Красноярские ученые рассказали зачем зондировать почву в Арктике

28.03.2018

На севере Красноярского края уже несколько лет наблюдаются таяния ледников: береговая линия Карского моря, омывающего берега полуострова Таймыр, каждый год отступает на 2-4 метра. Для того, чтобы своевременно ликвидировать последствия потепления, необходимо уметь их прогнозировать. Этим занимаются в лаборатории радиофизики дистанционного зондирования в Институте физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН.

«В лаборатории мы разрабатываем спутниковую информационную технологию мониторинга состояния арктической тундры под воздействием глобальных изменений климата. В качестве индикаторов состояния арктической экосистемы выбраны два параметра – температура и влажность поверхностной части почвы, которые являются одними из 50-ти важнейших климатических переменных, рекомендованных для измерений всемирной метеорологической организацией», — рассказал заведующий лабораторией Константин Музалевский. Дистанционное зондирование температуры и влажности почвы — это наблюдение за температурой и влажностью поверхности почвы с помощью полученных данных со спутника. Спутниковые данные представляются в виде карт радиояркостных температур, напоминающих фотографии, каждый пиксел которых имеет привязку к конкретной координате исследуемой местности. Применяя разработанные нами алгоритмы можно перейти от величины радиояркостной температуры – от цвета и интенсивности пиксела, к температуре и влажности в каждой точке снимка. Систематический сбор данных дает возможность в долгосрочной перспективе прогнозировать и предотвращать экологические, геологические, техногенные катастрофы в Арктике.

«Проект нашей лаборатории называется «Разработка фундаментальных основ информационной технологии дистанционного зондирования температуры и влажности тундровых почв, на основе радиометрических данных гидрометеорологических спутников серии «Метеор-М»». На данный момент современные спутники американского, японского и других зарубежных агентств не предоставляют точные данные по температуре и влажности почвы арктических зон. На севере и в арктической зоне специализированных почвенно-климатических метеостанций ничтожно мало. Более того, погрешность получаемых сведений слишком велика, поскольку существующие инструменты обладают недостаточной точностью и недостаточной частотой повторения съемки. Нам пришла идея использовать отечественный спутник «Метеор-М», предназначенный для измерения влажности и температуры атмосферы, в новых целях: для получения информации по влажности и температуре почвы», — добавил ученый. Для исследований выбран Таймыр. Он является ключевым регионом, обеспечивающим более 55% промышленной продукции края. В результате развития промышленных центров нефтегазодобычи, угольной и металлургической промышленности роль полуострова как ресурсного центра будет только возрастать.

Однако глобальные изменения климата уже в среднесрочной перспективе влекут за собой большие риски возникновения экстремальных природных явлений и связанных с ними опасных техногенных аварий на территории Северного макрорайона края. Что может быть страшнее неконтролируемого взрыва или выхода на поверхность газа метана, который был скоплен в пластах Земли, подобно тем, что произошли на полуострове Ямал? Еще серьёзней, если катастрофа произойдёт под каким-нибудь зданием. Также в некоторых местах Таймыра находятся аэропорты, железные дорогие и другие транспортные развязки. Таким образом, исследование данных территорий является необходимым для обеспечения безопасности инфраструктуры северных территорий.

«Главная функция спутника «Метеор-М» – сканирование атмосферы. Мы проверили возможность с его помощью сканировать верхние слои почвы. Во многих спутниках используется система эхолокации: когда со спутника посылается сигнал, и выводы строятся на основе того, как сигнал отразился от поверхности. На космическом аппарате «Метеор-М» установлен радиометр МТВЗА-ГЯ: прибор улавливает собственное радиотепловое излучение поверхности Земли», — пояснил Константин Музалевский.

Отработка и тестирование создаваемых спутниковых продуктов проходит на полуострове Таймыр в районе города Норильск. Данные точки выбраны в силу легкой транспортной доступности тундровых территорий из Красноярска. Первые результаты тестирования созданных алгоритмов и методов нескольких тундровых участков позволяют с уверенностью говорить, что на текущем этапе реализации исследований величины влажности и температуры почвы, которые восстанавливаются на основе данных отечественного спутника, не уступают по точности лучшим спутниковым информационным продуктам для средней полосы агентства (ESA) и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA).

«Помимо того, что мы получали информацию со спутника, нам также удалось произвести подтверждение её достоверности: мы сравнили полученные сведения с более точными данными метеостанции на Таймыре, установленной нами совместно с научно-исследовательским институтом сельского хозяйства и экологии Арктики – филиалом ФИЦ КНЦ СО РАН», — добавил заведующий лабораторией.

Результаты исследований, демонстрирующие дополнительные возможности радиометра МТВЗА-ГЯ по измерению влажности и температуры поверхности суши в арктическом регионе, будут переданы официальному партнеру исследования – сибирскому филиалу НИЦ «Планета» города Новосибирска. В рамках реализации проекта с данным центром был заключен договор в целях расширения и укрепления сотрудничества при проведении научно-исследовательских работ и практическому применению в НИЦ «Планета» результатов исследования. Спутниковый информационный продукт может существенно дополнить недостающие данные сети метеостанций в арктическом регионе при создании климатических моделей, являющихся главным инструментом прогнозирования, исследования изменений и особенностей климата.

Автор публикации: Екатерина Бурчевская