Анализ экологического состояния подстилающей поверхности песчано-солончаковой пустыни Аралкум по ежедневным данным спутника SMOS

В аридных регионах Центральной Азии, испытывающих дефицит воды, первостепенное значение имеет мониторинг процессов опустынивания, активизировавшихся в 60 годах прошлого столетия в результате катастрофического усыхания Аральского моря, и продолжающихся по настоящее время. Основными факторами опустынивания являются суммарное уменьшение и сезонное перераспределение количества осадков в регионе [1], повышение температуры подстилающей поверхности, увеличение продолжительности засушливых периодов, засоление почв в результате ветрового переноса токсичных солей [2]. По спутниковым снимкам MODIS площадь Аральского моря сократилась с 68 тыс. кв. км в 1960-х годах до менее чем 10 тыс. кв.км в 2015 году. Многолетнее усыхание Аральского моря, сопровождавшееся повышением солености воды, привело к образованию на его месте двух отдельных водоемов: Северного Аральского моря и Южного Аральского моря, которое впоследствии распалось на западную (глубоководную) и восточную части. В результате особенно сильного высыхания в 2009 и 2014 восточная часть Южного Аральского моря почти полностью высохла, и на месте оголившегося дна образовалась песчано-солончаковая пустыня Аралкум [3]. Пространственно-временные изменения характеристик растительности и почвы отслежены в окрестностях высохшего Аральского моря за период между 2003 и 2018 годами по данным MODIS Aqua [4].
В результате катастрофического высыхания AS образовалось большое количество соленой пыли, представляющей собой серьезную экологическую угрозу окружающей среде и здоровью человека [5]. Участившиеся пыльные бури привели к деградации растительных сообществ, дальнейшему опустыниванию территорий, значительному ухудшению экологической ситуации не только в Центральной Азии, но и в соседних регионах. Анализ спутниковых снимков Landsat показал, что сокращение водной поверхности Аральского моря более чем на 66% привело к резкому увеличению площадей земель, деградированных за счет почвенного засоления и уничтожения растительности [6].
В данной работе приведен анализ гидрологических изменений на основе сезонной и межгодовой динамики радиояркостных температур подстилающей поверхности, измеренных со спутника SMOS на тестовых участках, расположенных в песчано-солончаковой пустыне Аралкум за период с 2012 по 2021 годы.
Объектом исследования являлись тестовые участки пустыни Аралкум, а для сравнения выбраны тестовые участки степи.
Изучена сезонная динамика Tя(JD) для степного участка, характерная для сезонно-мерзлых почв. В теплый период радиояркостные контрасты Тя ≈ 30 K, связаны с влиянием температуры и влажности почвы, в холодный период радиояркостные контрасты Тя ≈ 60 K связаны с сезонным промерзанием почвы. Специфической особенностью микроволнового излучения является существование четырех периодов с разными радиоизлучательными характеристиками почвенного покрова: 1 – незамерзшая почва; 2 – образование сезонно-мерзлого слоя толщиной d ≤ L (L – скин-слой); 3 – почва с d ≥ L; 4 – оттаивание сезонно-мерзлого слоя.
Изучены Тя(JD) для тестового участка песчано-солончаковой пустыни Аралкум. Изменение годовой динамики Тя(JD) в 2012-2019 годах указывает на происходящие гидрологические изменения. Сезонные изменения Тя от 200 до 270 K связаны с сезонными вариациями температуры (t) подстилающей поверхности. Суточные вариации Tя, достигающие в холодный период 40 K, вызваны колебаниями t вблизи 0°С (днем t > 0°С, ночью t < 0°С) и объясняются процессами замерзания и оттаивания поверхностного слоя почвы.
Обводненные и высохшие участки пустыни Аралкум характеризуются разными зависимостями Тя(JD), изучение которых позволяет определить скорости гидрологических изменений и оценить их влияние на климат.
Из анализа спутниковых данных следует, что закономерности годовой динамики радиояркостных температур подстилающей поверхности Аралкум заметно различаются. Разное поведение радиоизлучательных характеристик засоленных почв, солончаков, водной поверхности обусловливает специфику зависимостей Тя(JD) для каждого тестового участка.
Исследования выполнены в рамках государственного задания ИВЭП СО РАН (проект 1021032422891-7).