Строение и режим ледников Земли Норденшельда (Шпицберген) по данным дистанционных исследований

Лаврентьев, Иван Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Строение и режим ледников Земли Норденшельда (Шпицберген) по данным дистанционных исследований
ВАК РФ 25.00.31, Гляциология и криология земли

Автореферат диссертации по теме "Строение и режим ледников Земли Норденшельда (Шпицберген) по данным дистанционных исследований"

ЛАВРЕНТЬЕВ Иван Иванович

На правах рукописи

003456355

СТРОЕНИЕ И РЕЖИМ ЛЕДНИКОВ ЗЕМЛИ НОРДЕНШЕЛЬДА (ШПИЦБЕРГЕН) ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННЬГХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Специальность 25.00.31. - гляциология и криология Земли

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических паук

№

МОСКВА - 2008

003456355

Работа выполнена на кафедре криолитологии и гляциологии географического факультета МГУ им. М.ВЛомоносова и в отделе гляциологии Института географии РАН

Научный руководитель кандидат географических наук,

доцент географического факультета МГУ H.A. Володичева

Официальные оппоненты:

доктор географических наук,

профессор Архангельского университета B.C. Корякин

кандидат географических наук, начальник радиолокационного отряда

Антарктической геофизической партии ПМГРЭ C.B. Попов

Ведущая организация - Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт

Защита состоится/^ 2008 г. в 15 часов на заседании диссертационного

совета по геоморфологии у/эволюционной географии, гляциологии и криологии Земли, картографии, геоинформатике (Д-501.001.61) в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, МГУ, Географический факультет, ауд. 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета, 21 этаж. Автореферат разослан

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим отправить по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, МГУ, Географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д 501.001.61. E-mail: geoeco@geogr.msu.ru. Факс: 932-88-36

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук ^' ' —— А.Л. Шныпарков

Актуальность темы

В последние десятилетия благодаря многим факторам, в том числе антропогенным, наметилась тенденция глобального потепления климата, которое может привести к серьёзным последствиям регионального и планетарного масштаба, включая повышение уровня мирового океана. В связи с этим важное научное и практическое значение приобрело изучение ледников как одних из наиболее чувствительных индикаторов климатических изменений и климатообразующих факторов. Особенно актуальной становится оценка реакции ледников на изменения климата и прогноз изменений их

Для решения этих задач необходимо знать не только сравнительно просто определяемые геометрические характеристики ледников (площадь, длина), но также важные, и ещё недостаточно изученные - толщину льда, объём, подлёдный рельеф, внутреннее строение и гидротермическое состояние, т.к. они определяют основные черты современного оледенения и интегрально отражают процессы внутреннего и внешнего тепло- и массообмена, движение ледников, их режим и динамику. Знание этих характеристик имеет большое значение при исследовании запасов льда, колебаний ледников, включая ледниковые пульсации (сёрджи) и откол айсбергов, для реконструкций и моделирования эволюции оледенения в результате изменений климата и решения целого ряда сопряжённых вопросов геофизики, гляциологии, палеогляциологии и др.

В качестве объектов исследований выбраны три ледника в западной части Шпицбергена, на Земле Норденшельда (рис. 1): ледники Фритьоф, Альдегонда и Тавле. Их выбор обусловлен следующим: 1) они располагаются в районе, наиболее сильно подверженном влиянию северо-восточной ветви тёплого течения Гольфстрим; 2) вблизи, в

размеров, состояния, режима и динамики.

Рис.1 Земля Норденшельда, Шпицберген.

поселке Баренцбург, находится метеостанция с длительным (более 70 лет) рядом наблюдений; 3) по морфологическому и динамическому типу и масс-балансовым характеристикам эти ледники типичны для районов горного и горно-покровного оледенения Шпицбергена: два из них (Альдегонда и Тавле) - горно-долинные, оканчивающиеся на суше, третий - Фритьоф - горно-долинный приливный (оканчивающийся в море), являющийся частью перемётной системы, относится к широко распространённым на архипелаге ледникам пульсирующего типа; 4) в 1965-1988 гг. на этих ледниках проводились гляциологические и геофизические исследования, включая масс-балансовые, радиолокационные и радиофизические.

Цели и задачи работы

Цель данной работы заключается в изучении современного строения и режима трёх ледников в западной части полярного архипелага Шпицберген (Земля Норденшельда), оценке их реакции на изменение внешних условий с применением комплекса дистанционных методов, а также возможности использования их в качестве объектов мониторинга климатических изменений в этом районе Арктики. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

•обобщение и анализ сведений о ледниках Шпицбергена, особенностях их существования, строения и режима на основе анализа данных, полученных в разное время, различными методами и разными авторами;

•оценка возможности различных дистанционных методов для изучения геометрических и гидротермических характеристик ледников;

•выявление и оценка современных особенностей строения и режима ледников в западной части Шпицбергена, их размеров, толщины, внутреннего строения и гидротермического состояния, а также их изменения во времени на основе собственных исследований и обобщения литературных данных;

•выявление связи между указанными характеристиками ледников с колебаниями климата за последние десятилетия.

Материалы, используемые в работе и личный вклад автора

В основу диссертации положены материалы полевых гляциологических исследований, выполненных автором на Шпицбергене в период с 2005 по 2007 гг. в составе Шпицбергенской гляциологической экспедиции Института географии РАН, данные и некоторые результаты исследований предыдущих лет на ледниках Шпицбергена, любезно предоставленные сотрудниками отдела гляциологии ИГ РАН.

Помимо этого были использованы доступные отечественные и иностранные литературные источники, касающиеся исследований ледников архипелага, атласы и каталоги ледников, а также космические снимки ASTER (Terra) и данные лазерной альтиметрии (высоты поверхности ледников) со спутника ICESat. Также использовались данные метеорологических наблюдений, предоставленные Зональной гидрометеорологической обсерваторией (ЗГМО) Баренцбург.

Собственные исследования автора включали следующие вида работ:

1) наземные и аэровизуальные обследования района оледенения на Земле Норденшельда (Шпицберген) для изучения факторов и особенностей оледенения этой части архипелага;

2) радиолокационные, радиофизические и геодезические измерения на леднике Фритьоф в августе 2005 г.;

3) совместные российско-шведские радиолокационные исследования ледника Тавле в марте 2007 г.;

4) организация и проведение повторных радиолокационных исследований ледников Фритьоф, Альдегонда и Тавле в июле 2007 г.;

5) обработка полученных радиолокационных, радиофизических и геодезических данных и данных космических съёмок (снимков ASTER, данных ICESat);

6) анализ имеющихся топографических карт и построение цифровых моделей рельефа (ЦМР) и карт исследуемых ледников, анализ данных предыдущих и собственных исследований и метеорологической информации.

Научная новизна работы

1. Впервые для этого района Шпицбергена для оценки реакции ледников на изменения климата применён комплекс дистанционных методов, позволивший установить современное состояние и изменения геометрии, внутреннего строения и гидротермического режима типичных для этого района горно-долинных ледников за период с 1936 по 2007 гг.

2. Впервые установлена смена гидротермического режима изначально политермического ледника Фритьоф пульсирующего типа после его подвижки в начале 1990-х гг.; выявлен возможный механизм инициации подвижки этого ледника, связанный с изменением геометрии его поверхности и увеличением напряжений сдвига на ложе на границе зон накопления и расхода массы льда.

3. Впервые установлена политермическая структура ледника Тавле и определено положение и размеры придонного слоя тёплого льда (тёплого ледяного ядра).

4. Установлена достаточно тесная связь изменений размеров оканчивающихся на суше ледников (Альдегонда и Тавле) в западной части Шпицбергена с изменениями климата, особенно средней летней температурой за последние 70 лет, что позволяет рассматривать эти ледники как репрезентативные для мониторинга регионального изменения климата в Арктике.

Основные защищаемые положеппя

1. Показана эффективность применения комплекса дистанционных методов (радиозондирование, радиофизические исследования) и данных космических съёмок с применением ГИС-технологий для изучения изменений строения и режима ледников в западной части архипелага Шпицберген.

2. Установлено изменение гидротермического состояния и внутреннего строения ледника Фритьоф после его подвижки в середине 1990-х гг.; выявлен ранее неизвестный политермический ледник Тавле.

3. Выявлены существенные изменения геометрических характеристик ледников (их площади, объёма и высоты поверхности) за последние 70 лет. В частности установлено более быстрое сокращение ледников, оканчивающихся на суше (Альдегонда и Тавле) с начала 1990-х гг.

4. Показано, что ледники горно-долинного типа могут служить индикаторами относительно длиннопериодных (в масштабе нескольких десятков лет) изменений климата в этом районе Арктики, т.к. изменения их размеров хорошо коррелируют с климатическими характеристиками.

Практическое значение работы

Полученные данные о параметрах ледников Земли Норденшельда горного и горнопокровного типа и их изменениях позволят уточнить запасы льда и пресной воды на архипелаге на основе корреляционных связей между площадью и объёмом ледников. Результаты исследований ледника Фритьоф дают основание лучше понять механизм подвижек (сёрджей) ледников Шпицбергена политермического типа. Результаты исследований на Земле Норденшельда могут бьггь использованы для численного моделирования их режима и динамики и служить основой для дальнейшего мониторинга оледенения Шпицбергена.

Апробация

Результаты исследований по теме диссертации были доложены на симпозиуме "Гляциология в канун международного полярного года" (Пушкинские Горы, 2006), на симпозиуме "Динамика и бюджет массы ледников Арктики" (The Dynamics and Mass Budget of Arctic Glaciers) (Обергургл, Австрия, 2006; Понтрезииа, Швейцария, 2007), на конференции "Россия в МПГ: первые результаты" (Сочи, 2007), а также на "Международном симпозиуме по применению радиозондирования в гляциологии" (International symposium on radioglaciology and its applications) (Мадрид, Испания, 2008). Методика дешифрирования космических снимков была отработана в процессе создания векторной базы ледников Памира и Тянь-Шаня для электронного каталога ледников по международному проекту GLIMS - Global Land Ice Measurements from Space (Измерения ледников из космоса).

Объём и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературных и интернет источников, включающего 124 наименования. Общий объём работы 142 страницы, включая 70 рисунков и 7 таблиц. Все приведённые в работе карты, графики, таблицы и фотографии, если в подписях к ним не указано другое, выполнены автором.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доценту к.г.н., H.A. Володичевой за постоянную поддержку и конструктивные советы при подготовке диссертационной работы и научному коллективу отдела гляциологии ИГ РАН, в особенности научному консультанту ЮЛ. Мачерету, А.Ф. Глазовскому и Е.В. Василенко за неоценимую помощь в полевых исследованиях, обработке и интерпретации полученных данных, ценные советы, интересные дискуссии и замечания. Автор благодарен директору ИГ РАН академику В.М. Котлякову, заместителю руководителя отдела гляциологии ИГ РАН Н.И. Осокину и начальнику Шпицбергенской экспедиции ИГ РАН Е.М. Зингеру за предоставленную возможность участия в полевых исследованиях ледников Шпицбергена. Автор также признателен сотрудникам ИГ РАН P.A. Чернову, Б.Р. Мавлюдову и аспиранту ИГ РАН А. Куликову за помощь в проведении полевых радиолокационных работ на Шпицбергене летом 2007 г.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. История исследования и гляциологическая изученность Шпицбергена.

Изучение оледенения архипелага Шпицберген можно подразделить на несколько этапов, характеризующихся всё возрастающими масштабами исследований и

применением различных методов. Первый, "доинструментальный" этап исследований, охватывает период между открытием архипелага в конце XV в. до конца XIX в. В этот период изучение носило описательный характер: были отмечены некоторые характерные особенности оледенения и составлены первые карты островов архипелага. Началом второго этапа можно считать первые инструментальные исследования, начавшиеся в конце XIX начале XX вв. Российско-Шведская экспедиция по измерению дуги меридиана в 1899-1902 гг. выполнила первые картографические съёмки ледников, а затем полученные данные были дополнены топографическими съёмками норвежских (19071911 гг.) и немецких (1910 г.) исследователей. В результате в начале XX в. большая часть Шпицбергена была нанесена на карту. Первые исследования вещественного баланса ледников были проведены Х.В. Альманом в 1931 г. на Северо-Восточной Земле и X. Свердрупом на ледниках острова Шпицберген в 1934 г. В 1935-1936 гг. были выполнены зимние наблюдения на ледниках архипелага. В целом, с этих пор начался период накопления количественных данных, характеризующих размеры, положение, формы оледенения в целом, а также его режим, чему способствовала первая аэрофотосъёмка архипелага, выполненная в 1936-1938 гг. Норвежским полярным институтом.

Следующий важный этап изучения Шпицбергена начался в 1950 г. и связан с проведением регулярных масс-балансовых наблюдений на ледниках в разных частях архипелага. В период МГГ (1957-1959 гг.) шведские учёные исследовали баланс массы покровных ледников архипелага и впервые на Шпицбергене применили метод сейсмозондирования для определения толщины ледников, а польские исследователи изучали вещественный баланс на ледниках южной части острова Шпицберген. С начала 1960-х годов на архипелаге работали экспедиции Норвегии, Великобритании, Швеции, Германии, СССР и других стран. В период с 1965-1974 гг. в стационарных и маршрутных исследованиях были изучены особенности морфологии и положения ледников, взаимосвязи оледенения и условий его существования, положение границы питания ледников, величина и пространственные изменения снегонакопления и т.д., которые нашли отражение в монографии «Оледенение Шпицбергена (Свальбарда)» (1975 г).

С 1974 г. изучение оледенения архипелага перешло на новый технический уровень. Развитие новых технологий привело к появлению специальной аппаратуры для радиозондирования ледников и глубокого кернового бурения. Это дало возможность изучения толщины и внутреннего строения ледников. Наблюдения за колебаниями ледников стали возможны благодаря использованию материалов космических и аэрофотосъёмок и др. С 1974 по 1985 гг. советскими, а также английскими и норвежскими исследователями было проведено масштабное аэрорадиозондирование ледников во всех

частях архипелага, определен объём ряда ледников. Тогда же было обнаружено двухслойное (политермичсское) строение многих ледников Шпицбергена, что было подтверждено результатами бурения, термозондирования скважин и измерением скорости распространения радиоволн па некоторых ледниках. В результате таких широкомасштабных работ были составлены карты высоты поверхности и ложа нескольких ледников Шпицбергена и ледникового купола Аустфонна на СевероВосточной Земле, карты распределения на архипелаге ледников с разным гидротермическим состоянием - холодных, тёплых и политермических и выполнено моделирование динамики ледниковых куполов и выводных ледников на основе данных радиозондирования и масс-балансовых измерений. Существенный вклад в эти исследования внесли: Ю.Я Мачерет и А.Б. Журавлёв (СССР); J. Dowdeswell, D. Drevvry, J. Bamber (Великобритания); J.O. Hagen, 0degaard R.S. (Норвегия) и др. Создание наземных модификаций радиолокационной аппаратуры в конце 1980-х гг. дало возможность более детально исследовать внутреннее строение, режим и гидротермическое состояние ледников, содержание воды в политермических и тёплых ледниках и её пространственно-временные изменения. В этот период также изучались пульсирующие ледники, число которых на архипелаге, по разным оценкам, составляет от 10 до 90% от общего количества. По результатам этих и других исследований было опубликовано много статей, а также издано несколько монографий как в нашей стране, так и за рубежом.

На современном этапе, наряду с непосредственными полевыми исследованиями ледников, широко применяются методы дистанционных исследований. Радиоинтерферометрия, спутниковая лазерная альтиметрия, анализ космических снимков высокого разрешения, применение высокоточных GPS и радиозондирование позволяют с высокой точностью изучать геометрические характеристики .ледников, особенности ледниковой поверхности и её изменения во времени, внутреннего строения и гидротермического состояния ледников, следить за ледниковыми пульсациями и определять скорости движения ледников, что отражено в работах Strozzi et al. (2000), Murray et al. (2003), Василенко и др. (2006), Bevan et al. (2007), Nuth et al. (2007) и др.

Глава 2. Основные черты и факторы оледенения Шпицбергена

Оледенение Шпицбергена существует в условиях сложного и разнообразного рельефа с достаточно большими абсолютными и относительными высотами. Здесь представлены практически все морфологические типы ледников, которые характеризуются разными условиями питания и льдообразования, холодным, тёплым и политермическим температурным режимом. Ледники отличаются большой динамичностью. По разным

Рис. 2 Распределение холодных, тёплых и двухслойных (политермических) ледников на архипелаге Шпицберген по данным аэрорадиозондирования на частоте 620 МГц: 1-маршруты полётов; 2-относительно холодные ледники; 3,4-ледники с придонным тёплым слоем толщиной 10-20 м; 5-ледники со слоем холодного льда толщиной >100 м; б,7-ледники с сезонными вариациями содержания воды в толще; 8-политермические ледники с тёплым льдом в области аккумуляции; 9-южная граница распространения ледников 3 и 4 на СВЗ; 10-ледники с зимним стоком и приледниковыми наледями; 11-пульсирующие ледники; 12-участки ледников с ложем ниже уровня моря. Косой штриховкой показаны предполагаемые области преобладания холодных (2) и тёплых(8) ледников [Мачерет и др., 1992; Глазовский, Мачерет, 2007].

оценкам от 10 до 90 % ледников Шпицбергена пульсирующие (рис. 2). Климат характеризуется экстремальными колебаниями температуры воздуха и погоды за счёт разности температур воздушных масс на юго-западе (североатлантические) и северо-востоке (арктические) архипелага. Среднелетние температуры здесь +5°С, а зимой воздух охлаждается в среднем до -16-1&°С, однако даже в марте, самом холодном месяце, возможны оттепели; количество осадков колеблется от 200-400 мм в центральной части архипелага до 600-1000 мм на южной и восточной периферии островов. Благодаря разнообразному рельефу и характеру распределения осадков, ледники распределены здесь неравномерно. Выделяют три района, в каждом из которых преобладают те или иные морфологические типы ледников (рис. За).

(б) [Наёепе1а1., 2003а].

.л*. -'.'Л'', гОЯЙвлС АХЛвРч

Фту

ШЦ ■ I Т и ь Ф^ш ~ ?

Щ Г

Самые крупные - ледники покровного типа - расположены на Северо-Восточной Земле, здесь распространены холодная фирновая и фирново-ледяная зоны льдообразования. Горно-покровные или сетчатые ледники, приуроченные в основном к периферии главного острова архипелага, существуют в условиях теплой фирновой и фирново-ледяной зон льдообразования, а ледники горного типа занимают меридионально вытянутую полосу в центре острова Шпицберген на больших высотах с преобладанием зоны ледяного питания. Такое распределение ледников обусловлено современными условиями - высота границы питания ледников достигает 850 м в области горного оледенения, опускаясь 200-400 м на востоке и северо-западе и северо-востоке и до 150 м на юге (рис. 36).

Режим ледников, характеризующийся величиной осадков на границе питания, на Шпицбергене разнообразный и определяется упомянутыми выше факторами. Так, самыми динамичными являются южный и западный районы архипелага с величинами аккумуляции-абляции до 150 см, на северо-западе и востоке характерными являются значения 60-100 см, а на островах к востоку и северо-востоку от главного острова архипелага эта величина уменьшается в среднем до 50 см. По различным данным [Оледенение Шпицбергена (Свальбарда), 1975., Hagen et al., 1991, 1993, 2003а и др.] баланс массы ледников Шпицбергена был отрицательным в течение всего прошлого века. Однако таяние в концевых частях ледников отчасти компенсируется приростом ледниковой поверхности в областях питания многих ледников [Nuth et al., 2007]. По расчётам и данным инструментальных исследований [Hagen et al., 2003а] чистый вещественный баланс на архипелаге, составляет -4,5±1 км3/год, или -120±30 мм в.э./год, что соответствует вкладу в повышение уровня мирового океана на =0,01 мм/год за последние 30 лет.

Глава 3. Методы исследования строения п режима ледников Шпицбергена

Для определения геометрических параметров ледников (площади, длины и высоты поверхности) и их изменений во времени автором были использованы топографические карты масштаба 1:100000 за 1936 и 1990 гг., серия космических снимков ASTER за 20032006 гг., а также данные лазерной альтиметрии (ICESat) и GPS-профилирования за 2005 и 2007 гг. Созданные на основе двух карт и космического снимка 2004 г. цифровые модели рельефа (ЦМР) поверхности ледников были применены для определения площадей и длин ледников, а разностные ЦМР - для оценки изменений высоты поверхности и объёма ледников Альдегонда и Тавле за период 1936-1990 гг. и ледника Фритьоф за период 1936-

1990-2004 гг. Данные измерений высоты поверхности ледников с помощью ICESat и GPS вдоль отдельных профилей использовались для калибровки ЦМР.

Определение толщины ледников, их внутреннего строения и геометрии подстилающего ложа было выполнено с помощью радиолокационного зондирования. Толщина ледника Z определяется по времени запаздывания т отражённых от ложа сигналов относительно начала излученного (зондирующего) импульса:

Z = Cjit/2, (1)

где сл . cNz - средняя скорость распространения радиоволн в леднике, с = 300 м/мкс -

скорость радиоволн в воздухе, с - относительная диэлектрическая проницаемость

ледникового льда. Для радиозондирования ледников Фритьоф, Альдегонда и Тавле нами

был использован моноимпульсный локатор ВИРЛ-6 (центральная частота 20 МГц) с

системой цифровой регистрации радарных и навигационных данных и синхронизацией по

оптическому каналу (оптоволоконному кабелю), разработанный в НПО "Академприбор"

Национальной академии наук Узбекистана [Мачерет и др., 2006]. Измерения

производились путём перемещения локатора по поверхности ледника по сети профилей.

Приёмное и передающее устройства локатора в 2005 г. были закреплены на пластиковых

санях, транспортируемых вручную, а в 2007 г. - на рюкзаках. Запись велась в режиме

автоматической регистрации с интервалом 1 с, расстояние между приёмным и

передающим устройствами локатора составляло 8 м. Выполненные при участии автора в

2005 и 2007 гг. измерения толщины льда на леднике Фритьоф и в 2007 г. на ледниках

Альдегонда и Тавле, позволили построить профили и карты толщины льда и высоты

подстилающего ложа для исследованных участков, а также выявить особенности

внутреннего строения ледников по радиолокационным записям. Для визуализации и

обработки радиолокационных и навигационных данных был использован пакет программ

RadexPro Plus, разработанный на геологическом факультете МГУ Л.М. Кульницким и его

коллегами (2001) специально для обработки и интерпретации цифровых сейсмических и

радиолокационных данных с использованием персональных компьютеров.

Изучение особенностей внутреннего строения и гидротермического состояния исследуемых ледников производилось путём измерения скорости распространения радиоволн во льду, важной радиофизической характеристики, которая меняется в зависимости от особенностей строения, гидротермического состояния и режима ледников. Скорость V определяется диэлектрической проницаемостью среды (льда) г, являющейся функцией температуры I, плотности р и содержания воды W:

F=cN £(t,p,W), (2)

где с = 300 м/мке - скорость распространения радиоволн в вакууме. Для измерения скорости V используется несколько методов: сравнение данных радиозондирования и бурения, радиолокационный каротаж скважины; анализ гиперболических отражений и измерение скорости методом наклонного зондирования [Мачерет и др., 1984; Мачерет, Журавлёв, 1985; Macheret et al., 1993; Василенко и др., 1990; Murray et al., 2000]. В диссертационной работе скорость радиоволн измерялась методом наклонного зондирования с общей глубинной точкой (ОГТ), когда приёмная и передающая антенны равномерно разносятся относительно центральной точки. Средняя скорость отражённых от ложа ледника радиоволн V была определена двумя методами. Первый - метод квадратичных годографов, когда f2 = f (L2), где I - время запаздывания радиоволн, L -расстояние между приёмником и передатчиком. Для ледника с плоской поверхностью и плоским наклонным ложем:

г2 = [(4A2+£2cos2p)]/K2, (3)

где t — /'-10, где t'-время запаздывания отражённого сигнала, /0 - время задержки сигнала в оптоволоконном кабеле, Л - эхоглубина ложа (толщина льда), (3 - разность углов наклона поверхности и ложа с учётом знака [Macheret, 1993]. Возводя обе части уравнения (3) в квадрат получаем линейное уравнение

у = ах + Ь, (4)

где у=?, x^L1, o=cos2p/K2, ¿=4/i2/K2, из которого методом наименьших квадратов определяются коэффициенты а и Ь. По величине этих коэффициентов вычисляются значения К и А:

V-(1/а)14 cosp (5)

А = (Ь/а)'л cosp/2 (б)

Для определения угла р и учёта изменения высоты поверхности вдоль профилей ОГТ

были выполнены измерения относительной высоты поверхности ледника геодезическим

методом и измерение толщины льда. В нашем случае высота поверхности вдоль профилей

ОГТ изменялась на несколько десятков метров, т.е. не была плоской, а длина

оптоволоконного кабеля равнялась 490 м. Для расчёта времени задержки /„ сигналов в

кабеле использовался линейный годограф ( = f\L) для прямой волны в воздухе. Принимая

во внимание изменения высоты ледниковой поверхности, мы вносим поправку At = ДА /Кь

где ДА — разница между самой высокой и самой низкой точками на профиле ОГТ -

измерений, Pi - скорость радиоволны в верхней толще ледника. Использование метода

наименьших квадратов позволяет также оценить ошибки определения коэффициентов а и

Ъ и, следовательно, значений Уи h. Для оценки скорости распространения радиоволн был

применён также метод Semblance-анализа, реализуемый в модуле Interactive Velocity

Analysis в программе RadexPro Plus, который позволяет получить распределение скорости радиоволн по глубине ледника.

Глава 4. Строение, режим и изменения ледников Фритьоф, Альдегонда и Тав.пс (Земля Норденшельда) за последние 70 лет.

Выбор этих ледников для исследований современного состояния оледенения в этом секторе Арктики был не случайным, т.к. во-первых, эти ледники располагаются на западном побережье Шпицбергена (этот район наиболее подвержен влиянию тёплого течения Гольфстрим и реакция ледников на изменения внешних условий здесь весьма быстрая), а во-вторых, ранее здесь проводились исследования толщины льда, внутреннего строения и других параметров ледников, что позволяет использовать эти данные для сравнения с полученными нами и выявить изменения их геометрических и

Изучение ледника Фритьоф было начато в 1974 г., когда впервые на Шпицбергене радиолокационным методом была измерена толщина ледника и обнаружено его двухслойное строение. В период 1977-1988 гг. экспедицией ИГ АН СССР на леднике был проведён комплекс радиолокационных, радиофизических и геодезических измерений (рис. 4), позволивший определить его геометрию (высоту поверхности и толщину льда) и гидротермическую структуру, включая содержание и сезонные вариации количества воды в придонном слое тёплого льда.

Новые данные о толщине льда, внутреннем строении и гидротермическом состоянии ледника Фритьоф были получены в августе 2005 года и июле 2007 г., т.е. после подвижки ледника, в результате наземных радиолокационных, геодезических и GPS-измерений (рис. 4). Результаты радиозондирования приведены на рис. 5, 6, 7.

Максимальные изменения толщины льда, произошедшие за период 1977-2005 гг., отмечены в верхней части ледника. На ледоразделе (профиль А1-А2) (рис. 66)

гидротермических характеристик.

Ледник фритьоф.

Рис. 4. Исследования ледника Фритьоф в 1977-2007 гг.

Рис. 5. Исходные радиолокационные разрезы (радарограммы) ледника Фритьоф вдоль продольного В1-В2 (а) и поперечного А1-А2 (б) профилей, полученные в 2005 г. локатором ВИРЛ-б и обработанные в программе RadexPro Plus. Т-зондирующий импульс, В-отражение от ложа, С-отражения от приповерхностных трещин и водотоков.

3 ЕИ 20С0 4000 6000 &000 «ООО 12000 В2

§1 »1 -

Рис. 6. Изменение толщины льда и внутреннего строения ледника Фритьоф вдоль продольного (а) и поперечного (б) профилей радиозондирования за период с 1977 по 2005 гг. (положение профипей показано на рис. 4).

Рис. 7. Толщина льда ледника Фритьоф в 2007 г. (а), ее изменение за период 1988-2007 (6). положение области исследований.

максимачьное уменьшение составило 53 м продольном профиле Б1-Б2 (рис. 6а) льда, уменьшились с 238 м и 320 м в 1988 г. По данным радиозондирования 2007 г. в уменьшилась в среднем на 25 м по и космических снимков ASTER показал

(с 213 м в 1977 г. до 160 м в 2005 г.). На среднее и максимальное значения толщины до 183 м и 254 м в 2005 г., соответственно, центральной части ледника толщина льда сравнению с 1988 г. (рис. 7 б). Анализ ЦМР заметные изменения высоты поверхности и

размеров ледника (табл. 1, рис. 8). С 1936 по 1990 гг. (до подвижки) площадь ледника Фритьоф уменьшилась на 10,1 км2 (18,3%), а после подвижки, 1990-2004 гг. она возросла на 4,1 км2 (9%), в то время как колебания длины ледника в эти периоды составляло -2,5 км и +2,6 км, соответственно. Стоит отметить, что уменьшение площади ледника в 1936-1990 гг. происходило за счет двух процессов: отступания фронта и таяния в краевых частях, и отсоединения ледника-притока Сага. Во второй период ведущим процессом увеличения площади ледника стала подвижка. Высота поверхности ледника Фритьоф в период с 1936 по1990 гг. возросла в его верхней части (300-650 м н.у.м.) в среднем на 30 м, а в нижней части (<300 м н.у.м.) понизилась в среднем на 60 м (рис. 8). За период 1990-2004 гг. высота поверхности ледника в среднем понизилась на 50 м на высотах более 200 м н.у.м., а максимальные значения понижения (-150 м) отмечены в верховьях ледника (400-600 м н.у.м.). В тоже время нижняя часть ледника «вздулась» в среднем на 53 м в результате подвижки.

Таблица 1. Изменения параметров ледника Фритьоф с 1936 по 2004 гг.

Год Длина, км Площадь, км2 Изменение объёма, км3

1936 12,8 55,31 -1,33

1990 10,3 45,18

2004 12,9 49,24 -0,61

Рис. 8. Изменения высоты поверхности и площади ледника Фритьоф за 1936-1990 гг. (а) и ¡990-2004 гг.(б).

Изменение объёма ледника Фритьоф на протяжении последних 70 лет было сугубо отрицательным - за рассматриваемый период (1936-2004 гг.) он уменьшился на 1,94 км', при этом скорость потерь в период с 1990 по 2004 гг. (-0,041 км3/год) более чем в 1,5 раза

Таблица 2. Изменение толщины льда и скорости распространения радиоволн в леднике фритьоф по данным радиофизических исследований до и после подвижки в 1990-х гг.

Параметр Точка 1а Точка 16 Точка 2а Точка 2а, Точка 26,

Июль 1977 Август 2005 Июль 1979 Апрель 19S8 август 2005

Н, м 213,0 168,6" 157 г> 220 ± 10 242,4 ±0,3 118,1 ±0.2 " 128,52)

Ad, м 72,5 ± 5 120 ± 10 125 ± 10

As, м -100,0

Asi, м 141,0 28,0 122,4

F м/мкс 161,4 179,3 ±0,4" 169 2> 169,6 ±2,1 168,0 ± 0,3 " 171 г)

1 - скорость радиоволн, рассчитанная на основе годографов

2) - скорость полученная методом Semblance analysis

выше, чем в предыдущий период с 1936 по 1990 гг. (-0.025 км3/год). Наши расчеты, основанные на разностных ЦМР ледника Фритьоф, показывают следующее. При средней толщине исчезнувшей части ледника (10,1 км2), принятой равной 120 м, объём льда за период 1936-1990 уменьшился на 1,33 км3, что эквивалентно скорости понижения поверхности -0,39 м/год. Изменение объёма за период 1990-2004 гг. составило -0,61 км3 (средняя скорость понижения поверхности -2,07 м/год), из них 0,44 км3 этого льда ушло в море в период 1990-1997 гг., т.е. во время активной стадии подвижки.

Данные измерения скорости распространения радиоволн в леднике в 2005 г. были использованы для оценки его гидротермического состояния, т.к. полученные радарные записи (рис. 5) типичны как для холодных ледников с большим количеством водных включений, так и для тёплых. Поэтому основным критерием для оценки современного гидротермического состояния служили величины скорости радиоволн: скорость больше 168 м/мкс характерна для холодного льда, а меньше 168 м/мкс - для тёплого водосодержащего льда. По данным наших исследований скорость распространения радиоволн в точке 1 больше 168 м/мкс, а в точке 2 значение с учётом ошибки может характеризовать как тёплый, так и холодный лёд (табл. 2). Поэтому пока можно говорить лишь о смене гидротермического режима ледника Фритьоф после подвижки и изменение его внутреннего строения - ледник стал «однослойным». Для определения современного температурного состояния ледника необходимы дополнительные исследования с применением высокочастотных радаров, а также бурения и термозондирования скважин, которые планируются в будущем.

Ледник Алъдегонда

Исследования этого

долинного ледника (см. рис. 1) площадью 6,44 км2 были начаты в середине 1970-х гг. С 1974 по 1984 гг. здесь были выполнены несколько аэрорадиолокационных измерений толщины льда и определено внутреннее строение: в верхней части ледника были зарегистрированы внутренние

Рис. 9. Профили наземного радиозондирования в 1999 и ^иолока1^ионнь1е отражения 2007 гг. и трек ICESat, 2003. РО) на глубине около 70 м

[Мачерет, Журавлёв, 1985]. С 2002 г. на леднике ведутся балансовые наблюдения. Первая наземная площадная радиолокационная съёмка ледника была выполнена в 1999 г. (рис. 9), по данным которой был установлен объём ледника (0.56 км3) и выявлено тёплое ледяное ядро на глубине около 100 м. Новые радиолокационные и GPS-измерения на леднике были проведены с участием автора в 2007 г. (рис. 9).

Изменение геометрических параметров ледника за период 1936-2006 и его объёма за 1936-1990 гг. были выявлены из сравнения топографических карт, данных GPS измерений и анализа снимков ASTER (рис. 10). Из результатов исследований (рис. 10а) следует, что за 54 года ледник в среднем "похудел" на 33 м, что эквивалентно -0,62 м льда/год, а площадь и длина за 1936-2006 гг. сократились на 40% по сравнению с 1936 г. (рис. 106). Сравнение данных радиозондирования и GPS-профшшрования 2007 г. и ЦМР на 1990 г.

Рис. 10. Изменение высоты поверхности ледника Альдегонда за период 1936-1990 гг. (а) и изменение его площади за период 1936-2006 гг.

РЛЗ 1999. ВИРЛ-2 РЛЗ 2007. ВИРЛ-6 4 ICESat, 2003

I | 2006

300 3 000 4 000

выявило понижение поверхности ледника вдоль профилей радиолокационного зондирования (PJI3) в среднем на 37 м за этот период. За период с 1936 по 1990 гг. фронт ледника отступил на 920 м (средняя скорость отступания 17,5 м/год), а за период с 1990 по 2006 гг. - на 980 м (средняя скорость 61 м/год). Это говорит о том, что скорость отступания фронта в последние 16 лет (1990-2006) увеличилась более чем в 3 раза по сравнению с периодом 1936-1990 гг. В настоящее время баланс массы ледника Альдегонда, по данным измерений Б.Р. Мавлюдова [2007] отрицательный, ледник полностью лежит ниже границы питания. Можно предположить, что не выявленные отражения от тёплого ледяного ядра могут свидетельствовать об уменьшение размеров последнего вследствие климатических изменений.

Ледник Тавле.

До недавнего времени на небольшом горно-долинном леднике Тавле площадью 9 км2 специальных гляциологических исследований не проводилось, за исключением аэровизуальных наблюдений и качественных оценок его состояния в настоящее время, выполненных Б.Р, Мавлюдовым в 2006 г. В марте 2007 г. при участии автора здесь были проведены первые радиолокационные измерения с применением высокочастотного шведского радара. Эти исследования были продолжены нами в июле 2007 г. С помощью локатора ВИРЛ-6 были выполнены измерения на нескольких поперечных профилях в центральной и нижней частях ледника (рис. 11а). Результаты исследования толщины льда приведены на (рис. 116, в) в виде карт толщины льда и высоты ложа части ледника, охваченной измерениями.

высоты ложа (в) по данным РЛЗ.

Важным результатом радиолокационных исследований 2007 г. стало выявление особенностей внутреннего строения ледника на основе радарограмм, полученных

шведским радаром на частоте 900 МГц, На них хорошо заметна разница между придонным слоем теплого водосодержащего льда, и вышележащей толщей относительно холодного льда (рис. 12). Эти данные свидетельствуют, что Тавле может быть отнесён к ледникам политермического типа (с тёплым внутренним ледяным ядром). Толщина

Рис. 12. Радарогралшы, полученные на одном из продольных (а) и 4 поперечных профилях (б) РЛЗ на леднике Тавле весной 2007 г. шведским радаром: 1-холодный лёд, 2-тёплое ледяное ядро, 3-ложе.

площади (б) за ¡936-2006 гг.

тёплого ледяного ядра достигает 50 м в центральной части ледника, однако недостаток данных GPS -профилирования во время радиозондирования не позволяет на настоящий момент рассчитать объём этого ядра, так же как и определить объём всего ледника и построить соответствующие карты.

Изменения площади и длины ледника Тавле, а также высоты его поверхности за последние 70 лет были выявлены из сравнения топографических карт ледника за 1936 и 1990 гг. и серии современных космических снимков ASTER (рис. 13). За период 1936-1990 гг. поверхность ледника понизилась в среднем на 37 м, а максимальные значения - более 70 м - отмечены в его фронтальной части (рис. 13а). Ледник за этот период потерял 0,385

км3 льда, что эквивалентно скорости понижения ледниковой поверхности -0,68 м/год. Однако отступание языка (и в целом сокращение площади) ледника Тавле происходило существенно медленней, чем на леднике Альдегонда - за указанный период площадь сократилась примерно на 10% (-1 км2), а длина уменьшилась лишь на 2% (-120 м) (рис. 136), что эквивалентно скорости отступания 2,2 м/год. С начала 1990-х гг. скорость сокращения ледника возросла - за последние 15 лет высота поверхности, измеренная в 2007 г. вдоль центральной оси ледника, понизилась в среднем на 18,5 м, при максимуме -41 м на языке. Т.е. ледниковая поверхность понижалась со средней скоростью 1,2 м/год. В длину ледник сократился на 300 м (5% от длины 1990 г.), уменьшившись с 5,95 до 5,65 км, т.е. за 1990-2006 гг. скорость отступания составила 18,7 м/год, что более чем в 8 раз превышает этот показатель за предыдущий период. Площадь ледника за последние 16 лет с 1990 г. сократилась примерно на 14 % (-1,6 км2). Приведённые выше факты с, что ледник Тавле, также как и Альдегонда, показывает тенденцию сокращения, ускорившегося с начала 1990-х гт. Стоит отметить, что благодаря своему положению относительно побережья Шпицбергена (ледник удален от берега на 23 км вглубь острова), а также его экспозиции (ССВ), ледник Тавле получает, меньшее количество осадков по-сравнению с ледниками Фритьоф и Альдегонда, ориентированными на ЮЮЗ и В, соответственно. Можно предположить, что именно эти факторы влияют на скорость процессов в леднике и определяют современный темп его сокращения. В настоящее время ледник практически полностью лежит ниже границы питания, в конце лета более 90% всей его площади свободно от снега и покрыто сетью поверхностных водотоков.

Глава 5. Реакция ледников на изменение климата за последние 70 лет.

Исследования, выполненные на примере трёх ледников Шпицбергена, показывают, что в течение XX в. размеры оканчивающихся на суше горных ледников Альдегонда и Тавле, претерпели значительные изменения. При этом скорость их сокращения существенно увеличилась с начала 1990-х гг. Анализ показал, что эти изменения хорошо коррелируют с изменениями климатических параметров, главным образом средней летней температурой воздуха. Опираясь на стандартные метеорологические данные по метеостанции Баренцбург, автором были построены кривые изменения среднегодовых значений температуры и осадков за весь период наблюдений (с 1912 г. по настоящее время) (рис. 14). Как следует из графика, в течение XX века среднегодовая температура воздуха изменялась по-разному: с 1912 г. и до конца 1930-х гг. наблюдается рост температуры; затем, до середины 1960-х гг., её спад, а последующая тенденция роста температуры сохраняется по настоящее время. Примерно так же вели себя и осадки - их

количество постепенно возрастало с начала века, достигнув максимума примерно в начале 1960-х гг., а затем наметился спад, который продолжается до настоящего времени (по данным ЗГМО Баренцбург).

1Э10 1520 1930 1940 1960 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Годы

Рис. 14. Среднегодовые значения температуры воздуха (1) и осадков (2) на метеостанции Баренцбург в 1912-2006 гг.

.400 \

| i

Œ 300 ' О

Об изменении климатических условий на севере Атлантики свидетельствует также индекс Северо-Атлантического колебания - NAO (North Atlantic Oscillation), положительные среднегодовые значения которого преобладают с начала 1970-х гг. (рис. 15). Этот индекс характеризует разницу давления воздуха на уровне моря между Азорским и Исландским атмосферными центрами и в значительной степени определяет погоду (интенсивность и траектории циклонов и штормов, аномалии осадков и приземной температуры воздуха) в Северной Атлантике. Так, положительные значения индекса соответствуют усиленной циклонической деятельности на севере Европы, что выражается, в частности, в повышении среднегодовых значений температуры воздуха (рис. 15).

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Годы

Рис. 15. Среднегодовые значения индекса Северо-Атлантического колебания (NAO) и среднегодовая температура воздуха на метеостанции Баренцбург (1).

Сокращение ледников Шпицбергена в течение последних 70 лет, а также ускорение темпов их отступания в последние 10-15 лет согласуются с современными климатическими трендами на Шпицбергене. По данным метеостанции Лонгиербюен, летние температуры воздуха повышаются с 1960-х гг. За 30 лет, с 1967 по 1996 гг., тренд среднелетней температуры (июнь-август) здесь составил 0,04°С/год, и 0,17°С/год в течение последних 10 лет (1997-2006 гг.). По данным метеостанции Баренцбург тренд среднелетней температуры примерно такой же. За период 1967-1996 гг. повышение средней летней температуры воздуха составило 0,038°С/год, а за 1997-2006 гг. -0,12°С/год. В целом для Арктики, за период инструментальных наблюдений среднегодовая температура повысилась примерно на 0,7°С [Калужинова, 1999].

Было установлено, что наиболее тесно изменения размеров ледников Альдегонда и Тавле коррелируют со среднелетней температурой воздуха (Я2=0,82-0,92), тогда как осадки (уменьшение которых за период наблюдений отмечается на метеостанции Баренцбург), не показывают хорошей связи с изменениями длины и площади этих ледников. Коэффициент корреляции этого параметра для ледника Альдегонда оказался выше (ЯЧ),75-0,79), а для Тавле гораздо ниже (0,2). Последнее, вероятно, обусловлено более сильным влиянием таких факторов, как метелевое перераспределение снега, уменьшение количества осадков с удалением от побережья (ледник Тавле находится на расстоянии 23 км от залива Грёнфьорд и в 35 км от западного побережья Шпицбергена), возможностью выпадения жидких осадков в любой зимний месяц, а также другими локальными факторами.

Годы

Рис.16. Изменение среднелетней температуры воздуха, ппощади (сплошная линия) и длины (пунктир) ледников Альдегонда (а) и Тавле (б) за последние 70 лет.

За последние 70 лет, как следует из полученных нами данных, на фоне повышения температуры и уменьшения количества осадков ледники Альдегонда и Тавле заметно сократились: их площадь и длина уменьшилась на 40% и 20%, соответственно (рис. 16), а

высота поверхности в среднем понизилась на 50-60 м. В то же время приливный ледник пульсирующего типа Фритьоф в течение XX в. не претерпел значительных пространственных изменений, а изменение его внутреннего строения и гидротермического состояния произошло вследствие подвижки, а не климатических изменений.

Таким образом, можно утверждать, что исследованные нами на Земле Норденшельда оканчивающиеся на суше ледники Альдегонда и Тавле могут служить достаточно надежным индикатором изменений климата, по крайней мере, в этом райопе Шпицбергена. Применение комплекса дистанционных методов исследования ледников совместно с данными стандартных метеорологических наблюдений, оказывается достаточно эффективным, чтобы осуществлять мониторинг ледников, а также оценивать их реакцию на изменения климата.

Заключение

Благодаря комплексному методическому подходу в исследовании ледников в западной части архипелага Шпицберген с применением современных дистанционных методов были выявлены связи их изменений с климатическими и динамическими факторами. Эти методы включают радиолокационные и радиофизические исследования, анализ космических снимков, данных лазерной альтиметрии и GPS - измерений, топографических карт и стандартной метеорологической информации. Основные результаты проведённых исследований заключаются в следующем:

1) Впервые установлена сравнительно быстрая перестройка гидротермического режима и внутреннего строения изначально политермического приливного ледника Фритьоф в ледник холодного или тёплого типа после его подвижки (сёрджа). Основанием для такого утверждения стали результаты радиозондирования ледника в 2005 г. и измеренные скорости распространения радиоволн во льду, которые существенно изменились с 1988 г. Сделанные оценки изменения геометрических параметров ледника в период до и после подвижки, позволили рассчитать изменения объёма ледника с 1936 по 2004 гг., составившее -2,35 км3, а также оценить объём льда, исчезнувший в результате пульсации (0,44 кмэ). Учитывая, что на архипелаге Шпицберген от 13 до 90% ледников относится к ледникам пульсирующего типа и значительная их часть являются политермическими, результаты этих исследований имеют важное значение для понимания механизма ледниковых пульсаций и их прогноза.

2) Исследованные нами оканчивающиеся на суше ледники Альдегонда и Тавле могут служить достаточно надежным индикатором изменений климата, по крайней мере, в этом районе Шпицбергена. Изменения их геометрических характеристик хорошо коррелируют с основными характеристиками климата - температурой воздуха и осадками и, следовательно, балансом массы ледников. За последние 70 лет, как следует из полученных нами данных, на фоне повышения температуры и уменьшения количества твердых осадков в западной части архипелага, Шпицберген эти ледники заметно сократились: их площадь и длина уменьшилась на 40% (Альдегонда) и 20% (Тавле), а высота поверхности в среднем понизилась на 50-60 м. Кроме того, выявлено ускорение темпов сокращения этих ледников с начала 1990-х гг. Следовательно, применение комплекса дистанционных методов, рассмотренных в данной работе, оказывается достаточно эффективным, чтобы осуществлять мониторинг ледников, а также оценивать и прогнозировать их реакцию на изменения климата.

3) Сокращение ледников в течение последних 70 лет, а также ускорение его темпов в последние 10-15 лет, хорошо согласуется с современными климатическими трендами на Шпицбергене. Было установлено, что наиболее тесно изменения размеров ледников, оканчивающихся на суше (Альдегопда и Тавле) коррелируют со среднелетней температурой воздуха (Я2=0,82-0,92). Корреляционная связь изменений размеров этих ледников со среднегодовьм количеством осадков выявлена только для ледника Альдегонда, который располагается ближе к западному побережью архипелага (К.2=0,75-0,79), чем ледник Тавле.

4) По результатам радиолокационных исследований обнаружен ранее не известный политермический ледник Тавле.

Полученные данные указывают на перспективность дальнейших исследований этих ледников. В частности ледники Альдегонда и Тавле могут служить объектами мониторинга длиннопериодных изменений климата в этом районе Арктики. Приливный ледник Фритьоф пульсирующего типа может служить для дальнейших исследования механизмов подвижек ледников подобного типа, широко распространённых на Шпицбергене и других районах Арктики. Указанные ледники включены в криосферный полигон, где в рамках Федеральной целевой программы «Мировой океан» и подпрограммы «Освоение и использование Арктики» в ближайшие годы планируется сосредоточить гляциологические исследования ИГРАН, в том числе для решения указанных задач с применением современных дистанционных методов и бурения.

Публикации по теме диссертации

1. Лаврентьев И.И. Изменения структуры и динамики ледника Фритьоф на Шпицбергене за последние 70 лет по данным дистанционных исследований. - Вестн. Моск. Ун-та, сер.5, география, 2008, №6, стр. 45-50.

2. Лаврентьев И.И. Изменения толщины и гидротермической структуры ледника Фритьоф с 1977 по 2005 гг. МГИ, вып. 101, 2006, с.157-162 (соавторы: Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я., Василенко Е.В. и др.).

3. Лаврентьев И.И Исследования западного ледникового плато Эльбруса: результаты и перспективы. МГИ, вып. 99,2005, с. 185-190 (соавторы: Михаленко В.Н., Кунахович М.Г., Кутузов С.С. и др.).

Материалы научных конференций

1. Кутузов С.С., Михаленко В.Н., Лаврентьев И.И.. Кунахович М.Г. Толщина и особенности льдообразования в привершинной области Эльбруса. - Материалы симпозиума "Гляциология в канун Международного Полярного Года" 9-12 октября 2006 г., Пушкинские горы.

2. Glazovsky A.F., Lavrentiev I.I.. Macheret Yu.Ya. and others. Changes of geometry and hydrothermal structure of Fridtjovbreen, a polythermal glacier in Spitsbergen, following its surge in the 1990s model. -В кн.: The mass budget of Arctic glaciers. Proceedings of workshop in Obergurgl, Austria, 2006. IASC Publ., p.39-42.

3. Lavrentiev I. Fridtjovbreen changes in XX century from remote sensing data. -В кн.: The dynamics and mass budget of Arctic glaciers. Proceedings of workshop in Pontresina, Switzerland, 2007. IASC Publ., p. 162-164.

Подписано в печать 14.11.2008 г.

Печать трафаретная

Заказ №1189 Тираж: 100 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Лаврентьев, Иван Иванович

Введение

Глава 1. История исследований и гляциологическая изученность

Оледенения Шпицбергена

Глава 2. Основные черты и факторы оледенения Шпицбергена

2.1 Условия существования ледников

2.2 Типы и размеры ледников

2.3 Зоны льдообразования

2.4 Баланс массы ледников

2.5 Строение, режим и динамика ледников Шпицбергена

2.5.1 Термический режим ледников

2.5.2 Внутреннее строение и гидротермическое состояние ледников

2.5.3 Скорость движения ледников

Глава 3. Методы исследования строения и режима ледников Шпицбергена

3.1 Определение геометрических параметров ледников на основе анализа топографических карт, космических снимков, данных GPS и спутниковой лазерной альтиметрии

3.1.1 Топографические карты

3.1.2 Космические снимки ASTER

3.1.3 Спутниковая лазерная альтиметрия

3.1.4 Измерение высоты поверхности с помощью GPS

3.2 Радиозондирование

3.2.1 Определение толщины льда

3.2.2 Аппаратура для радиозондирования

3.2.3 Визуализация и обработка радарных и навигационных данных

3.3 Радиофизические исследования

3.3.1 Измерение скорости распространения радиоволн в ледниках

3.3.2 Оценка содержания воды в тёплом льду политермических ледников 67 Выводы

Глава 4. Строение, режим и изменения ледников Фритьоф, Альдегонда и Тавле (Земля Норденшельда) за последние 70 лет

4.1 Ледник Фритьоф

4.1.1 Результаты предыдущих исследований

4.1.2 Исследования 2005-2007 гг.

4.1.3 Изменения площади, высоты ледниковой поверхности и объёма в 1936-2004 гг.

4.1.4 Изменения толщины льда и внутреннего строения за период до и после второй подвижки

4.1.5 Механизм подвижки и возможные причины изменения гидротермического режима

4.2 Ледник Альдегонда

4.2.1 Предыдущие исследования

4.2.2 Современные исследования

4.2.3 Изменения ледника Альдегонда с 1936 по 2007 гг.

4.3 Ледник Тавле

4.3.1 Современные исследования

4.3.2 Изменения ледника Тавле с 1936 по 2007 гг.

Глава 5. Связь изменений ледников с изменениями климата за прошедшие 70-100 лет

5.1 Особенности циркуляции атмосферы

5.2 Климатические тренды

5.3 Потепление климата в Арктике и сокращение ледников

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Строение и режим ледников Земли Норденшельда (Шпицберген) по данным дистанционных исследований"

В последние десятилетия климат планеты претерпел значительные изменения благодаря многим факторам, включая антропогенный. Среднегодовая температура воздуха растёт (в различных районах по-разному), однако если рассматривать эти изменения в планетарном масштабе, заметить их не так просто, тем более вычленить основные составляющие потепления климата, а также оценить скорость этого процесса [IPCC, 2007]. В полярных районах Земли в настоящее время расположены идеальные объекты для изучения процессов, связанных с изменениями климата - ледники. Они являются одними из самых чувствительных компонентов природы и чутко реагируют на достаточно продолжительные изменения внешних условий, т.к., во-первых, являются продуктами климата, а во-вторых, состоят из самого неустойчивого природного продукта на планете - льда. Благодаря значительным размерам, высокому альбедо, большому запасу холода и особенностям режима и динамики, ледники в свою очередь оказывают существенное влияние на климат Земли и уровень мирового океана.

•у

В современную эпоху ледники занимают площадь 16,5 млн. км , или 10,9 % всей суши на Земле. 95% площади современного оледенения находится в Антарктиде и Гренландии, остальная часть - на островах Арктики, а также в горных районах планеты [ACJIPM, 1997]. Эта часть занимает площадь в 680 тыс. км2 - это более 160 тыс. ледников и ледниковых куполов, в которых заключено около 180 тыс. км3 льда. Это примерно 0.6% всех запасов пресной воды на поверхности Земли [Мачерет, 2006].

В настоящее время оценка реакции ледников на изменения климата, а также прогноз изменений размеров, состояния, режима и динамики ледников приобретает важное научное и практическое значение в связи с прогнозируемым глобальным потеплением климата. Для решения подобных задач необходимо знать такие важные и недостаточно изученные характеристики ледников, как их толщину и объём, внутреннее строение, гидротермическое состояние, а также подлёдный рельеф и условия на контакте ледника с подстилающим ложем. Эти характеристики определяют основные черты современного оледенения и интегрально отражают процессы внутреннего и внешнего тепло- и массообмена, движения ледников, их режим и динамику. Знание этих характеристик имеет большое значение при исследовании запасов льда, колебаний ледников, включая ледниковые пульсации и откол айсбергов, для реконструкций и численного моделирования эволюции ледников в результате изменений климата и решения целого ряда сопряжённых вопросов геофизики, гляциологии, палеогляциологии и др. [Мачерет, 2006].

Для решения этих задач ледники западной части Шпицбергена (Земля Норденшельда) представляют особый интерес в силу своего географического положения -этот район подвержен влиянию северо-восточной ветви тёплого атлантического течения Гольфстрим, омывающей западный берег архипелага и обусловливающей самое северное положение границы морского льда во всей Арктике. Поэтому следует ожидать, что отмечаемые заметные флуктуации направления и интенсивности этой ветви Гольфстрима будут влиять и на климатическую обстановку, особенности атмосферной циркуляции на поведение ледников в этом районе. Данные исследований баланса массы и изменений высоты поверхности нескольких ледников в разных частях Шпицбергена показывают разнонаправленные тенденции в последние десятилетия. Так, большой приливный ледник Конгсвеген (105 км2) на северо-западе архипелага находится в близком к стационарному состоянии, в то время как небольшие долинные ледники в том же районе (Ловен Средний и Брёггер Восточный) отступают [Hagen et al., 2003а, Ь]. В областях питания некоторых крупных куполов (Северо-Восточная Земля) и узлов горно-покровного (сетчатого) оледенения (Heer Land, Wedel Jarlsberg Land) отмечается повышение ледниковой поверхности при сокращении фронтальных частей ледников [Bevan et al., 2007; Nuth et al., 2007]. Однако общая тенденция сокращения оледенения Шпицбергена сохраняется, причём отмечается ускорение его темпов с начала 1990-х гг. по данным исследования нескольких ледников [Kohler et al., 2007].

По данным нескольких метеостанций, расположенных в западной части Земли Норденшельда (в том числе в пос. Баренцбург), в последние десятилетия отмечается положительный тренд температуры воздуха и отрицагельный тренд осадков, что должно оказывать влияние на ледники. Кроме того, здесь расположен один из узлов горного оледенения с оканчивающимися на суше ледниками долинного типа, более удобными, чем преобладающие в других районах архипелага ледники приливного типа, для оценки реакции их размеров и балансовых характеристик на коротко- и длиннопериодныс изменения климата. К ним относятся ледники Альдегонда и Тавле, которые и были выбраны как основные объекты исследований. В качестве еще одного объекта исследований был выбран ледник Фритьоф (приливного типа), один из пяти на архипелаге Шпицберген, где дважды за последние 150 лет, в конце 1850-х и 1990-х годов, были зафиксированы подвижки (сёрджи). Это пока единственный из широко распространенных на Шпицбергене ледников пульсирующего типа, где до начала второй подвижки, в 19741988 гг., проводились детальные исследования его внутреннего строения [Гляциология Шпицбергена, 1985], которые были продолжены автором после завершения второй ледниковой подвижки.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: • обобщение и анализ сведений о ледниках Шпицбергена, особенностях их существования, строения и режима на основе анализа данных, полученных в разное время, различными методами и разными авторами;

• оценка возможности различных дистанционных методов для изучения геометрических и гидротермических характеристик ледников;

• выявление и оценка современных особенностей строения и режима ледников в западной части Шпицбергена, их размеров, толщины, внутреннего строения и гидротермического состояния, а также их изменения во времени на основе собственных исследований и обобщения литературных данных;

• выявление связи между указанными характеристиками ледников с колебаниями климата за последние десятилетия.

Дистанционные методы исследований в последние десятилетия широко используются для изучения ледников архипелага Шпицберген и в других районах оледенения Земли, но зачастую они ограничиваются одним или двумя методами, например, дешифрированием космических снимков или радиолокационным зондированием в комплексе с непосредственными натурными наблюдениями за балансом массы ледников, что не всегда возможно в силу многих причин. В настоящей работе впервые для этого района Шпицбергена применен комплекс дистанционных методов для определения размеров, толщины, объёма и внутреннего строения ледников и их изменений во времени - наземное радиолокационное зондирование, радиофизические исследования, спутниковая лазерная альтиметрия, геодезические измерения, анализ топографических карт и космических снимков ASTER (Terra).

В основу диссертации положены материалы полевых гляциологических исследований, выполненных автором на Шпицбергене в период с 2003 по 2007 гг. в составе Шпицбергенской гляциологической экспедиции Института географии РАН, данные и некоторые результаты исследований предыдущих лет на ледниках Шпицбергена, любезно предоставленные сотрудниками отдела гляциологии ИГ РАН. Помимо этого были использованы доступные отечественные и зарубежные литературные источники, касающиеся исследований ледников архипелага, атласы и каталоги ледников, а также космические изображения ASTER (Terra) и данные лазерной альтиметрии (высоты поверхности ледников) со спутника ICESat и лидарных съемок с самолета. В частности, в 2003 году автор принимал участие в балансовых работах на леднике Альдегонда; в 2005 г. - в радиолокационных и радиофизических исследованиях ледника Фритьоф; в марте 2007 года - в совместных российско-шведских радиолокационных исследованиях ледника Тавле, а в июле того же года проводил радиолокационные исследования ледников Фритьоф, Альдегонда и Тавле.

Для изучения толщины, внутреннего строения, гидротермического состояния и режима ледников были использованы методы наземной радиолокации и радиофизические методы, включая измерения скорости распространения радиоволн методом наклонного зондирования с общей глубинной точкой (ОГТ). Для измерений применялись моноимпульсный радиолокатор ВИРЛ-6 с цифровой регистрацией радарных и навигационных данных, разработанный и изготовленный в институте «Академприбор» Узбекской АН. Для радиолокационных исследований ледника Тавле весной 2007 г. был использован шведский радар с синтезируемой частотой в диапазоне 300-900 МГц. Для геопривязки радарных данных и определения высоты поверхности ледников применялся GPS-приёмник Garmin GPS П Plus. Кроме того, для определения расхода льда из ледника Фритьоф в море были выполнены измерения скорости движения ледника методом геодезического нивелирования. Для обработки полученных радиолокационных и радиофизических данных был использован пакет программ RadexPro Plus, разработанный фирмой GDS production [Кульницкий и др., 2001]. Цифровые модели рельефа (ЦМР), карты толщины льда, высоты поверхности и ложа ледников, а также карты изменений высоты поверхности ледников во времени были построены при помощи ГИС-технологий. В частности, трансформация и геопривязка космических снимков велись в программной среде ERDAS Imagine (Leica Geosystems), построение ЦМР и карт, дешифрирование контуров ледников и определение их площадей, длины, а также обработка данных космической лазерной альтиметрии, осуществлялось в среде ESRI/ARCMap. Научная новизна работы заключается в том, что:

Основные защищаемые положения диссертации сводятся к следующему: 1. Показана эффективность применения комплекса дистанционных методов (радиозондирование, радиофизические исследования) и данных космических съёмок с применением ГИС-технологий для изучения изменений строения и режима ледников в западной части архипелага Шпицберген.

Практическая значимость работы состоит в следующем: 1) полученные данные о размерах (площадь, толщина, объём) трёх ледников Шпицбергена (горного и горнопокровного типа) и их изменениях, могут быть использованы для уточнения корреляционных связей между площадью и объёмом таких ледников и уточнения запасов льда на всем архипелаге Шпицберген; 2) Результаты исследований ледника Фритьоф дают основание лучше понять механизм ледниковых подвижек (сёрджей), если учитывать изменения их геометрии и гидротермического состояния после подвижки и тот факт, что на Шпицбергене от 10 до 90 % ледников пульсирующие, а их значительная часть относится к ледникам политермического типа; 3) Полученные данные о толщине, высоте поверхности, подлёдном рельефе и гидротермическом состоянии ледников Альдегонда, Тавле и Фритьоф могут быть использованы для численного моделирования их режима и динамики.

Результаты исследований, положенных в основу диссертации, а также работ, напрямую не связанных с темой диссертации, но основанных на аналогичной методике исследований, докладывались на симпозиуме «Гляциология в канун международного полярного года» (Пушкинские Горы, 2006), на симпозиуме «Динамика и бюджет массы ледников Арктики» (The Dynamics and Mass Budget of Arctic Glaciers) (Обергургль, Австрия, 2006; Понтрезина, Швейцария, 2007), а также на конференции «Россия в МПГ: первые результаты» (Сочи, 2007), а также на "Международном симпозиуме по применению радиозондирования в гляциологии" (International symposium on radioglaciology and its applications) (Мадрид, Испания, 2008). Кроме того, методика дешифрирования космических снимков была отработана в процессе создания векторной базы ледников Памира и Тянь-Шаня для электронного каталога ледников по международному проекту GLIMS - Global Land Ice Measurements from Space (Измерения ледников из космоса).

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка 124 используемых литературных и интернет источников. Во введении указаны цели и задачи работы, определена её актуальность, научная новизна, практическая значимость, указаны основные защищаемые положения. Кратко рассмотрен фактический материал и методика исследования, структура диссертации и её объём.

Заключение Диссертация по теме "Гляциология и криология земли", Лаврентьев, Иван Иванович

Результаты исследования политермических ледников на Земле Норденшельда, представленные в настоящей работе, дополняют общую картину изученности ледников этого района Арктики, а комплексный методический подход в их изучении показывает возможности и перспективы применения дистанционных методов. Полученные данные указывают на перспективность дальнейших исследований этих ледников. В частности ледники Альдегонда и Тавле могут служить объектами мониторинга длиннопериодных (в масштабе десятков лет) изменений климата в этом районе Арктики. Политермическая структура и объёмное гидротермическое состояние ледников является одной из важных характеристик ледников, во многом определяющей их зимний сток, условия на ложе и динамическое поведение. Поэтому исследования внутренних характеристик подобных ледников с помощью радиолокационных и радиофизических методов, параллельно с определением геометрических параметров ледников, дают хорошие и интересные результаты, вполне сравнимые с зарубежными исследованиями. Применение комплекса методов, таким образом, выглядит довольно актуальным и эффективным.

Приливный пульсирующий ледник Фритьоф может служить для дальнейших исследования механизмов подвижек ледников подобного типа, широко (по оценкам от 13 до 90 %) [Jiskoot et al., 2000] распространённых на Шпицбергене и других районах

Арктики. Как было сказано, предложенный в [Murray et. al., в печати] новый механизм инициации подвижки ледника Фритьоф из-за резкого увеличения напряжений сдвига на ложе, мог быть выявлен только благодаря знанию такого важного параметра ледника, как

130 его толщина (неизвестный параметр для большинства пульсирующих ледников). В этой связи интересно отметить, что за последние 20-30 лет на Шпицбергене серджи отмечены, по крайней мере, на пяти ледниках полптермического типа - Осборн, Монако, Завадский, Скубреен и Фритьоф [Hamilton, Dowdeswell, 1996; Dowdeswell et al., 1995; Jiskoot et al., 2000; Strozzi et al., 2003;]. Ввиду этого наш интерес к исследованиям ледника Фритьоф вполне оправдан возможностью применения данных радиозондирования для разработки моделей ледниковых подвижек.

К перспективным задачам будущих исследований следует отнести также уточнение корреляционных связей между площадью и объёмом ледников, уточнение запасов льда в ледниках архипелага, выявление механизмов подвижек пульсирующих ледников, а также исследования природы изменения гидротермического режима ледников как в результате пульсаций, так и колебаний климата являются перспективными направлениями исследований с использованием данных радиозондирования, радиофизических и космических данных.

В завершение хочется также обратить внимание на то, что исследуемые ледники включены в криосферный полигон, где в рамках Федеральной целевой программы «Мировой океан» и подпрограммы «Освоение и использование Арктики» в ближайшие годы планируется сосредоточить гляциологические исследования ИГРАН, в том числе для решения указанных задач с применением современных дистанционных методов и бурения.

Заключение

Подводя итоги проведённых исследований ледников Шпицбергена - Фритьоф, Альдегонда и Тавле, выполненных с применением комплекса дистанционных методов, отметим основные результаты и выводы.

Ледник Фритьоф

Полученные в 2005 и 2007 гг. радиолокационные и радиофизические данные, а также результаты анализа топографических карт и космических снимков ASTER позволяют судить о существенных изменениях, произошедших на леднике в период до и после его второй подвижки - с 1936 по 2007 гг.

1. По данным радиозондирования максимальные изменения толщины льда, произошедшие за период 1977-2005 гг., отмечены в верхней части ледника. На ледоразделе ледник похудел максимум на 53 м, а на продольном профиле на 66 м за период; в центральной части ледника толщина льда уменьшилась в среднем на 25 м по сравнению с 1988 г. Анализ ЦМР и космических снимков ASTER показал заметные изменения высоты поверхности и размеров ледника (табл. 4, рис. 4.13). С 1936 по 1990 гг. л до подвижки) площадь ледника Фритьоф уменьшилась на 10,1 км (18,3%), а после подвижки, 1990-2004 гг. она возросла на 4,1 км (9%), в то время как колебания длины ледника в эти периоды составляло -2,5 км и +2,6 км, соответственно. Стоит отметить, что уменьшение площади ледника в 1936-1990 гг. происходило за счет трёх процессов: отступания фронта, таяния в краевых частях и отсоединения ледника-притока Сага. Во второй период ведущим процессом увеличения площади ледника стала подвижка.

2. Высота поверхности ледника Фритьоф в период с 1936 по1990 гг. возросла в его верхней части (300-650 м н.у.м.) в среднем на 30 м, а в нижней части (<300 м н.у.м.) понизилась в среднем на 60 м (рис. 4.13). За период 1990-2004 гг. высота поверхности ледника в среднем понизилась на 50 м на высотах более 200 м н.у.м., а максимальные значения понижения (-150 м) отмечены в верховьях ледника (400-600 м н.у.м.). В тоже время нижняя часть ледника «вздулась» в среднем на 53 м в результате подвижки.

3. Изменение объёма ледника Фритьоф на протяжении последних 70 лет было сугубо отрицательным - за рассматриваемый период (1936-2004 гг.) он уменьшился на 1,94 км3, при этом скорость потерь в период с 1990 по 2004 гг. (-0,041 км3/год) более чем в 1,5 раза выше, чем в предыдущий период с 1936 по 1990 гг. (-0.025 км3/год). Наши о расчеты, показали что объём льда за период 1936-1990 уменьшился на 1,33 км , что (-0,39 м/год), а за период 1990-2004 гг. на 0,61 км3 (-2,07 м/год), причём 0,44 км3 этого льда ушло в море в период 1990-1997 гг., т.е. во время активной стадии подвижки.

4. Сравнение результатов измерения скорости радиоволн в толще ледника и данных радиопрофилирования, полученные до (1977-1988 гг.) и после (2005-2007 гг.) второй подвижки ледника Фритьоф в 1991-1997 гг., свидетельствуют об изменении его гидротермического состояния. По данным наших исследований скорость распространения радиоволн в точке 1 характерна для холодного льда, а в точке 2 значение с учётом ошибки может характеризовать как тёплый, так и холодный лёд (табл. 5). Поэтому однозначно оценить современное гидротермическое состояние ледника невозможно. Можно лишь с уверенностью говорить о смене гидротермического режима ледника Фритьоф после подвижки и об изменении его внутреннего строения - ледник стал «однослойным». Ввиду того, что ледник Фритьоф - пульсирующий, изменение его динамики и гидротермического режима за последние 70 лет, являются следствием подвижки и не связаны с изменениями климата в этом районе Арктики.

5. на основе данных радиозондирования ледника Фритьоф в 1988 г. предложен возможный, ранее не известный, механизм инициации подвижки этого ледника, который связан с изменением геометрии его поверхности и увеличением напряжений сдвига на ложе на границе зон накопления и расхода массы льда [Murray et. al., в печати].

Ледники Альдегонда и Тавле

Анализируя изменения толщины льда, высоты ледниковой поверхности, площади, длины и объёма этих ледников за последние 70 лет (с 1936 по 2007 гг.), была выявлена их постепенная деградация, интенсивность которой возросла с начала 1990-х гг.

6. В частности, за период 1936-1990 фронт ледника Альдегонда отступил на 920 м (20%) от положения в 1936 г. (17,5 м/год), а поверхность ледника в среднем за период (54 года) понизилась на 33 м, что эквивалентно -0,62 м льда/год. Ледник Тавле за этот же период сократился на 120 м (2%) со скоростью 2,2 м/год. За период 1990-2006 гг. отступание Альдегонды составило 980 м (20%) от положения 1990 г., однако скорость сокращения увеличилась более чем в 3 раза - 61 м/год; ледник Тавле также продолжал сокращаться - за 16 лет язык ледника отступил на 300 м (5%) от положения в 1990 г. со средней скоростью более 18 м/год (см. рис. 4.28, 4.34).

7. Тоже самое происходило с площадью и объёмом ледников. Для Альдегонды изменение этих параметров в период 1936-1990 гг. составило, соответственно, -2 км2 (20%) и -0.347 км3 (20%), для Тавле - -1 км2 (10%) и -0.385 (12%) от размеров 1936 г. За второй период (1990-2006) площадь и объём ледников уменьшились, соответственно на 6 км2 и 0.052 км3 (Альдегонда) и 1.6 км2 (14%) и 0.06 км3 (12%) (Тавле). Опираясь на приведённые данные, можно констатировать факт деградации ледников за последние 70 лет, причём темп их сокращения существенно возрос с начала 1990-х гг.

8. Результаты радиозондирования ледника Тавле весной 2007 г. показали наличие тёплого ледяного ядра мощностью до 50 м (рис. 4.32), что позволяет отнести ледник к классу политермических.

9. Было установлено, что ледники Альдегонда и Тавле могут служить достаточно надежным индикатором изменений климата, по крайней мере, в этом районе

Шпицбергена. Изменения их геометрических характеристик сравнительно хорошо коррелируют с основными характеристиками изменений климата - средней годовой

129 температурой и осадками и, следовательно, балансом массы ледников. Исследования показали, что наиболее тесно изменения размеров ледников Альдегонда и Тавле коррелируют со среднелетней температурой воздуха (R2=0,82-0,92), тогда как осадки (уменьшение которых за период наблюдений отмечается на метеостанции Баренцбург), не показывают хорошей связи с изменениями длины и площади этих ледников. Коэффициент корреляции этого параметра для ледника Альдегонда оказался R2=0,75-0,79, а для Тавле -R2=0,2.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Лаврентьев, Иван Иванович, Москва

1. Альман Х.В. Гляциологические исследования на берегах Северной Атлантики. МГИ. -М.: Геофиз. ком., 1962. Вып. 4,с .161-183; вып. 5, с.171-196; вып. 6, с. 181-204.

2. Атлас Арктики. -М.: ГУГК, 1983, 204с.

3. Атлас снежно-ледовых ресурсов Мира. -М.: РАН, 392с.

4. Богородский В.В. Физические методы исследования ледников. -С-Пб.: ГИМИЗ, 1968, 214с.

5. Вангенгейм Г.Я. О колебаниях атмосферной циркуляции над северным полушарием. Изв. АН СССР, сер. геогр. и геофиз., №5, 1946

6. Вариации гидротермической структуры политермического ледника на Шпицбергене. /Яния Я., Мачерет Ю.Я., Наварро Ф.Х. и др. -МГИ, вып. 99, 2005, с.81-94.

7. Василенко Е.В., Мачерег Ю.Я., Москалевский М.Ю. Скорость распространения электромагнитных волн в ледниках как показатель их гидротермического состояния, строения и режима. МГИ, вып. 70,1990, с.3-17.

8. Владов М.Л., Старовойтов А.В. Георадиолокационные исследования верхней части разреза. Учебное пособие. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1999. -190с.

9. Георадар ВИРЛ для зондирования ледников. /Василенко Е.В., Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. и др. -МГИ, вып. 94, 2003, с.225-234.

10. Гидротермический режим политермических ледников и его связь с их динамикой. /Глазовский А.Ф., Красс М.С., Крымский А.В. и др. -МГИ, вып. 89, 2000, с. 134-145.

11. Глазовский А.Ф., Красс М.С., Мачерет Ю.Я. Гидротермический режим и внутренний тепломассообмен в двухслойных ледниках. МГИ, вып. 86, 1998, с.61-65.

12. Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. Гидротермическое состояние и режим ледников. В кн.: Оледенение Северной Евразии в недавнем прошлом и ближайшем будущем. -М.: Наука, 2007, с. 67-108.

13. Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. Климатически обусловленные колебания ледников во второй половине XX века: Евразийская Арктика. В кн.: Оледенение Северной и Центральной Евразии в современную эпоху. -М.: Наука, 2006, с.97-114.

14. Глазовский А.Ф., Москалевский М.Ю. Исследования ледника Фритьоф на Шпицбергене в 1988 году. МГИ, вып. 65, 1989, с.148-153.

15. Гляциологический словарь. / под ред. В.М. Котлякова. Л.: ГИМИЗ, 1984, 528 с.

16. Гляциология Шпицбергена. /Троицкий Л.С., Зингер Е.М., Корякин B.C. и др. -М.: Наука, 1985.- 198с.

17. Дзердзеевский Б.Л. Циркуляционные механизмы в атмосфере северного полушария в XX столетии. МГИ, вып. 1, 1968, 240с; вып. 2, 1970, 175с.

18. Долгушин Л.Д., Осипова Г.Б. Пульсирующие ледники. -Л.: Гидрометеоиздат, 1982.-192с.

19. Журавлев А.Б. Корреляционный метод оценки запасов льда в ледниках. МГИ, вып. 52, 1985, с.241-249.

20. Зингер Е.М., Захаров В.Г., Жидков В.А. Наблюдения за подвижкой ледника Фритьоф на Шпицбергене в 1997 году. МГИ, вып. 83, 1997, с.231-233.

21. Изменение скорости радиоволн по глубине субполярного ледника. /Мачерет ЮЛ., Василенко Е.В., Громыко А.Н. и др. -Тр. ААНИИ, т.395, 1985, с.81-89.

22. Изменения толщины и гидротермической структуры ледника Фритьоф с 1977 по 2005 гг. /Василенко Е.В., Глазовский А.Ф., Лаврентьев И.И. и др. -МГИ, вып. 101, 2006, с.157-162.

23. Калужинова Н.Л. Изменения температуры воздуха и параметров оледенения Арктики и их взаимное влияние. Автореферат на соиск. ст. канд. геогр. наук. -Москва, 1999 г.

24. Калужинова Н.Л. Пространственно-временные изменения температуры воздуха в Арктике. МГИ, вып. 80, 1996, с. 12-17.

25. Калужинова Н.Л., Архипов С.М., Саватюгин Л.М. Банк данных «Температура воздуха и осадки на Шпицбергене и архипелагах и островах Российской Арктики». Опыт создания и пути использования. МГИ, вып. 91, 2001, с.110-115.

26. Кислов А.В., Евстигнеев В.М., Суркова Г.В. Прогноз климатических ресурсов. В кн.: Прогноз климатической ресурсообеспеченности Восточно-европейской равнины в условиях потепления климата XXI века. -М.: МАКС Пресс, 2008, с.5-49.

27. Кононова Н.К. Изменение характера циркуляции атмосферы в последние десятилетия как фактор изменения климатических и ледовых условий Арктики. МГИ, вып. 100, 2006, с.191-199.

28. Кононова Н.К. Исследование многолетних колебаний циркуляций атмосферы северного полушария и их применение в гляциологии. МГИ, вып. 95, 2003, с.45-65.

29. Корякин B.C. Изменение размеров ледников Шпицбергена (Свальбарда). В кн. Материалы исследований области оледенения Шпицбергена (Свальбарда). -М.: Наука, 1974, с.29-44.

30. Корякин B.C. Ледники Арктики. -М.: Наука, 1988.-158с.

31. Кравцова В.И., Книжников Ю.Ф. Космическая геоинформация для исследования изменений гляциосферы: сегодня и завтра. МГИ, вып. 99, 2005, с.211-222.

32. Кульницкий J1.M., Гофман П.А., Токарев М.Ю. Математическая обработка данных георадиолокации и система RADEXPRO. Разведка и охрана недр, 2001, №3, с.6-11.

33. Лучининов B.C. Радиолокационное зондирование и его применение в гляциологии. Итоги науки и техники. Гляциология, т.1. -М.: ВИНИТИ, 1977, с.87-192.

34. Мавлюдов Б.Р. Состояние оледенения Шпицбергена в конце XX века. МГИ, вып. 101, 2006, с. 146-152.

35. Мачерет Ю.Я. Гравиметрический метод в гляциологии. Итоги науки и техники. Гляциология, т.1. -М.: ВИНИТИ, 1977а, с.6-40.

36. Мачерет Ю.Я. Оценка содержания воды в ледниках по гиперболическим отражениям. МГИ, вып. 89, 2000, с.3-10.

37. Мачерет Ю.Я. Радиозондирование ледников. -М.: Научный Мир, 2006. -389с.

38. Мачерет Ю.Я. Сейсмический метод в гляциологии. Итоги науки и техники. Гляциология, т.1. -М.: ВИНИТИ, 19776, с.41-86.

39. Мачерет Ю.Я., Журавлёв А.Б. Радиолокационное зондирование ледников Шпицбергена с вертолета. МГИ, вып. 37, 1980, с.109-131.

40. Мачерет Ю.Я., Журавлёв А.Б. Толщина, объем и строение ледников- В кн.: Гляциология Шпицбергена. -М.: Наука, 1985, с.7-35.

41. Мачерет Ю.Я., Журавлёв А.Б., Громыко А.Н. Радиолокационные исследования ледников Шпицбергена в 1977 г. МГИ, вып. 38, 1980, с.279-286.

42. Мачерет Ю.Я., Лучининов B.C. Интерпретации результатов контактной радиолокационной съёмки тёплых горных ледников. МГИ, вып. 22, 1973, с.45-57.

43. Норденшельд А.Э. Путешествие А.Э. Норденшельда вокруг Европы и Азии на пароходе «Вега» в 1878-1880 гг. -СПб., 1881, 4.1. -516 с.

44. Оледенение Северной и Центральной Евразии в современную эпоху. -М.: Наука, 2006. -482с.

45. Оледенение Шпицбергена (Свальбарда) /Троицкий Л.С., Зингер Е.М., Корякин B.C. и др. -М.: Наука, 1975. -276с.

46. Радиолокационный каротаж скважины на леднике Фритьоф, Шпицберген. /Мачерет Ю.Я., Василенко Е.В., Громыко А.Н. и др. -МГИ, вып. 50, 1984, с.198-203.

47. Радиофизические исследования ледника Альдегонда на Шпицбергене в 1999 году. /Василенко Е.В., Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. и др. -МГИ, вып. 90, 2001, с.86-99.

48. Режим и эволюция полярных ледниковых покровов. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. -209с.

49. Строение, гидротермическое состояние и режим субполярных ледников (Мачерет Ю.Я., Глазовский А.Ф., Игнатьева И.Ю. и др.). -В кн.: Режим и эволюция полярных ледниковых покровов. -СПб, Гидрометеоиздат, 1992, с.48-115.

50. Толщина и подледный рельеф ледника Фритьоф по данным наземной радиолокационной съемки. /Глазовский А.Ф., Константинова Т.Н., Мачерет Ю.Я. и др. -МГИ, вып. 72, 1991, с.161-166.

51. Чернышев Ф.Н. Работы экспедиции по градусным измерениям на Шпицбергене в 1901 г. Мир Божий, №8, 1902, с.79-91.

52. Широкополосный импульсный радар для зондирования ледников с оптическим каналом синхронизации и цифровой обработкой сигналов. /Мачерет Ю.Я., Берикашвили В.Ш., Василенко Е.В. и др. -Датчики и Системы, 2006, №12, с.2-8.

53. Шумский П.А. Механизм скольжения и релаксационные автоколебания. МГИ, вып. 24, 1974, с.59-64.

54. A mean net accumulation pattern derived from radioactive layers and radar soundings on Austfonna, Nordaustlandet, Svalbard. /Pinglot J.F., Hagen J.O., Melvold K. and others. -Journal of Glaciology, vol.47, №159, 2001, p.555-566.

55. Acceleration in thinning rate on western Svalbard glaciers. /Kohler J., James T.D., Murray T. and others. -Geophysical research letters, vol.34, L18502, doi:10.1029/2007GL030681, 2007.

56. Airborne radio echo sounding of sub-polar glaciers in Spitsbergen. /Dowdeswell J.A., Drewry D.J., Liest0l O. and others. -Oslo: Norsk Polarinstitutte Skrifter 182, 1984,- 42p.

57. Alley R.B., Spencer M.K., Anandakrishnan S. Ice-sheet mass balance: assessment, attribution and prognosis. Annals of glaciology, vol.46, 2007, p. 1-7.

58. Bamber J., Krabill W., Paper V., Dowdeswell J. Anomalous recent growth of part of a large Arctic ice cap: Austfonna, Svalbard. Geophysical research letters, vol.31, 2004, p.4

59. Bamber J.L. Internal reflecting horizons in Spitsbergen glaciers. Annals of glaciology, vol.9,1987, p.5-10.

60. Bamber J.L. Radio echo sounding studies of Svalbard glaciers. PhD thesis. -Cambridge University, 1987a.

61. Bamber J.L., Dowdeswell J.A. Remote-sensing studies of Kvit0yjokulen, an ice cap on Kvit0ya, North-East Svalbard. Journal of Glaciology, vol.36, №122, 1990, p.75-81.

62. Bamber J.L., Rivera A. A review of remote sensing methods for glacier mass balance determination. Global and Planetary Change, 2007, doi:10.1016/j.gloplacha.2006.11.031.

63. Changes in geometry and driving stresses during a surge cycle at a tidewater glacier: implications for the surge mechanism. / Murray Т., James T.D., Macheret Y. and others. -Journal of Glaciology (в печати).

64. Digital mapping of the Nordaustlandet ice caps from airborne geophysical investigations. /Dowdeswell J.A., Drewry D.J., Cooper A.P.R. and others. -Annals of glaciology, vol.8, 1986, p.51-58.

65. Dowdeswell J. A. Glaciers in the High Arctic and recent environmental change. Philosophical Transactions of the Royal Society, London, Series A 352,1995, p.321-334.

66. Dowdeswell J.A., Bamber J.L. On the glaciology of Edge0ya and Barents0ya, Svalbard. Polar research, vol.14, №2, 1995, p.105-122.

67. Dowdeswell J.A., Evans S. Investigations of the form and flow of ice sheets and glaciers using radio-echo sounding. Reports on Progress in Physics, vol.67, 2004, p. 1821-1861.

68. Dowdeswell J.A., Hamilton G.S. Hagen J.O. The duration of active phase on surge-type glaciers: contrast between Svalbard and other regions. Journal of Glaciology, vol.37, №127, 1991, p.388-400.

69. Dowdeswell, J.A., Drewry D.J. The dynamics of Austfonna, Nordaustlandet, Svalbard: surface velocities, mass balance and subglacial melt water. Annals of glaciology, vol.12, 1989, p.37-45.

70. Drewry D.J., Liest0l O. Glaciological investigations of surging ice caps in Nordaustlandet, Svalbard, 1983. Polar Record, vol.22, 1985, p.359-378.

71. Dyurgerov M. Glacier Mass Balance and Regime: Data of Measurements and Analysis. -INSTAAR/OP 55, 2002,- 268 p.

72. Dyurgerov M. Mountain and Subpolar Glaciers show an increase in sensitivity to climate warming and intensification of water cycle. Journal of Hydrology, vol. 282, 2003, p. 164176.

73. Elevation changes measured on Svalbard glaciers and ice caps from airborne lidar data. /Bamber J.L., Krabill W., Paper V. and others. -Annals of glaciology, vol.42, 2005, p.202-208.

74. Englacial water distribution in a temperate glacier from surface and borehole radar velocity analysis. /Murray Т., Stuart G.W., Fry M. and others. -Journal of Glaciology, vol.46, №154, 2000, p.389-398.

75. Estimation of relative water content in a subpolar glaciers using surface-penetrating radar. /Hamran S.E., Aarholt E., Hagen J.O. and others. -Journal of Glaciology, vol.42, №142, 1996, p.533-537.

76. Fluctuations of Glaciers 1990-1995, Vol. VII, 1998, 296 p.

77. Fluctuations of Glaciers 1995-2000, Vol. VII, 2005, 288 p.

78. F0rland E. J., Hanssen-Bauer I. Past and future climate variations in the Norwegian Arctic: overview and novel analyses. Polar Research, vol. 22, 2003, p. 113-124.

79. Glacier atlas of Svalbard and Jan Mayen. /Hagen J.O., Liest0l O., Roland E. and others. -Oslo: Norsk Polarinstitutte Meddelelser 129, 1993.-167 p.

80. Glacier balance trends in the Kongsfjorden area, western Spitsbergen, Svalbard, in relation to the climate. /Lefauconnier В., Hagen J.O., 0rbeck J. B. and others. -Polar Research, №18, 1999, p.307-313.

81. Glacier geometry and elevation changes on Svalbard (1936-1990): a baseline dataset. /Nuth C., Kohler J., Aas H.F. and others. -Annals of glaciology, vol.46, 2007, p. 106-116.

82. Glacier mass balance bulletin, No.9, 2007, 100 p.

83. Glacier monitoring from ASTER imagery: accuracy and applications. /Kalib A., Huggel C., Paul F. and others. -В кн.: Observing our Cryosphere from Space. Proceedings of symposium in Bern, Switzerland, 2002: EARSeL-LISSIG, p. 43-53.

84. GLAS (ICESat). Laser altimetry data http://nsidc.org/data/icesat/prelim.html.

85. Glowacki P. Polish activity at Svalbard in the 4'th International Polar Year. An invitation to Asian partners for a common research. Warsaw, 2006.

86. Greenland ice sheet: high-elevation balance and peripheral thinning. /Krabill W., Abdalati W., Frederick W. and others. -Science, №289, 2000, p.428-430.

87. Hagen J.O., Liest0l O. Long-term glacier mass balance investigations in Svalbard. Annals of glaciology, vol.14, 1990, p.102-106.

88. Hagen J. O., Kohler J., Melvold K. Glaciers in Svalbard: Mass balance, runoff, and freshwater flux. Polar Research, vol. 22, 2003a, p.145-159.

89. Hagen J.O., Saaetrang A. Radio-echo soundings of sub-polar glaciers with low-frequency radar. Polar research, vol.9, №1, 1991, p.99-107.

90. Hamilton G.S., Dowdeswell J.A. Controls on glacier surging in Svalbard. Annals of glaciology, vol.42, №140,1996, p.157-168.

91. Hamran S.-E., Aarholt E. Glacier study using wave number domain synthetic aperture radar. Radio Sciences, vol.28, №4, 1993, p.559-570.

92. High-resolution hydrothermal structure of Hansbreen, Spitsbergen, Mapped by ground-penetrating radar. /Moore J.C., Palli A., Ludwig F. and others. -Journal of Glaciology, vol.45, №151, 1999, p.524-532.

93. Hodgkins R., Fox A., Nuttall A.-M. Geometry change between 1990 and 2003 at Finsterwalderbreen, a Svalbard surge-type glacier, from GPS profiling. Annals of glaciology, vol.46, 2007, p. 131-135.

94. Ice-volume changes (1936-1990) and structure of Aldegondabreen, Spitsbergen. /Navarro F.J., Glazovsky A.F., Macheret Yu.Ya. and others. -Annals of glaciology, vol.42, 2005, p.158-162.

95. Is there a single surge mechanism? Contrasts in dynamics between glacier surges in Svalbard and other regions. /Murray Т., Strozzi Т., Luckman A., and others. Journal of Geophysical Research, 108(B5), 2003a, 2237, 10.1029/2002JB001906.97. IPCC, 2007

96. Jiskoot H., Murray Т., Boyle P. Controls on the distribution of surge-type glaciers in Svalbard. Journal of Glaciology, vol.46, №154, 2000, p.412-422.

97. Kotlyakov V.M., Macheret Yu.Ya. Radio-echo sounding of sub-polar glaciers: some problems and results of Soviet studies. Annals of glaciology, vol.9, 1987, p.151-159.

98. Krass M.S., Macheret Y.Y. Formation of the thermal regime of subpolar glaciers under climate change. Proceedings of the International Symposium on Glacier-Ocean-Atmosphere Interactions, St. Petersburg, 1990. IAHS Publ., p. 515-525.

99. Lavrentiev I. Fridtjovbreen changes in XX century from remote sensing data. -В кн.: The dynamics and mass budget of Arctic glaciers. Proceedings of workshop in Pontresina, Switzerland, 2007. IASC Publ., p. 162-164.

100. Liest0l O. Glaciers of Svalbard, Norway. -В кн.: Satellite Image Atlas of Glaciers of the World. Glaciers of Europe. -U.S. Geological Survey Professional Paper, 1993, p.127-151.

101. Macheret Y.Y., Glazovsky A.F. Estimation of absolute water content in Spitsbergen glaciers from radar sounding data. Polar research, vol.19, №2, 2000, p.204-216.

102. Macheret Y.Y., Moskalevsky M.Yu., Vasilenko E.V. Velocity of radio waves in glaciers as an indicator of their hydrothermal state, structure and regime. Journal of Glaciology, vol.39, №132,1993, p.373-384.

103. Macheret Y.Y., Zhuravlev A.B. Radio-echo sounding of Svalbard glaciers. Journal of Glaciology, vol.28, №99, 1982, p.295-314.

104. On the net mass balance of the glaciers and ice caps in Svalbard, Norwegian Arctic. /Hagen J.O., Melvold K., Pinglot F. and others. -Arctic, Antarctic, and Alpine Research, vol.35, №2, 2003b, p.264-270.

105. Positive mass balance during late 20th century on Austfonna, Svalbard, revealed using satellite radar interferometry. /Bevan S., Luckman A., Murray T. and others. -Annals of glaciology, vol.46, 2007, p.l 17-122.

106. Robin G. de Q., Swithinbank C.W.M., Smith B.M.E. Radio echo exploration of the Antarctic ice sheet. IASHPubl., №86, 1971, p.301-312.

107. Sharov A. Studying changes of ice coasts in the European Arctic. -Geo-Mar. Lett, hi tern. J. Mar. Geol., 2004. N10.1007/s00367-004-0197-7.

108. Sharov A.I., Glazovsky A.F., Meyer F. Survey of glacial dynamics in Novaya Zemlya using satellite radar interferometry. Ztschr. Gletscherkunde und Glazialgeol., vol.38, H.l, 2003, p.1-19.

109. Strozzi Т., Luckman A., Murray T. The evolution of a glacier surge observed with ERS satellites. Proceedings of ERS-Envisat Symposium, Gothenburg, Sweden, October 16-20, 2000.

110. Temporal changes in the radiophysical properties of a polythermal glacier in Spitsbergen. /Jania J., Macheret Yu.Ya., Navarro F.J. and others. -Annals of glaciology, vol.42, 2005, p.125-134.

111. The initiation of glacier surging at Fridtjovbreen, Svalbard. /Murray Т., Luckman A., Strozzi T. and others. -Annals of glaciology, vol.36, 2003b, p. 110-116.

112. The Mass Balance of Circum-Arctic Glaciers and Recent Climate Change. /Dowdeswell J.A., Hagen J.O., Bjornsson H. and others. -Quaternary Research, vol.48,1997, p.1-14.

113. The thermal regime of sub-polar glaciers mapped by multi-frequency radio-echo sounding. /Bjornsson H., Gjessing Y., Hamran S.-E. and others. -Journal of Glaciology, vol.42, №140, 1996, p.23-32.

114. Tidewater glaciers in Spitsbergen. /Glazovsky A.F., Macheret Yu.Ya., Moskalevsky M.Yu. and others. -Glacier-Ocean-Atmosphere Interactions: Proceedings of St. Petersburg Symposium, September 1990. -IASH Publ. №208, 1991, p.229-239. 1

115. Voigt U. Ergebnisse der bewegungs messungen an Kongsvegen und Kronebre. Wiss. Ergeb. dt. Spitsbergen exped. 1964-1965. -R.III, 1967, p.70-98.

116. Waite A.H. Ice depth sounding with ultra-high frequency radio waves in the Arctic and

117. Antarctic and some observed over ice altimeter errors. S. Army Signal Research and

118. Development Laboratory, Technical report 2092, 1959.

119. Waite A.H., Johnson R.E. Ice-depth measurements with electromagnetic waves. Arctic and Antarctic Geol. Soc. America. Spec. Paper, №82, 1965.

120. Willis I.C., Rippin D. M., Kohler J. Thermal regime changes of the polythermal Midre Lovenbreen, Svalbard. -В кн.: The dynamics and mass budget of Arctic glaciers. Proceedings of workshop in Pontresina, Switzerland, 2007. IASC Publ., p. 130-133.

121. Yoshioka M., Ito H., Yamaguchi F. Change of glaciers in Spitsbergen Island since 1933 observed with surface photographs. Mem. Nat. Inst. Pol. Res., special issue 59, 2006, p. 134-143.

Информация о работе

Лаврентьев, Иван Иванович
кандидата географических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.31

Диссертация

Строение и режим ледников Земли Норденшельда (Шпицберген) по данным дистанционных исследований - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы