Применение NDVI-Sentinel-2 для картирования селевых потоков дождевого генезиса в горах Заилийского Алатау после прохождения мощного циклона 1-4 июля 2026 года

Хребет Заилийский Алатау (4973 м), протянулся с запада на восток, примерно на 350 м. Эта горная структура относится к системе Северного Тянь-Шаня и расположена в Центральной Азии на территории Казахстана. Хребет характеризуется альпийским типом рельефа. Горное оледенение, расположенное в центральной части хребта, существенно сократилось в последние десятилетия и на текущий момент занимает площадь около 200 км2.
Через северные предгорные равнины, примыкающие к возвышенной, центральной части Заилийского Алатау, протекают многочисленные небольшие горные реки снежно-ледового питания. На этих землях имеется развитое земледелие и расположено большое количество населенных пунктов, включая крупнейший город Казахстана, г. Алматы (2,4 млн. человек). Территория города составляет около 700 км2 и через нее протекают три горные реки: Аксай, Улькен Алматы и Киши Алматы.
Одним из типичных и весьма опасных гидрологических явлений в горной местности являются сели, которые в данной местности обычно представляют собой грязекаменные потоки. Эти события могут характеризоваться значительным объемами перемещаемых рыхлообломочных материалов, сопровождаться серьезными экономическими последствиями для инфраструктуры народного хозяйства и создавать угрозы для жизни людей. В последние десятилетия катастрофические сели связаны с прорывом ледниковых озер, однако и сели дождевого генезиса представляют определенную опасность. К селям дождевого генезиса относят русловые грязекаменные потоки, которые внезапно возникают в бассейнах небольших горных рек, ручьев и временных водотоков в условиях продолжительных, интенсивных, жидких осадков.
Интенсивные осадки, свыше 50 мм в сутки, в горной местности могут продуцировать сели дождевого генезиса. С точки зрения регистраций этих явлений в горной местности Заилийского Алатау, наибольший интерес представляет анализ состояния крутых склонов, сложенных рыхлообломочными материалами со слабо развитой растительностью, на которых селевые потоки возникают в первую очередь. В основном это высокогорные территории, непосредственно примыкающие к нивально-гляциальной зоне. Селевые врезы и рытвины северного склона Заилийского Алатау достигают высот 3300 м над уровнем моря. Т.е. практически вплотную подходят к конечным моренам и открытым концам ледников, расположенным на высотах около 3500 м над уровнем моря.
Прохождение фронтальной системы мощного циклона 1-4 июля 2026 через хребет Заилийского Алатау вызвало выпадение сильных осадков в горной местности. Наиболее активная фаза циклона пришлась на 1 июля 2026 г., когда через горный хребет проходил атмосферный фронт с чётко выраженной линией неустойчивости. На его передней кромке развилась интенсивная конвекция, обеспечившая ливневые осадки, грозы и град. Таким образом, погода в горном хребте Заилийский Алатау в первые дни июля 2026 года определялась серией из нескольких атмосферных фронтов, в системе активного циклона, на фоне устойчиво неустойчивой стратификации атмосферы. Многократное чередование интенсивных ливневых осадков создало благоприятные гидрометеорологические предпосылки для формирования селевых явлений дождевого генезиса.
Принципы спутниковой регистрации селевых проявлений дождевого генезиса в хребте Заилийского Алатау базировались на стандартном подходе, основанном на анализе спектральных характеристик территорий до и после ливневых осадков. Распознавание изменений на подстилающей поверхности представляет собой одну из наиболее типичных задач спутникового мониторинга. В случае задачи обнаружения следов селей по данным Sentinel-2 методика обработки данных упрощается, поскольку речь идет об явлениях, обычно, полностью уничтожающих растительный покров в зоне своего влияния. Поэтому, наиболее удобными параметрами является разница значений вегетационного индекса до и после события.
В качестве вегетационного индекса в данном исследовании использовался стандартный нормализованный разностный вегетационный индекс (Normalized Difference Vegetation Index [NDVI]), рассчитываемый с использованием спектральных каналов 4 и 8 Sentinel-2 (Band 4 – RED (665 нм); Band 8 – NIR (877 нм)) по стандартной формуле: NDVI = (NIR−RED)/(NIR+RED).
Анализ разницы в значениях вегетационного индекса требует, чтобы фазы развития растительности на спутниковых сценах были близки. В случае если облачный покров, весьма типичный для горной местности, не позволяет обеспечить соблюдение этого условия за счет близости дат съёмки, тогда в качестве опорного снимка можно использовать спутниковые покрытия близких календарных дат с разрывом в год. Явления сильных ливневых осадков в Заилийском Алатау случаются не каждый год. Поэтому, ошибка отнесения следов селепроявления иных календарных дат к анализируемому событию невелика.
При проведении исследования использовались безоблачные снимки Sentinel-2 (разрешение 10 м) датированные 27.07.2025 и 18.07.2026 гг. Сцена разницы NDVI 2025 – NDVI 2026 использовалась для картирования склоновых селевых потоков. Экспертное картирование селевых событий базировалось на морфологическом анализе положительных аномалий значений разницы NDVI. В качестве дополнительной информации для принятия решения использовались псевдоцветные композиты Sentinel-2 в естественных тонах. Это позволяло исключить положительные аномалии, как следствия наличия остатков лавин во временных водотоках и руслах небольших ручьев, присутствовавших только на снимке 2026 года. В качестве валидации использовались снимки субметрового разрешения из сервиса Google-Earth, датированные до и после события ливневых осадков, в случае их наличия. А также результаты наземного обследования фрагмента русла р. Левый Талгар (Заилийский Алатау).
После прохождения циклона 1-4 июля 2026 года на северном склоне Заилийского Алатау, относящегося к территории Казахстана, было выявлено 95 событий селевых потоков. Детальное спутниковое картирование селей, включая небольшие по размеру события, представляет значительных интерес. Возможно более детальная регистрация всех подобных явлений важна для лучшего понимания процесса взаимодействия горных территорий Заилийского Алатау с интенсивными и продолжительными жидкими осадками. Отсутствие детальной информации о реакции горной территории на интенсивные жидкие осадки затрудняет развитие методов прогнозов селей дождевого генезиса и их последствий. В настоящее время сели небольшого размера, не приведшие к экономическому ущербу, особенно в высокогорных, труднодоступных территория не регистрируются вовсе.
Работа выполнена при финансовой поддержке программно-целевого финансирования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан, проект Aeroscope № BR28713375.