Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Фотогеодезический мониторинг горных ледников

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Фотогеодезический мониторинг горных ледников"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

На правах рукописи 7ДК 551.324; 528.46+528.74

ЦВЕТКОВ Диитрий Георгиевич ФОТОГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГОРНЫХ ЛДЦНИКСВ

Гвдрологкя суш, водные ресурсы, гидрохимия /11.00.07/

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени давдвдата географических наук в форме научного доклада

Москва - 1990

Работа выполнена в Институте географзи АН СССР

Офзцпапышз оппонента: ,

доктор географических наук Ю.Ф.Кишшиков доктор географических наук Е.СДсоев

Ведущая организация: ■

Инстаяут географии АН Казахской ССР

Задета диссертации в форке научного доклада состоится н23"и>о\<<х 1590 г. в 10часов на заседании спецааяиэвро-вшп-юго совета Д.003.19,03 при Институте география АН СССР, 109017, Москва, Староконетшй пер., д.29.

С диссертацией в форме научного доклада могно ознако-шться в библиотеке ИвстЕгута географии АН СССР

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просил направлять по указанному адресу ученому секретарю созета

Доклад разослан "25" мая 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат географических наук .

Г,М.Николаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ь и задачи работы. Разработка научных и методических основ эгеодезяческого мониторинга горных ледников как системы деле-эавленянх планомерных повторных фотограмметрических н геоде-гскжх съемок для оценки и анализа изменений размеров, Форш ¡зкз ледников иа локальном и региональном уровнях. Примете-данных фотогеодезического мониторинга доя изучения мехашз» и причин колебаний ледников, определения балансовых характе-гпк, прогноза л реконструкции их размеров и фор:ш.

гатагость теш определяется потребностями глядЕОлопиесксй *=.-.<.-л праг:т21С1 з достаточном обьеыо знсокотс-гной и надежно-"! ;:л-гззда о гесметряческпх и канегжютеокях параметрах горнгсс лсд,-->в я их язионеюл во времена дая форкпрзЕзшт баз яакнюс зыя-хогячеекпх жформздаовша спегза и ревеки научнцх и пускаая-задач глядаологеи. Настоящее иооледованпа поправлено тавхе ювшеняе качества государственных топографэтссквх карт раЯе-горного оледенения страна, которые г, результате долены стать, еду с материалами дистанционного соядероватаг, глазной гнформз-иой базой шрокомасштабного мониторинга ледников, обэспеч;ша-'о решение региональных и глсбалыпас гляцсологотесшсс задач.

>дика исследований и фактический материал. И методическом стихии исследования автора являются развитием работ отечествен-п зарубезных ученых фотогеодезистов-гляшгслогов Г.А.Авсюка, КшшнккоЕа, С.Финстервалъдера, Р.$шстервальдера к др. и ос-вавтоа на кинематической теории ледников, оснсгоюлсянюсом рой у нас в стране является П. АЛуысж&.

Работа базируется на оригинальном фактическим матеоааде -шс геодезических измерений скорости движения льда и перемеще-|изкческой и изохронной поверхностей, определения по/огення

кинематической граница питаний и основных касо-балансовнх характеристик, фототеодолитншс съемках дая составления крунномас-шгабнкх жарт ледников, выполненных автором в 1959-1333 гг. на ледниках Полярного Урала, Камчатки, Корякского нагорья, Памира и результатах фотограмметрической обработки аэрофото съемок, как имеющая /ведомственных/, таге и специально организованных автором аа Полярно:,; Урале к Паадре. Основные исследования выполнялись на ледниках с существенными различиями в динамической устойчивости е размерах: на малых /каровых/ й пульсирующих ледниках. Фотогеодезтескай мониторинг всех другая, "прометуючных" типов ледников может базироваться на принципах и катодах, разработанных дая этих двух крайних вариантов.

В настодах исследованиях использовались таксе результаты работы автора из области геоморфология /Крш и Тянь-Шань/, связанные о картографированием по материала'»: повторных аэрс- и фо~ тотеодолятннх съемок изиензний рельефа горных салонов и оврагов вследствие эндогенных и экзогенных процессов, в которых разработана методы оценка, точности определения изменений высоты поверхности.

Научная новизна результатов.

I. Разработана принципы и проградаы фотогеодезпческого мониторинга- горных ледников дая научных и прикладных задач:

- обоснован набор геометрических; и кинематических параметров, необходимо: дэд комплексных исследований механизмов и причин колебаний ледников;

- предложены программы организации и проведения наземного фо» «геодезического мониторинга на эталонных ледниках и аэротопографического - для наблюдений за колебаниями отдельных ледников и их груш, в том' числе дая прогноза подвижек пульсирующих ледников;

- сформулированы требования гляциологии к информативности и учности топокарт кивалько-гляциального пояса как исходной базы эгаонального мониторинга колебаний ледников и гляциологической зформационной системы.

2. Разработаны методики фотогеодезического мониторинга горне ледников применительно к различным задачам и объектам:

- теоретически обоснован способ детальной сетки для опраде-энея изменений высоты поверхности, объема и массы горных лед-шов, предложены метода оценки точности этих параметров;

«• разработаны реечно-геодезический и топо«6 авансовый способы гределения скорости движения льда и перемещения изохронной и гаичеокой поверхностей ледников для анализа колебаний и получе-■я масс-балансовнх характеристик по фотогеодезячесгам данным;

«• предложены рекомендации и практические мероприятия по по-шению качества государственного картографирования районов гор-то оледенения.

3. На основе применения разработанных принципов и методяк лучены новые гляциологические результаты:

~ установлены закономерности и особенности современной эволю-и ледников Полярного Урата » относительная стабильность процес-в внутреннего массообмена, определявшая зависимость колебаний дников от баланса массы; большая скорость деградации областей етики ледников па сравнению о областями аккумуляции;

- на основе анализа синхронных полей основных кинематических ->актсрлсткк поверхности ледника Обручева на Полярном Урале, ш>-(Ггнных по материалам многолетних фотогеодезических наблюдений, тлены механизм и причины его колебаний, усовершенствована тео-[ колебаний ледников, введены новые фундаментальные понятия;

- впервые в практике мировой гляциологии с помощью повторных ^съемок, проводившихся по специально разработанной програюю,

дан прогноз развития подвижки пульсирующего ледника Медвежьего

на Западном Памире.

Приведенные вше результаты получены диссертантом самосто. ятельно. Они базируются на личном участии в качестве отватстве: ного исполнителя или научного руководителя в полевых нссяедова киях, камеральной обработке, обобщении и научном анализе экспе рдаентального материала, а такке в научно-методических разрабо ках. Во всех работах, написанных в соавторстведиссертанту по ностью принадлежат разделы но" фотогеодезической методике, а во многих случаях - по интерпретации полученных материалов и науч ноыу анализу;'

Практическое значение и внедрение результатов. Полученные результаты и методические разработки создают основу производственного фотогеодезичеокого мониторинга для решения задач, связанных в первую очередь с прогнозом эволюции горных ледников, ледникового стока, .воздействием их изменений на окружающую сре ду; Научные и методические разработки по картографированию и фотограмметрическому.определенна изменений объемов, размеров л Форш ледников является основой дая перехода от наземных наблк дений на отдельных ледниках к дистанционным масс-балансовым из мерениям по материалам повторных аэрофотосъемок для целых ледниковых районов. Методика аэротопогра^ичеокого мониторинга пульсирующих ледников дает возможность оценки их состояния и one рахивного прогноза подаиаек с цель» предотвращения неблагоприятных последствий.

Фактические материалы, полученные самостоятельно и в соав торстве, использованы в Гляциологическом словаре, Атласе Аркти яи» Атласе снежно-дедовых ресурсов мира. Методические разработ ки по различным аспектам фотогеодезического мониторинга иоголь зовались гляциологами учрездений АН СССР, Госкомгидромета и др

изучении колебаний ледников ¡Думского, Туюксу, Карабаткак, а кавказоких ледников и др» Методические вопроса фотогеоде» еских наблюдений вошли в 'Оояовяие положения по организации роведениго наблюдений за' колебаниями ледников" и в "Кнстру» о. по соотавлэниз каталога пульсирувдих ледников".

Предложения по улучшекээ гляциологической нагрузки на то-артах бшш изложены з вдкле учебных лекций на организован» по инициативе автора специальных школах-семинарах: "В се со-ых курсах по повышений кваигфжацни гляциологов в области

0 геодезии, Тбилиси, 1232 г. и^оле^сс'жнаре по проблемам ографического картографирования лздников для работников огеодезичеекпк предприятий ГШ СССР, круизе, 1937 г,

обтрщ. Работы автора докладывались и обсувдаяись на Медду® одном1 симпозиума по "колобашки ледников, А.таа-А'га, 1876 г.; Всесовзнон гляциологическом сшлтозпутле, Томен, 1930 г.; сии Отделения океанологии, фтэшп атмосфера и географии АН Р, Москва, 1973 г0; веоти рабочих совещаниях Секции гляцко® ни МПС АН СССР в 1977-1539 гт.£ четырех всесоюзных глядло» етеских г^олах-^сешшарах в 1973-1989 гг;; на иногих засола» г отдела гляциологии ИГАН СССР.

гакашга. Диссертантом опубллпозаио около 40 научных работ, зчая работы в соавторстве. К защите представляются 22 ра-

1 /две из них сданы в печать/, наиболее полно раскрывающие 5лет защита. Их обгдЗ объем составляет 22 печатных листа, рографическяЁ материал включает два опубликованных топояле» голярно«уральских ледников Обручева и ИГАН в касатабе I:

)0 и многочисленный картографический материал по колобшшк шков. Ряд карт автора воппга в Атлас Арктики и Атлас снеано-шых ресурсов мира.

- 8 -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Предметом защити являются разработанные автором научные и методические основы фотогеодезичесяого мониторинга горных ледников - системы целенаправленного и эффективного получения исходной информации о геометрических параметрах ледников и их изменении во времени. Термин "фотогеодезическнй" включает в себя геодезические измерения, фотограмметрические съемки, топографическое картографирование и таким образом отражает методическую базу мониторинга.

Проблема изучения колебаний ледников всегда была и остается важной и сложной. Неомотря на определенные достижения в области теории и моделирования эволюции ледников, расчетных методов прогноза и реконструкции их формы, размеров и режима, натур-нне наблюдения не только не потеряли своей актуальности, ко и приобретают все большее значение. Это особенно относится к фотогеодезическим мзтодам - как наземным, так и дистанционным. Причем по маре вое большего хозяйственного освоения нивально-гляци-ального пояса, предгорий и аридных территорий, практического решения гляциологических задач регионального и глобального уровней, развития информационных систем вес дистанционной /аэрокосми-чеокой/ информации будет возрастать»

Концептуальным проблемам мониторинга окружающей среды, основанного на результатах дистанционного зондирования и формирующегося в отдельное научно-производственное направление, посвящены работы Ю.А.Израаля /1979/, А.М.Берлян-га /1982, 1986/, И.П.Герасимова и Б.М.Котлякова /1983/, С.А.Оладкопевцева и А.И.Литва-ка /1968/ и другие. Фотогеодезический мониторинг горных ледников в этом аспекте мы рассматриваем как систему наблюдений, основанную на современных гляциологических знаниях и средствах получения исходной информации, которая в будущем составит часть едино-

- в -

азро космиче с кого шпиторинга окружающей среда.

В качестве самостоятельной системы фотогеодезическнй мош-инг горных ледников может быть представлен блок-схемой свя~ ■щх между собой задет, принципов, программ, методов получе-и обработки первичной информации для трех основных уровней недований: локального, регионального и глобального /табл.1/.

Таблица I

. 4ОТ0ГЕ01ЕЗИЧЕСКИЙ МОНШОКЯГ rÖfHVX ЛЕД ТИКОВ

Задачи Принципы Методы Информация

..Движение лыха. .Контроль баланса массы. .Механиои л причины колйбания ледника. .Прогноз лоцоижки лульсир. лепнука. Измерение колебаний высоты поверхности, границы ледника и скорости движения льда по всей изучаемой плоадапи эталонных ледников. 1.Наземные: геодеа«я и фототеодолитнан сье'ика. 2. Аэрофот ос ьёмка /в т.ч. фотограмметрическая сьемка с вертолета/. 1 .Таблицы, карты к графики составля*>-дих вектора скорости движения льда и изменения высоты поверхности» 2.Тогохарты, ШМ.

.Причины к закономерности изменения яег.никовоЯ системы, района оледенении, .Выявление активизирующихся л? лнмков. .Определение изменения обьёча ледников Определение иоиеке-«и Я формы, размеров, объёмов и положения отдельных оленентев поверхности всех ияя большинства ледников района. 1 .Аэрофотосъёмка. 2 .Государственные топокарты. Э.Крупномасштабная космическая с ы»мка ¿t.На земные кия колебаний концов лецнйков. 1 »Таблицы , карты и графики изменения высоты поверхности, сОьема, площади, длины и др .показателей колебаний. 2.Топемцрты, циЗро-вчз мощгл-! иестн.

.Причины и закономерности юменвкия оледенения Земли. .Выявление к контроль лецккковыу аномалий. Фиксация плановых изменений ледников /а возможным приэле-чениеи высотных характеристик/ на обширных территориях, Космическая ?ото-сьскка крупных и средних масштабов. Авт оиаткзкров&нная обработка космических снимков. 1 .От'яеажфрироаак-ныа'снимки, 2.'4">топланы с иа-ме ме ни кии пе дников Таблицы.

В настоящей работе рассматриваатсл два первых уровня с т-»эовашем наземных фогогеодезических методов и аэрофотооъем-схема глобального мониторинга основана на аэрокосг.агсескнг >дах получения информации.

I. Основным принципом Фогогеоцезического мониторинга гоп-ледяшгав является периодическая фиксация изменений их внеш-/физической/поверхности [6, 7, 8, 12, 17]. П.А.ЩумсяиЯ 8/ отмечал, что пространственное положение физической поверх ти ледника на данный момент времени, определяя однозначно размеры и форму, одновременно отражает решим ледника, а ход нений во времени /юга кинематика/ поверхности всего деднвка ется наиболее полноценной геометрической характеристикой

его колебаний. Поэтому в основу фотогеодезического мониторинга положен принцип повторных /многократных, многолетних/ набладе-нийза геометрическими в кинематическими параметрами ледников, необходимыми в достаточными для решения конкретных задач.

Основные кинематические характеристики и их соотношения, впервые систематизированные и исследованные в [б, 7] на основе детальных многолетних наблидекий, проведенных автором на ледниках Полярного Урала, показаны на рис.1.

хМ

\

—1-

/ 3*-

ЕЗ %

а*

В

Рис.1. Принципиальная схема кинематики поверхности ледника: а - в точке, б - по продольному профилю /линии тока/, в -по площади /изотахи % , алв ц/год/; д^и горизонтальная и вертикальная составляющие вектора скорости движения льда V ^ - скорость перемещения /изменения высоты/ физической поверхности 5 ; ггк «. скорость перемещения изохронной поверхности Р или скорость изменения высоты физической поверхности за счет Движения лада /внутреннего массообмена/; аа - скорость перемещения физической поверхности относительно изохронной или скорость изменения высоты физической поверхности за счет аккумуля-ции-абляодш /внешнего массообмена/; А - угол наклона поверхности ледника в направлении движения.

На рис.1а схематически представлены соотношения вертикаль-ах компонент скорости перемещения изохронной и физической по-зрхностей вследствие движения лада /'»Гцг^-^-Ц А - / и аккуму-щии-абляции /а^б,-^ / [17]. Пример относится к облаоти аб-щии ледника. На рис.1б,в показаны общие закономерности рас-ределения величин ДГ& , и а.х вдоль линии тока и по площади вдника.

Наш установлено, что по направлении вектора скорости дви-зния льда относительно поверхности ледник в целом подразделятся на две кинематические области: питания, где V входит в здник и и"н<0 , и абляции, где Ъ- выходит из ледника и >0 . ания, разделяющая эти области, названа кинематической /ыного-гтней/ границей питания; на ряс'Лв - это изотаха Ун= 0 , где г параллелен поверхности ледника [б,

Таким образом, для любой точки поверхности ледника справедливо векторное уравнение гг4= оа ^ или в конечных отрезах /за произвольное время/ - дЦ= к+А , где:, .=■ , . Отсюда следует, что любая из этих

эех величин может быть получена по двум извеотнш /наблюденным ш рассчитанным/.

Для случая стационарности формы и размеров ледника, т.е* ш , поле является зеркальным отражением поля аа

| знаку и величине в лгхЗой точке его поверхности /кривнэ I на [с.1б/| в реальности это соответствие не соблюдается, что и ¡уеловливает колебания ледников. Исследование соотношений ^ с^ дает возможность определить причины колебаний, установить ; вид - вынужденные колебания или автоколебания. Так, из рис. следует, что фактической причиной изменения высоты поверхно-и ледника является ухудшение внешних условий /кривые 2/.

Наиболее полную и контролируемую информацию для изучения

кояобаый асдшЕкоа дс®э поля разлсчжнх геоиетрзчеокзк к кенеш-гачеоюсс харэдиергзгая. На рас Л в цравзден щшер поегроевая ш лаЗ сварного поля % по данккы геодезЕчесюо: а бал:

наззкх пгкэрзннй па ледшга Обручева за 1563/69 банансоваЗ год, Наряду е ЕПС02ЩШ гагнсштагаесЕка харантергстгкйш, кот©« рао везут в сабе основкув Евфориаца» о зшсовшаразс'таг солеба» нгЗ ледшасоа, гаар роль для расчетов п анализа киса? за юс ел г новые гараотерясяиш: - площадь леднкка гла его часта на дату оьеагаи "Ь , й5 •» шивнеше шгоцадп за интервал аЬ , ~ "сг: вмещенная" площадь» иякдаьзуемая дта вычпогенга изменений объема ¿V [143 ледника за интервал

Таю» образом, суть вогсхеодезнтеокого конгжорлага состав« яшг повторные ТОЕОграфичеекке сьс;_:о: поверхности ледников и не блэдензя за двикэшкгл льда, а погмзнсваннке нгге высотные п иле новые ха^аетораотЕКй ледгшсов г ах кслебазаШ язляяягоя ссковзой его шф-эриацЕонЕОй базой. Вид, проотранствешо'-зрецекная полнота и точность требукзихся данных додзны находиться ь соответсзч век с задачам?. и обгекггиа исследования, чзо в совояушюсти определяй« вид е прогршцу $о«огводеззяесгах наблюдений. Так, в задачах по изучеюпз дахашшга и прлчня яояебсязй эталонных ледников предусматривается в основном наземный фотогеодезический мониторинг [з, 4, 6, 8, 12, 13, 173, а 3 сяучаях наблюдения труднодоступных объектов, например пульсирующих ледников в спадал еодвзшш, его аэрстопографггческа! варнант [ 15, 20, 21].

Дня рекенш задач ка региональном уровне /см. табл.1/ про-грашы фотогеодезяческого мониторинга должны предусматривать территориальный охват, получение кассового /статистического/ ш териала о колебаниях ледников. Наиболее целесообразна в данном случае повторная аэротопографическая съемка с последующей картографической шш цифровой обработкой и получением в первую сче-

редь полей дН » валичинлУ и другая гоонетрпческах и яшзяатп-

чесют характеристик, Для изучения ссвре?дешшх тзэдетггД гзо-лпда горкого оладенеяда и.выявления связзй о гокзненвем ялп® ¡;ага таете сьецкз желательно проводить через 5-15 лог, по ззе-когсиоста з cpoiai, согласовании о райотш.яз по сбясвлзнгз государственных топокарт МЕйпггабсз 1г25 ООО •*• ï:50 ООО [¡2, о]. Региональные задача глоглн бн рспаться с помощью государетзенннх топографических карт крупных, масштабов - кл-зхщхся, обновляз» них и вновь составляема:. Однако атдтелышй адаетз суп^стауг»-енх топографических карт Ексогагорнох районов показая, что по точности л яг$ор"зтавБСстн онз не удовлетворяв? требования:!, необхогвкни для ресеаия зада* голвбанзй ладаякоэ. Б связи а этзш был прэдаоаен ряд кзр го улучгакпэ качества ïonoipa$24oc-кйх карт п сформулирована оснсвшэ требования к ©тобразеппз па кях деднякоз и других элевгентоэ яазалыю-глдайгьпеа назрузаа [l9, 22Jp а ':cszz ах з&чеяешгЗ па тгг.'атпчеензх партах [lo].

йотогеодезпческяЗ »гонтгертшт глобального уровня прздпола~ газт гароко© использование катзриалов косаяческкя състк з гля-цгологаи.я в пзрвув очередь яри наблвдзнняг за колебажага пга» новых размеров ледгшжв,

П. Система методов ¡дзтогеедездчеокого мониторинга вгагсчает: а/ наблюдения - геодезические измерения и фо'тогракметрзчейкзе съе;,ш1 и б/ аналитическое я картографическое получение- неходкой геометрической л гайеуатпчееяоа стформаазп о колебаниях' лзднг-яов. Эти вопроса в той или иной мере освещена в- яаздой из представленных к защите работ. Разработанные или усовершенствован® кие автором методики фотогеодезичеокого мониторинга яасазтся в основном трех групп гляциологически задач: I/ опрзделенвд из® мененй форш, размеров з объема горных ледников [2» 3, 8,- II,

14, 18, 21] ; 2/ определения параметров движения льда и перемещения поверхности ледников за счет внутреннего маосообмена [б, 7, 8, II, 12, 13, 14, 17] ; 3/ определения характеристик внешнего массообмена [з, 4, 17, 18] .

Традиционные геодезические метода, наземная стереофотограи-метрическая /фототеодолитная/ и аэротопографическая съемки были приспособлены к специфическим условиям работ на горных ледниках и стереосъемок заснеженных поверхностей [1-9, 18, 16, 17, 21]. Во всех случаях осуществлялись контроль и оценка точности получаемых результатов, ибо в гляциологии еще и сейчас нередки случаи, когда, как отмечал Г.А.Авсек /1948/, ошибки измерений принимаются за иогинные величины изменений. В связи с этим был специально разработан ряд способов контроля и оценки точности топопланов, особенно их выоотной части [2, 3}, а также определения изменений высоты поверхности в отдельной точке /дН £. / и в среднем по площади /АН / [2 - 6, 9, 18}.

Определение изменения объемов /йУ / горных ледников - одна из главных задач динамической и балансовой гляциологии. Как показали исследования автора, метод определения д V по формуле йН • , где "совмещенная" площадь /см. выше/, который основан на так называемой детальной сетке, предложенной Г.А.Авою-ком /1948/, является оптимальным [2]. При всей своей простоте этот метод, во-первых, дает возможность построения поля дН и тем самым исследования характера изменений /колебаний/ физической поверхности ледника, во-вторых, позволяет автоматизировать сбор точечной информации /а'^-Н^Н^ / для вычисления дН=£дН1Д| , где N - число точек Ь - узлов детальной сетки, в-третьих, дает возможность объективной оценки точности определения дН шш дУ . Анализ показал, что по повторным фототеодолитным съемкам в масштабах 1:2 ООО - 1:5 ООО малых ледников /Полярный Урал/ с помо-

щью сетки со стороной 50 м на местности можно определять ¿Н с точностью ± 0,2 ♦ 0,4 м. Такой же порядок значений_ошбок приводит В.Г.Ходаков /1978/ дай годового баланса массн 6„ , определяемого стандартным гляциологическим способом. Следовательно, фотогеодезический метод получения дН(лУ) , являяоь контрольным для эталонны* ледников, на которых ведутся гляциологические исследования баланса массы, может использоваться и в качестве самостоятельного, особенно для труднодоотупных ледников. Данный метод нашел широкое применение в отечественной гляциологической практике, рекомендован к использованию в национальной программе наблюдений за колебаниями ледников 1973 г. [.83г

Основным средством получения данных дН;,, дН ,дУ и других геометрических и кинематических характеристик для труднодоступных и пульсирующих ледников должна стать повторная аэрофотосъемка с последующей отереофотограшвтрической обработкой и получением результатов в виде топопланов или цифровых моделей местности. Исследованиями установлено, что при масштабах аэрофотосъемок 1:15 ООО - 1:30 ООО возможно определение дН^, со средней ява-дратической ошибкой около ± I + 2 и, причем точность повышается почти в два раза при переходе от картографического к аналитическому методу обработки [2, 8, 9, 21]'?

Опыт работ МГУ, Киргизского АШ и автора убедительно показал, что специально заказанные аэросъемки, в том числе с вертолета, не требуют чрезмерных финансовых затрат, не говоря о практически бесплатных уже имеющихся /ведомственных/ аэросъемках. Например, аэрофотосъемка высокогорного района оледенения площадь53 I тыс. км2 в маошгабв 1:20 ООО - 1:30 ООО стоит примерно столько же, сколько стоит работа полевого фототеодолитного отряда в течение одного-двух месяцев лишь на нескольких ледниках. Методика фотогеодезического определения параметров движения

льда и перемещения поверхности ледника разработана для задач изучения механизма и причин колэбаний на примере ледника Обручева [б]. Однако эта методика пригодна и дня других ледников, вклхтая пульсирующие [13, 16, 17]»

Из рио. 1:а вытекает, что для натурного определения Ух , и аг , а следовательно и ^ , необходима маркировка ледника забуренными'в лед искусственными знаками /рейки, провода/. Ее- . теотвенные контуры /камни, трещишь/ или искусственные марки, положенные на поверхность, для определения и не могут быть попользованы.

Полученные координаты X , У , Н скоростных точек на датк t , углы наклона поверхности <£ и величина аккумуляцкн«абля~ ции а-3 в точках измерений является исходника для построения графических полей разнообразных кинематических характеристик,, графиков их изменения и другой необходимой рдя изучения колебаний ледников аналитической и графической информации [б, 7, 8].

Автором исследованы возможности получения полей ЛГ^ двумя методам: реечно-геодезическим и топо-балансовьш [173« Первый из них основан на формуле , т.е. на данных измере-

ний компонент вектора скорости льда и угла наклона поверхности ледника.. Второй метод базируется на формуле

где получают из двух смекных топосъемсж, не требующих обязательной маркировки; в случае разработки расчетного способа построения полей а2 , топо-баланоовнй метод определения % может стать дистанционным. Ошибок, связанных с определением утла ы [17];можно избегать, если воспользоваться предложениями К.Г. Макаревича и А.К.Макаревича /1979/.

Ботогеодезический метод получения поля позволяет оперативно /например, за сезон, год/ определять положение средней многолетней границы питания, т.е. кинематической границы - изо-

тага [7, 17], что показано также в работе НЛ.Зверковой, А.Н.Кренке, Л.П.Черновой/1962/. На основе полей ОГи. возмонно быстрое и точное определение колебаний расхода льда через любой профиль ледника, выявление кинематических волн и других за» кономерностей внутреннего массообмена [7, 17]«

Фотогеодезический метод определения характеристик внешнего массообмена ледников базируется на формуле 'Ог(,+аг/см.рис,1/, решаемой относительно СЦ. Из этой формулы, во-первых, следует, что определение изменения объема дV или массы дМ за любой промежуток времени д! для ледника в целом возможно на основе лишь двух топосъекок, так как • Во-вторых, для определен

ния ал в любой точке или части ледника необходимо иметь одновременные данные о ^ и Такой метод фотогеодезического определения баланса массы может быть использован для ледников с уо» тойчивым во времени или контролируемым полем и^. В обоих случаях для перехода от изменения объема ¿V к изменению массы требуется знание плотности р , которое для непосещаемых ледников придется получать расчетным способом [18]. Учет условий фотограмметрических съемок заснеженных поверхностей [4] дает возможность рекомендовать даннуп методику для дистанционных определений снегонакопления на ледниках.

• Таким образом, разработанные и усовершенствованные автором методы-фотогеодезического мониторинга позволяет определить все основные параметры кинематики и баланса массы ледников.

21« Основные гляциологические результаты, полученные с применением различных видов и методов фотогеодезического мониторинга, мы объединили в три группы.

I. На основе детальных многолетних геодезических наблюдений за движением льда и кинематикой поверхности ледников Обручева и ИГАН /Полярный Урал/ [7, II, 18] установлено, что они

движутся путем квазивязкого течения, что вытекает из конфигурации поле! горизонтальной составляющей вектора скорости льда

Рис.2. Движение ледников ИГАН и Обручева в IS60-IS8I гг.: осредненные поля годовой скорости движения льда V*. и изохронной поверхности /изотахи, ы/год/ ледников ИГА11 /а/ и Обручева /б/; колебания величин , Vk в точках А, Б, В и удельного годового баланса Ь„ на ледниках Обручева /в/ и ИГАН /г/.

Поле скорости изохронной поверхности V^, отражая в целом асимметрию распределения аккуыуляции-абляцви по площади ледника /см. рис. 1в/, отличается значительно меньшей изменчивостью во времени, чем поле а2 , а кинематическая граница питания занимает постоянное положение в плане е колебаниями не более ¿ 25 ы на протяжении всего периода исследований /с 1953 г./. Анализ колебаний Vxn в точках А, Б, В на ледниках Обручева и ИРАН /рис. 2в,г/ за все время наземных наблюдений показывает, что яедвдкн подвержена вынужденным колебаниям, в которых определяющими являются-колебания баланса массы.

2. Многократные повторные фототеодолитные и аэрофотосъемки ледников Полярного Урала в течение I953-I98I гг. позволили получить количественные характеристики эволюции современного оледенения данного региона, выявить закономерности колебаний формы п размеров ледников /рис. 3, А/ [?, II, 14, 18].

Установлена общая деградация оледенения Полярного Урала за I953-IS8I гг. Средняя годовая скорость удельного изменения мае-

__—1

-ТоО"*' Ш1Ш0а

—Ю- 3 ШИЗ'

-м • * V 010

______

___ •—11

5"

Рис. 3. Изменение ледников Полярного Урала: ИГАН /а/, Обручева /б/ и М1У /в/ за 1953-1981 гг.; I - граница ледника в 1953 г. /прерывистая/ и в 1581 г. /сплошная линия/; 2 - горизонталь в 1953 г. /прерывистая/ и в 1381 г. /сплошная линяя/; 3 - изометагзпоа в метрах; 4 ~ экстрскапьные значения изизнещм выботы поверхности в изтраз; 5 - кинеиатическая граница питания; 6 - граница медцу каровой и прискяоновой частями на леднике ИГАН; 7 - ледораздел на леднике ИГАН; 8 « озеро в 1953 г,; 9 «• озеро в 1381 г.; 10 - снежник; II - граница корены с мертвым льдом; 12 «• гребень моренного вала. ____

ХйМ А®8ни1< Обручева

Рис. 4. Кумулятивные кривые изменения кассы дМ, 103т /I, 3, 5/ и площади д5 , Ю3м^ /2, 4, 6/ на годы фотограшетричее-. ких съемок в 1953-1981 гг. для ледников в целом /I, 2/, кияена-тических областей абляции /а, 4/ и областей питания /5, 6/.

сы лт., вычисленная на основе данных об изменении высоты поверхности за этот период, для каровых ледников Обручева, ИГАН и МГУ составила соответственно -37, «43 и -56 г/(см^> год). Выборочные исследования показали, что ледники Обручева и ИГАН по этому параметру репрезентативны для большинства других каровых ледников Полярного Урала. Деградация присклоновых ледников за это время происходила со скоростью, в 4-6 раз меньшей.

У большинства каровых ледников потеря массы в области аб- . ляции в 1,5 - 2 раза больше, чем в области аккумуляции. Для ледника MI7 это соотношение составляло за разные интервалы времени от 3 до 8 [14]. Верхняя граница ледников устойчива во времени. Изменения масск и площадей ледников неоднозначно отражается на изменениях юс концов /дА, /. Установлено, что для большинства полярно-уральских ледников параметр &L да^з для интервала в 30 лет не может служить надежным показателей связи "ледник - климат" [14, 18].

3. На основе фотогьодезлческого мониторинга ледника Медвежьего /Западный Пашр/ в 1977-1939 гг. получен ряд новых выводов о его эволюции в стадии восстановления и подвикки [l3, 20, 21] /рис. 5/.

По данным многократных синхронных измерений в 60 точках

резкие

зоны активизации в 1977-1979 гг. в*явлены внутрисезошше колебания скорости движения льда /кривые 1-9, рис. 56/, установлены время /май-шонь/, место /I 5 км от подножия ледопада/ ежегодного "всплеска" , названного тага "микроподашккой" . /рис. 56,г,д/, и его связь с проникновением первых талых вод внутрь и на дно ледника. На ркс.ов.г показан ход абляции о. , температуры воздуха t , яидкех осадков Q и скорости движения ХГг на участках ледника, находящихся на расстоянии 0,8 /I/, I,? /2/, 2,8 /3/ и 3,5 /4/ км от условного нуля продольного профи-

ля /см. рис.5а/,

1938 гг.-/ и подвижка /1Ж8<»1989 гг./. Пояснения в тексте.

На основе модели критической массн льда а предельного по» ложеная фронта активизации на леднике перед подвижкой, разра« ботанной Я.Д.Долгушшш и Г;Б«ОоипозоЯ /1972, 1978,/ и нашего анализа двух аэрофотосъемок ледника летоц и осенно 1988 г., било зафиксировано начало его подвияки и дан прогноз ее развития и и временя образования озера [20,21}, который впоследствии подтвердился. Стереофотограмиетрическая обработка седа аэросъемок /июнь 1968 г. - октябрь 1999 г./ дала возможность впервые жсолс-довагь кинематику поверхности всей пульсирующей части ледника от начала до завершения подвижки /рис„бе,я/. Изменения высоты поверхности вдоль всего ледникового языка ыеаду последовательными аэрофотосъемками с максимумом, в тоне 1989 г, /кривая 4/ показаны на рис«5е, а изменения скорости продвижения фронта по

- 22 -

аэротопографическш данным /кривая I/ и. прямым геодезические измерениям /кривая 2/, проводившимся через 1-2 дня работника® 1адашкского У1КС [20], - на рис„5к.

Приведенные примеры показывают неоспоримые достоинства фотогеодезических методов исследования труднодоступных природных объектов - горных ледников.

Заключение. Анализ современного состояния работ по колебаниям ледников, обобщение опыта применения геодезических и фото» граммегрпческкх методов в гляциологии позволили автору сформулировать принципы, разработать и систематизировать метода фото-геодазЕческого мониторинга горных ледников. Основу этого мониторинга составляют планомерный и целенаправленный сбор количественной информации с-6 изменениях /колебаниях/ Форш и размеров горных ледников с применением современно: дистанционных, в первую очередь аерофотограмметркчзских, методов. Разработанные автором программы фотогеодезических работ нацелены на получение точных геометрических к кинематических характеристик для расепия таких актуальных гляциологических задач, как выявление механизмов и причин колебаний ледников, изучение колебаний внутреннего и внешнего кассообмена, определение реакции ледников на изменения климатических условий, оперативный прогноз подвижек пульсирующих ледников.

Представляется, что разработки автора создают основу для организации фотогеодезического мониторинга горных ледников в рамках общегосударственной слукбы наблюдений за состоянием и изменениями окружающей среды.

Последующие исследован^ и этом направлении должны, по нашему мнению, быть сконцентрированы на следующих направлениях: I/ уточнение оптимального состава и точности наблюдаемых параметров в зависимости от задач исследований; 2/ автоматизация получе-

шя первичной информация /обработка дааннз измерений и сзэгон гедазшз/ и определения значений параметров колобшшй ледшжсв» 3/ разработка методов использования космической гаформшда ддя зесения научно-практических задач колебаний хедкигов на гаеба» аноы уровне; 4/ повииеяие качества /янфорнзявшюста, точности/ :опографичес1сюс карт ледников как оскопи гляциологических исследований и информационных слотеи.

Автор выроете? глубочайщую признательность все?* овоаа коя-:егш, яршаиазсим участие в полевых п кекэраяьвях есслздсвй-кях, и,в,-пврвуэ очередь В.гЛ.Котлякову, главному организатору ¡течественянх гляциологических Есследованпа» яоторнЗ всегда юддсркаваа шшцяатгвй автора; Н.Н.Дрейор, Г,Б«ОсяповоЗ» К.С, 'арелику, которые вгаим акгнвшм образец способствовал* появ® мвшз этой: глбота; В^Г.Ходакову, А»Н;К5зако, О.Ы.Викоградову ! другим товарздел за цэнннэ совета и кэнсульгедшз.

Автор чавсягда сохрани? в паияэа настазланзя озоех учяте®. ей в руководмелеа - В.Н.Авгевича, Г.А.Лвсхяа а П.А.Еукского.

По тене доклада автором опубликованы оледугщиа основные аботн /применено сокращение: МГО'» Материатн гляциологических еследозашй. Иооква, Институт географии АН СССР/:

1. Исследование леднвшз Центральной части Корякского таге« ья. В сб.: Тепловой и водный регш снешо-дедовнх толщ. М., зд-во "Наука", 1955, с.31-65 /соазт. Н.М.Сватхов/.

2. Определение изменения обьетав горних додннкоз по матери« иа стереофотогргететрзпеских съемок. МП1, пил.15, 1939. с. 52-191.

3. 10 лет фотогеодезязескях работ на ледниках Полярного ура-1 /опыт наземной сьонзез ж составления планов калиг ледгпкев/; И, в:шЛ6, М., 1970, с.245-257 /Нретогеш тепокарпг ледтпюэ АН и Обручева в масштабе 1:5 ООО, 2 листа/. •

4. Опыт измерения толщины снепкого подреза в говох стооеойо. 'Грамметрччеекяи методом. ЫПI, вдл.17, ы., 1970, с.323.-335 оазт.' В.Г.Ходаков/

5. Опыт применения повторной наземной фотограмметрической оьешш для изучения динамики рельефа. В ж.: Геоморфология. Выл Л, над. АН СССР, М., 1971, с.76-69 /ссавт. Н.С,Благоволин/.

. 6» К методике изучения механизма колебаний ледников /на примере ледника Обручева, Солярный Урал/. МИ, вьш.19, М., 1972, 0.221-236 /соавт. ВЖМихаяев, П.А.Щумский/

7." Колебания ледника Обручева /Полярный Урал/, их механизм

и причины. Кинематика поверхности., МШ, вып.20, М., 1972, с.35-68 /соавт; В,И.Михалев, П.А.Щумский/.

8. Основные шшжетя по организации и проведению наблюдений ва колебаниями ледников. М1И, вш.22, М., 1973, с.199-222 /соавт. А.П.Волошшга, В.Ы.Котляков, К.Г.Макаревич, В.И.Михалев, ЩТ.Ходаков, П.А.Шуиский/.

9. Изучение некоторых экзогенных процессов в горном районе вадаакнотана аэрофотогракызтрическш методом. В к.: Геоыорфоло-гея. Вшй, взд; АН СССР, И., 1976, с.38-47 /соавт. Е.А.Финько/.

10. Колебания ледников /отдельный раздел в коллективной работе "Программа а методические указания по составлению Атласа снеяновдедових ресурсов мара" /. ЮТ, вып.29, М., 1977, с. 116 -121 /соавт. Л.Д.Долгушин, К.Г.Макаревич/.

11. Нарвы изменения выооты поверхности и движения ледников ИГАН и Обручева /за 19о4~19в9 гг./. В сб.: Материалы наблюдений на горно-ледниковых бассейнах Ш?Д в Сов. Союзе. 1964-1969. Внп.1, Гидроштеоиздат, Л., I960, с.50, 51, 55.

12. Основные итоги первого этапа работ по новой программе наблюдений за колебаниями ледников. МГИ, вып.41, М., 1981, с. 91-103 /соавт.А.П.ВФлсшна, В.М.Когляков, К.Г.Макаревич/.

13. Колебания скорости движения языка ледника Медвежьего в период его восстановления. MFH, вип.4Г, М., 1981, с.133-142 /соавт. М.М.Соротокин/.

14. Катастрофическая деградация ледника МГУ на Полярном Урале. МГИ, внп.41, М., 1981, с.162-172 /соавт. А.С.Тюфлин/.

15. Инструкция по составлению каталога пульсирующих ледников, ЫГИ, вып.44, М., 1982, • с.208-234 /соавт. Л.Д.Долгушин, Л.В.Де-синов, В.М.Котляков, К.П.Рототаев/.

16. Очередная подвижка' ледника Бальченок в Ключевской группе вулканов на Камчатке. ЫГИ, вып.45, М., 1982, с.27-29 /соавт.

В?Н.Виноградов, Я.Д.Муравьев, А.С.Ткфлин/.

17. Проблемы натурного определения скорости изохронной поверхности ледников. МШ, вып.47, Ы., IS83, C.III-I2I.