012 г.

3

В 5-й Международной конференции «Земля из космоса — наиболее эффективные решения» примет участие профессор сэр Мартин Свитинг, исполнительный председатель совета директоров компании Surrey Satellite Technology Limited (SSTL).

4

Завершена разработка первой версии новой программной системы автоматической обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для операционной системы MS Windows. Система получила название SCANEX Automatic Data Processing System (SCANEX ADPS). Она позволяет выпол-

94 ▪ Земля из космоса

нять обработку спутниковой информации из исходных «сырых» потоков до стандартных продуктов уровней обработки 1 и 2 в полностью автоматическом режиме.

5

Поиск по каталогу детальных снимков SPOT 5 теперь возможен на геосервисе Kosmosnimki.Ru. Услуги по выбору и заказу спутниковых изображений в режиме «одного окна» доступны через Search. kosmosnimki.ru.

6

Круглый стол «Модернизация России: космические технологии для гражданского общества» состоялся в пресс-центре «Российской газеты». Фрагменты круглого стола — видео и стенограмма выступлений участников и последующей дискуссии — доступны по ссылке: http://www.scanex.ru/ru/news/ News_Preview.asp?id=n1019392.

7

Интернет-портал Росреестра, где размещены публичные кадастровые карты, начал использовать спутниковое покрытие «Kosmosnimki.Ru» в качестве одной из базовых карт. Доступны спутниковые мозаики Landsat (разрешение 15 м), IRS (5.8 м), а также детальные покрытия IKONOS (0.8  м) на территорию более 50 городов России.

рые не детектируются датчиками низкого разрешения. Наиболее высокой информативностью обладают изображения, полученные в коротковолновой части ИК-диапазона (SWIR, 1.58–1.75 мкм).

9

При проведении спутниковой съемки акватории Черного моря 24 июня обнаружено обширное пленочное загрязнение морской поверхности судового происхождения. На момент обнаружения пятно, имевшее сложную вытянутую форму, простиралось на 119 км в российском секторе Черного моря в 155 км от Новороссийска и частично захватывало также сектора Турции и Украины. Оценочная площадь пятна составила 320.5 кв. км.

10

Безопасность государства во многом зависит от способности его спецслужб сохранить в тайне секретную информацию. Российские органы настолько преуспели в этом искусстве, что без труда смогут удержать в безопасности границы «государственной тайны», расширенные даже на повседневную жизнь общества. РАПСИ: http://www.infosud.ru/incident_ publication/20110706/253546759.html.

8

Выполнена экспериментальная работа по обнаружению очагов пожаров низкой интенсивности из космоса. Полученные результаты позволяют говорить о возможности успешного применения сканеров высокого разрешения SPOT 4/5 для обнаружения пожаров малой интенсивности,  в  том числе торфяных, кото-

Интерфейс системы SCANEX ADPS: визуализация полученных продуктов ДЗЗ


В ритме ИТЦ «СКАНЭКС»

13

Проведена спутниковая съемка склада с боеприпасами в окрестностях города Абадан (Туркмения), где 7 июля произошел взрыв. Согласно спутниковым данным, склад близ Абадана разрушен, дымных шлейфов на снимке за 12 июля не наблюдаются, но отчетливо видны разрушенные хранилища и воронки от взорванных боеприпасов.

14 Пятна продуктов (отмечены красным контуром), детектированные 24 июня 2011 г. по данным RADARSAT-1

11

Оператор высокодетальных спутников дистанционного зондирования Земли — компания GeoEye (США) — и российский Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС» подписали долгосрочное соглашение о поставке высокодетальной спутниковой съемки на территорию более пятидесяти миллионов квадратных километров в интересах пользователей из России и сопредельных государств.

С целью ускорения развития отечественного рынка радиолокационной космической информации ИТЦ «СКАНЭКС» существенно снизил цены на изображения, принимаемые и обрабатываемые в России со спутников RADARSAT-1 и RADARSAT-2. Стоимость продуктов RADARSAT-1 снижена на 50%, а цены на изображения RADARSAT-2  — на 20%. Теперь стоимость снимков RADARSAT-1/2 в России ниже, чем при традиционной закупке готовых продуктов у дистрибьюторов из-за рубежа.

15

«Общественный доступ к космической информации, или На-

сколько эффективна гражданская космическая программа ДЗЗ?» Статья А.А. Кучейко: http://www.scanex.ru/ru/news/ News_Preview.asp?id=n780143.

16

Открыта новая версия вебсервиса спутникового мониторинга пожарной обстановки в России «Пожары — Космоснимки» (fires.kosmosnimki.ru). Одним из главных нововведений является добавление аналитической надстройки поверх базового алгоритма детектирования «горячих точек». Это позволяет объединять отдельные точки вероятных очагов в площадные пожары и в автоматическом режиме определять их вероятные границы.

17

Девятый арбитражный апелляционный суд 4 августа удовлетворил апелляционную жалобу ИТЦ «СКАНЭКС » об отмене решения Арбитражного суда г.  Москвы от 13 мая 2011 г. по делу о признании незаконным отказа Федерального космического агентства исключить особые условия из приложения к лицензии на осуществление вида космической

12

В 2011 году для спутникового мониторинга лесонарушений в России планируется использовать космические снимки, признанные Рослесхозом носителями «государственной тайны». По мнению экспертов, это приведет не только к практическому прекращению работы системы дистанционного мониторинга лесонарушений в России, но и существенно ограничит доступ к спутниковой съемке лесов работникам отрасли, в том числе тем, кто непосредственно отвечает за охрану лесов от незаконных рубок. Полит.ру: http://polit.ru/article/2011/07/08/forest/.

Склад боеприпасов близ г. Абадан, Туркмения. Справа: до взрыва, данные GoogleEarth. Слева: после взрыва, снимок EROS A, дата съемки 12 июля 2011 г. (© ImageSat, ИТЦ «СКАНЭКС»)

Выпуск 10 ▪  Лето 2011  ▪ 95


Разное

деятельности — приема и обработки информации, получаемой с космических аппаратов дистанционного зондирования Земли и обязать Федеральное космическое агентство исключить особые условия из приложения к указанной лицензии. Первоначально в  удовлетворении исковых требований ИТЦ «СКАНЭКС» было отказано полностью.

ком разрешении (0.5 м на пиксель), согласно приказу, который был подписан министром экономического развития Эльвирой Набиуллиной. Подробнее: http://www.scanex.ru/ru/news/ News_Preview.asp?id=n8413129.

20

Система мониторинга пожарной ситуации в России будет существенно усовершенствована. Соглашение о сотрудничестве с целью повышения эффективности мониторинга лесных пожаров заключили ИТЦ «СКАНЭКС» (Москва) и ООО «ДСК» (Нижний Новгород).

Базовое спутниковое покрытие «Kosmosnimki.Ru» теперь включает мозаику SPOT на территорию более 5 млн кв. км, покрывающую 14 субъектов Сибири и Дальнего Востока России, а также юго-западные районы Красноярского края. В начале августа спутниковое покрытие SPOT с разрешением 10 м размещено на ресурсе Kosmosnimki.Ru.

19

21

18

На портале Mnenia.ru опубликованы комментарии специалистов насчет планов Росреестра расширить работу с высокодетальными спутниковыми снимками. В ближайшее время все населенные пункты и сельхозугодия России должны быть сфотографированы в высо-

В ходе мониторинга нефтяных загрязнений Черного моря был обнаружен естественный источник нефти, находящийся в турецком секторе в 7 км от берега. Положение источника было определено на основе анализа нефтяных пятен, обнаруженных на

14 разновременных радиолокационных изображениях ENVISAT и RADARSAT-1, полученных в период 2003–2011 гг.

22

Компания Astrium GEOInformation Services и корпорация MDA стали серебряными спонсорами 5-й Международной конференции «Земля из космоса — наиболее эффективные решения». Конференция состоится в период 29 ноября–1 декабря 2011 г. в подмосковном комплексе «Ватутинки».

23

На Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2011 компании «Геонавигатор» и ИТЦ «СКАНЭКС» представили программный продукт «Информационная система 3D-геомоделирования». Система предназначена для автоматизированной работы с банком данных космических снимков и сопряжения с внешними источниками геопространственной информации.

24

Подведены итоги первого этапа проекта по спутниковому мониторингу нефтяных загрязнений в северной части Каспийского моря в 2011  г. Мониторинг проводится с целью обнаружения пленочных загрязнений морской поверхности Северного Каспия, в том числе нефтью и нефтепродуктами, и определения возможных источников загрязнений в период обустройства и эксплуатации производственного объекта на месторождении им. Ю. Корчагина. Подробнее: http://www.scanex.ru/ru/ news/News_Preview.asp?id=n905122.

25 Интерфейс сервиса «Космоснимки — Пожары» с видеокамерами системы «Лесной дозор» (слой с видеокамерами работает в тестовом режиме)

96 ▪ Земля из космоса

Компания «СКАНЭКС» приглашает всех желающих принять участие в осеннем цикле учебных курсов по обработке спутниковых снимков. Обучение проведут ведущие специалисты компании с 12 по 30 сентября и с 3 по 21 октября 2011 г.. Подробнее: http://www.scanex.ru/ru/education/ index.html.


Земля из Космоса: наиболее эффективные решения. - 2011. - Вып. 10