Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 5. С. 130-139
Применение наземного лазерного сканера при изучении годовой и межгодовой изменчивости термокарста в Центральной Якутии
В.М. Лыткин
1, 2 , Н.И. Башарин
1, 2 , А.Ф. Жирков
1 , А.Р. Кириллин
1 , М.А. Сивцев
1, 2 1 Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, Якутск, Россия
2 Институт гуманитарных исследований и проблем малочисленных народов Севера СО РАН, Якутск, Россия
Одобрена к печати: 18.09.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-5-130-139
Происходящие изменения климатических параметров влияют на температурный режим верхних горизонтов многолетнемёрзлых пород, что приводит к развитию опасных криогенных процессов, в особенности к усилению термокарста на территориях с сильнольдистыми грунтами. Изменение ландшафтных условий оказывает негативное влияние на хозяйственную детальность местных сообществ Арктической зоны, поэтому всестороннее изучение термокарста становится актуальной задачей современных геокриологических исследований. В статье представлены результаты применения наземного лазерного сканера при изучении годовой и межгодовой динамики термокарста на ключевом участке исследования вблизи с. Чапчылган Амгинского р-на Республики Саха (Якутия). Полученные результаты на основе сравнительного анализа разновременной цифровой модели рельефа показали, что поверхность в пределах исследуемого участка, охваченная первичными формами термокарста (былларами), опускается в среднем на 6,7 см в год. На участках, где застаиваются весенние талые воды, просадки могут достигать до 20 см в год. Данные, полученные с помощью наземного лазерного сканера, были сопоставлены с результатами нивелирной съёмки по 19 точкам и показали относительную погрешность в 32 % для годового цикла наблюдений. Кроме расчёта вертикальных деформаций поверхности с помощью применённого метода можно получить данные об объёмах вытаявшего льда, глубине межбылларных западин и цифровую модель местности наблюдаемого участка с сантиметровым разрешением.
Ключевые слова: термокарст, наземный лазерный сканер, многолетнемерзлые породы, деградация мерзлоты, ледовый комплекс, дистанционное зондирование
Полный текстСписок литературы:
- Соловьев П. А. Криолитозона северной части Лено-Амгинского междуречья. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 143 с.
- Anisimov O., Reneva S. Permafrost and changing climate: The Russian perspective // AMBIO. 2006. V. 35. No. 4. P. 169–175.
- Biskaborn B. K., Smith S. L., Noetzli J. et al. Permafrost is warming at a global scale // Nature Communications. 2019. V. 10. P. 2041–2723. DOI: 10.1038/s41467-018-08240-4.
- Calders K., Disney M. I., Armston J. et al. Evaluation of the range accuracy and the radiometric calibration of multiple terrestrial laser scanning instruments for data interoperability // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2017. V. 55. P. 2716–2724. DOI: 10.1109/TGRS.2017.2652721.
- Dixon J. C. Response of Periglacial Geomorphic Processes to Global Change // Treatise on Geomorphology. 2nd ed. 2022. V. 9. P. 440–457. DOI: 10.1016/B978-0-12-818234-5.00012-2.
- Fedorov A. N., Gavriliev P. P., Konstantinov P. Y. et al. Estimating the water balance of a thermokarst lake in the middle of the Lena River basin, eastern Siberia // Ecohydrology. 2014. V. 7. No. 2. P. 188–196. DOI: 10.1002/eco.1378.
- Fedorov A. N., Vasilyev N. F., Torgovkin Y. I. et al. Permafrost-Landscape Map of the Republic of Sakha (Yakutia) on a Scale 1:1 500 000 // Geosciences. 2018. V. 8. Article 465. DOI: 10.3390/geosciences8120465.
- Fischer L., Kääb A., Huggel C., Noetzli J. Geology, glacier retreat and permafrost degradation as controlling factors of slope instabilities in a high-mountain rock wall: the Monte Rosa east face // Nature Hazards Earth System Sciences. 2006. No. 6. P. 761–772. DOI: 10.5194/nhess-6-761-2006.
- Günther F., Overduin P. P., Sandakov A. V. et al. Short- and long-term thermo-erosion of ice-rich permafrost coasts in the Laptev Sea region // Biogeosciences. 2013. V. 10. P. 4297–4318. DOI: 10.5194/bg-10-4297-2013.
- Jin H., Wu Q., Romanovsky V. E. Editorial: Degrading permafrost and its impacts // Advances in Climate Change Research. 2021. V. 12. No. 1. P. 1–5. DOI: 10.1016/j.accre.2021.01.007.
- Jorgenson M. Thermokarst terrains // Treatise on Geomorphology. San Diego, California: Academic Press, 2013. P. 313–324. DOI: 10.1016/B978-0-12-374739-6.00215-3.
- Kokelj S. V., Jorgenson M. T. Advances in thermokarst research // Permafrost and Periglacial Processes. 2013. V. 24. No. 2. P. 108–119. DOI: 10.1002/ppp.1779.
- Konishchev V. N. Permafrost response to climate warming // Earth’s Cryosphere. 2011. V. 15. No. 4. P. 15–18.
- Lewkowicz A. G., Way R. G. Extremes of summer climate trigger thousands of thermokarst landslides in a High Arctic environment // Nature Communications. 2019. V. 10. Article 1329. DOI: 10.1038/s41467-019-09314-7.
- Liljedahl A., Boike J., Daanen R. et al. Pan-Arctic ice-wedge degradation in warming permafrost and its influence on tundra hydrology // Nature Geoscience. 2016. V. 9. P. 312–318. DOI: 10.1038/ngeo2674.
- Lytkin V., Suleymanov A., Vinokurova L. et al. Influence of permafrost landscapes degradation on livelihoods of Sakha Republic (Yakutia) rural communities // Land. 2021. V. 10. No. 2. Article 101. DOI: 10.3390/land10020101.
- Morgenstern A., Overduin P. P., Günther F. et al. Thermo-erosional valleys in Siberian ice-rich permafrost // Permafrost and Periglacial Processes. 2021. V. 32. No. 1. P. 59–75. DOI: 10.1002/ppp.2087.
- Osterkamp T. E., Jorgenson M. T., Schuur E. A. G. et al. Physical and ecological changes associated with warming permafrost and thermokarst in Interior Alaska // Permafrost Periglacial Processes. 2009. V. 20. No. 3. P. 235–256. DOI: 10.1002/ppp.656.
- Rowland J. C., Jones C. E., Altmann G. et al. Arctic landscapes in transition: responses to thawing permafrost // EOS, Trans. American Geophysical Union. 2010. V. 91. No. 26. P. 229–230. DOI: 10.1029/2010EO260001.
- Runge A., Nitze I., Grosse G. Remote sensing annual dynamics of rapid permafrost thaw disturbances with LandTrendr // Remote Sensing of Environment. 2022. V. 268. Article 112752. DOI: 10.1016/j.rse.2021.112752.
- Saito H., Iijima Y., Basharin N. I. et al. Thermokarst development detected from high-definition topographic data in Central Yakutia // Remote Sensing. 2018. V. 10. No. 10. Article 1579. DOI: 10.3390/rs10101579.
- Shestakova A. A., Fedorov A. N., Torgovkin Y. I. et al. Mapping the Main Characteristics of Permafrost on the Basis of a Permafrost-Landscape Map of Yakutia Using GIS // Land. 2021. V. 10. No. 5. Article 462. DOI: 10.3390/land10050462.
- Smith S. L., O’Neill H. B., Isaksen K. et al. The changing thermal state of permafrost // Nature Reviews Earth Environment. 2022. V. 3. P. 10–23. DOI: 10.1038/s43017-021-00240-1.
- Soudarissanane S., Lindenbergh R., Menenti M., Teunissen P. Scanning geometry: Influencing factor on the quality of terrestrial laser scanning points // ISPRS J. Photogrammetry and Remote Sensing. 2011. V. 66. P. 389–399. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2011.01.005.
- Streletskiy D. A., Suter L. J., Shiklomanov N. I. et al. Assessment of climate change impacts on buildings, structures and infrastructure in the russian regions on permafrost // Environmental Research Letters. 2019. V. 14. No. 2. Article 25003. DOI: 10.1088/1748-9326/aaf5e6.
- Tananaev N., Lotsari E. Defrosting northern catchments: Fluvial effects of permafrost degradation // Earth-Science Reviews. 2022. V. 228. Article 103996. DOI: 10.1016/j.earscirev.2022.103996.
- Veremeeva A., Nitze I., Günther F. et al. Geomorphological and climatic drivers of thermokarst lake area increase trend (1999–2018) in the Kolyma lowland yedoma region, North-Eastern Siberia // Remote Sensing. 2021. V. 13. No. 2. Article 178. DOI: 10.3390/rs13020178.
- Zhirkov A., Sivtsev M., Lytkin V. et al. An Assessment of the Possibility of Restoration and Protection of Territories Disturbed by Thermokarst in Central Yakutia, Eastern Siberia // Land. 2023. V. 12. No. 1. Article 197. DOI: 10.3390/land12010197.