Состояние снежного покрова является надежным индикатором природных и антропогенных процессов, происходящих в различных физико-географических условиях. Устойчивый снежный покров позволяет нивелировать отражательные свойства различных подстилающих поверхностей, что позволяет наиболее четко фиксировать различия в освещенности различных участков земной поверхности, а также состояние контактной зоны атмосфера-снежный покров. В силу своей относительной однородности, снежный покров выступает естественным фоном, на котором довольно четко могут прослеживаться различного рода загрязнения. А с учетом изменения своих отражательных свойств в связи с орографическими и метеорологическими условиями, спектральные характеристики снежного покрова потенциально могут являться основой для качественного и количественного анализа экологического состояния территорий.
Связь загрязнения снега с загрязнением атмосферного воздуха, поверхностных вод и земель была убедительно показана еще в конце ХХ века (Прокачева, Усачев, 1989), что побуждает исследователей снова обращаться к изображениям Земли из космоса для определения зон загрязнения снежного покрова (Космические методы…, 1998; Алексеев, 2013). Выявление зон загрязненного снежного покрова проводилось преимущественно по мелкомасштабным обзорным снимкам с метеорологических спутников Метеор, NOAA, позднее при помощи радиометра MODIS (спутники Terra и Aqua), с недавнего времени и спутников Landsat и Sentinel. Исследования имели преимущественно региональный характер.
В рамках настоящей работы объектом исследований стала территория города Мурманск, характеризующаяся достаточно сильным загрязнением угольной пылью, разносимой с территории порта.
Основой для исследований послужили разновременные (2012-2017 гг.) космические снимки высокого и сверхвысокого пространственного разрешения, полученные с космических аппаратов SPOT 5/6 и WorldView 1/2. Использована также цифровая модель местности, созданная на основе космических снимков со спутника SPOT6 с шагом 4 метра.
Ввиду очень высокой неоднородности изучаемой территории, выражающейся в сочетаниях объектов инфраструктуры и теней от них, а также сложных орографических условий, использование автоматизированных методов, направленных на сплошное дешифрирование загрязнения снежного покрова, представляется нецелесообразным.
Исходя из описанных ограничений, была разработана методика, сочетающая в себе элементы экспертного дешифрирования, направленные на выделение участков, где яркость снежного покрова не зависит ни от падающих теней, ни от микрорельефа поверхности, и процедуры геоинформационного анализа.
В результате экспертного дешифрирования было выделено около 400 небольших однородных участков, характеризующих яркость снежного покрова в различных частях города, для каждого из рассматриваемых разновременных космических снимков. Далее на основе статистически осредненных значений яркости в пределах выделенных участков, методами интерполяции была построена серия карт градиента загрязнения снежного покрова.
Дальнейшие работы были направлены на получение качественных и количественных показателей загрязнения снежного покрова и оценку достоверности результатов применения ранее разработанной методики картографирования. В этих целях в марте 2017 года была организована прицельная космическая съемка объекта исследований, а также организованы и проведены комплексные подспутниковые наблюдения, включающие геохимические и спектрометрические работы.
Проведенный корреляционный анализ значений отражательной способности снежного покрова, полученных дистанционными и полевыми методами, а также геохимических показателей позволил выявить взаимосвязи этих величин. На этой основе были получены поправочные коэффициенты для перехода к абсолютным значениям загрязнения снежного покрова (взвешенные вещества мг/дм3). По этим данным были скорректированы ранее созданные разновременные карты загрязнения снежного покрова.
Дальнейшие работы по проекту будут направлены на совершенствование созданной методики и проведение серии полевых работ с целью верификации полученных результатов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 18-05-60221 Арктика.
Литература.
Алексеев В.Р. Снежный покров как индикатор кумулятивного загрязнения земель. // Лёд и Снег, 2013, № 1 (121) , с. 127-140
Загрязнение снежного покрова // Космические методы геоэкологии/Атлас под ред. В.И.Кравцовой, М. Географический ф-т МГУ, 1998, листы 22-26
Прокачева В.Г., Усачев В.Ф. Снежный покров в сфере влияния города. Л.: Гос. гидрологический институт, Гидрометеоиздат, 1989. — 194 с.