Применение спутниковых данных NOAA/AVHRR для определения максимальных влагозапасов снежного покрова в Северном Казахстане

Для большей части зерносеющих районов Северного Казахстана, относящихся к зоне рискованного земледелия, сведения о запасах и динамике накопления снега имеют важное значение. Снег является аккумулятором зимних осадков (30–40% годовой нормы). Запасы влаги остающиеся в почве после схода снежного покрова, зачастую являются основным лимитирующим фактором вегетации сельскохозяйственных культур (яровая пшеница, ячмень) в Северном Казахстане.
Изучение снежного покрова представляет значительный интерес, поскольку эти сведения определяют сроки проведения полевых работ, расчет оптимального количества удобрений, общий объем и последовательность работ на полях и как следствие прогноз урожая.
Наземные методы наблюдения за снежным покровом не всегда позволяют выявить вариации пространственного распределения снежного покрова. В равнинных условиях вариации снежного покрова определяются различиями в характере землепользования и особенностями рельефа и накладываются на пространственную изменчивость, обусловленную неравномерностью распределения твердых осадков. Для пространственной оценки параметров снежного покрова, при существующем количестве метеорологических станций (МС), данные дистанционного зондирования (ДДЗ) могут стать существенным дополнением.
Задача определения влагосодержания снежного покрова с использованием спутниковым данным состоит из двух основных частей: идентификация (распознавание) на снимке снежного покрова и определение его параметров.
Для решения данной задачи была разработана следующая схема оценки влагосодержания снежного покрова по спутниковым и наземным измерениям, которая основывается на следующих пунктах:
1. Разработка ГИС снимков снежного покрова.
2. Определение дат схода снежного покрова и начала таяния по спутниковым данным.
3. Расчет коэффициента стаивания снежного покрова по данным наземных метеостанций.
4. Определение положительных сумм температур в срок 15 часов за период снеготаяния на основе данных с наземных МС и интерполяция их в узлы сетки
5. Построение карты запасов влаги в снежном покрове
6. Автоматизация обработки ввода и вывода данных

Наличие снега на открытых безлесных участках определяется по спутниковым данным в настоящее время с большой точностью и достоверностью.
Для анализа и представления данных дистанционного зондирования была создана ГИС на базе СУБД MS Access и инструментального пакета ArcGIS.
Решение задачи определения влагосодержания снежного покрова с помощью данных дистанционного зондирования, основано на взаимосвязи элементов теплового и водного баланса.
Определение влагозапасов снежного покрова базируется на определении коэффициента стаивания, т.е. на определении количественной связи между суммами положительных температур воздуха и количества стаявшего снега в водном эквиваленте, поскольку в общем случае из множества факторов влияющих на снеготаяние основная роль принадлежит притоку тепла.
Для расчета коэффициента стаивания было применено специально разработанное в среде Borland Delphi программное обеспечение «ПРаКС», для расчета метеорологических величин с наземных метеостанций, снимки NOAA/AVHRR с 2001 по 2009 гг., для определения динамики снеготаяния и построения карт с датами схода снежного покрова.
Расчет коэффициента стаивания проводился по метеостанциям (МС) Северного Казахстана: Акколь, Аркалык, Аршалы, Балкашино, Джетыгара, Егиндыколь, Жаксы, Карасу, Пресногорьковка, Рудный, Рузаевка, Сергеевка, Чкалова, Щучинск за 2001-2009 гг.
По итогам расчетов получено среднее значение коэффициента стаивания (КСТ), равное 1,9 мм/оС. На основе КСТ, были рассчитаны карты (регулярная сетка грид с шагом 10 км) максимальных влагозапасов снежного покрова в Северном Казахстане за 2007-2009 гг. Анализ карт подтвердил очевидные предположения, что распределение максимальных влагозапасов снежного покрова с высокой точностью соответствует карте дат схода снежного покрова построенной по спутниковым данным.
Результаты проведенной верификации точности определения влагозапасов по всем МС за 2007-2009 годы, показали, что в дальнейшем уточнений нуждаются коэффициент стаивания (порядка десятых долей), а также необходимо совершенствовать методику верификации.