Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2026. Т. 23. № 1. С. 123-139
Изменения поля силы тяжести Земли — индикатор деградации зоны многолетней мерзлоты
А.В. Киселев 1 , В.И. Горный 1 , А.А. Тронин 1 1 Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр РАН, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 28.10.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-1-123-139
Исследование направлено на разработку технологии спутникового мониторинга состояния многолетней мерзлоты. Цель заключалась в проверке гипотезы снижения поля силы тяжести Земли при деградации многолетней мерзлоты под влиянием потепления климата. Основой гипотезы стал признак деградации многолетней мерзлоты — возрастание мощности сезонно-талого слоя. При росте глубины оттаивания и выносе в океан дополнительной массы сезонно-талых вод следовало ожидать снижение поля силы тяжести Земли. Базовым дистанционным методом проверки гипотезы выбрана спутниковая вариационная гравиметрия, выполнявшаяся системой спутников GRACE (англ. Gravity Recovery And Climate Experiment) за прошедшие два десятилетия. Анализ опирался на данные длительных режимных наблюдений за многолетней мерзлотой в скважинах (проект CALM (англ. Circumpolar Active Layer Monitoring Network)) и на цифровые карты линейных трендов температуры подстилающей поверхности, вегетационного индекса и осадков. Показано, что результаты спутниковой вариационной гравиметрии отражают рост мощности сезонно-талого слоя, что подтвердило выдвинутую гипотезу. В зоне многолетней мерзлоты Северной Евразии выявлены пространственно-временные особенности реакции поля силы тяжести Земли на потепление. За последние два десятилетия процесс деградации зоны многолетней мерзлоты Северной Евразии достоверно выявлен к западу от меридиана 140° в. д. К востоку от этого меридиана по материалам спутниковых съёмок пока не выявлено достоверных признаков деградации. Высказано предположение, что к востоку от меридиана 140° в. д. (бассейн р. Колымы и п-ов Чукотка) процесс деградации многолетней мерзлоты находится на начальном этапе и для его достоверного спутникового картирования требуется более длительный мониторинг. Получена достоверная регрессионная зависимость между суммой активной температуры подстилающей поверхности зоны многолетней мерзлоты Северной Евразии и толщиной эффективного слоя влаги в сентябре, рассчитанного по данным съёмок спутниками GRACE. В результате за последние два десятилетия верхняя оценка подъёма уровня Мирового океана из-за дополнительного поступления талых вод из зоны многолетней мерзлоты Северной Евразии не превысила 0,7 мм. Актуальность исследования определяется продолжающимся потеплением климата и связанными с этим угрозами разрушения зданий и линейных сооружений при деградации многолетней мерзлоты и повышения уровня Мирового океана.
Ключевые слова: потепление климата, Евразия, мерзлота, спутники, подстилающая поверхность, поле силы тяжести Земли, температура, вегетационный индекс, тренды, сезонно-талый слой, деградация мерзлоты
Полный текстСписок литературы:
- Анисимов О. А., Кокорев В. А. Моделирование мощности сезонноталого слоя с учетом изменений климата и растительности: прогноз на середину XXI века и анализ неопределенностей // Криосфера Земли. 2017. Т. 21. № 2. С. 3–10. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-2(3-10).
- Василевская Л. Н., Сточкуте Ю. В. Анализ многолетней изменчивости атмосферных осадков и высоты снежного покрова на Северо-Востоке России за 1966–2014 гг. // Ученые записки Казанского ун-та. Сер. естеств. науки. 2017. Т. 159. Кн. 4. С. 681–699.
- Гельфан А. Н., Фролова Н. Л., Магрицкий Д. В. и др. Влияние изменения климата на годовой и максимальный сток рек России: оценка и прогноз // Фундам. и приклад. климатология. 2021. Т. 7. № 1. С. 36–79. DOI: 10.21513/2410-8758-2021-1-36-79.
- Горный В. И., Шилин Б. В., Ясинский Г. И. Тепловая аэрокосмическая съемка. М.: Недра, 1993. 128 с.
- Достовалов Б. Н., Кудрявцев В. А. Общее мерзлотоведение. М.: Изд-во МГУ, 1967. 403 с.
- Дроздов Д. С., Украинцева Н. Г., Царев А. М., Чекрыгина С. Н. Изменения температурного поля мерзлых пород и состояния геосистем на территории Уренгойского месторождения за последние 35 лет (1974–2008) // Криосфера Земли. 2010. Т. 14. № 1. С. 22–31.
- Киселёв А. В., Муратова Н. Р., Горный В. И., Тронин А. А. Связь запасов продуктивной влаги в почве с полем силы тяжести Земли (по данным съемок спутниками GRACE) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 6. С. 7–16.
- Киселёв А. В., Горный В. И., Крицук С. Г. и др. Индикация опасных природных явлений вариациями гравитационного поля Земли (по данным спутниковых съемок системой GRACE) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 6. С. 13–28. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-6-13-28.
- Матвеев Л. Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. 874 с.
- Arendt A. A., Luthcke S. B., Larsen C. F. et al. Validation of high-resolution GRACE mascon estimates of glacier mass changes in the St Elias Mountains, Alaska, USA, using aircraft laser altimetry // J. Glaciology. 2008. V. 54. No. 188. P. 778–787. https://doi.org/10.3189/002214308787780067.
- Bibi S., Wang L., Li X. et al. Response of groundwater storage and recharge in the Qaidam Basin (Tibetan Plateau) to climate variations from 2002 to 2016 // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2019. V. 124. P. 9918–9934. https://doi.org/10.1029/2019JD030411.
- Bjorkman A. D., Myers-Smith I. H., Elmendorf S. C. et al. Plant functional trait change across a warming tundra biome // Nature. 2018. V. 562. No. 7725. P. 57–62. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0563-7.
- Boergens E., Kvas A., Eicker A. et al. Uncertainties of GRACE based terrestrial water storage anomalies for arbitrary averaging regions // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2022. V. 127. Article e2021JB022081. https://doi.org/10.1029/2021JB022081.
- Dahle Ch., Murböck M., Flechtner F. et al. The GFZ GRACE RL06 monthly gravity field time series: Processing details and quality assessment // Remote Sensing. 2019. V. 11. No. 18. Article 2116. DOI: 10.3390/rs11182116.
- Dobslaw H., Boergens E. GravIS terrestrial water storage anomaly level-3 products for GFZ GravIS RL06 (V. 0006). COST-G GravIS RL01 (V. 0005): Technical note. GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, 2025. 6 p.
- Gornyy V. I., Balun O. V., Kiselev A. V. et al. Multiyear variations of soil moisture availability in the East European Plain // Geography, Environment, Sustainability. 2023. V. 16. No. 4. P. 120–124. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2023-2811.
- Hamlington B. D., Bellas-Manley A., Willis J. K. et al. The rate of global sea level rise doubled during the past three decades // Communications Earth and Environment. 2024. V. 5. Article 601. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01761-5.
- Landerer F. W., Swenson S. C. Accuracy of scaled GRACE terrestrial water storage estimates // Water Resources Research. 2012. V. 48. Article W04531. 11 p. DOI: 10.1029/2011WR011453.
- Landerer F. W., Dickey J. O., Güntner A. Terrestrial water budget of the Eurasian pan‐Arctic from GRACE satellite measurements during 2003–2009 // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2010. V 115. Article D23115. DOI: 10.1029/2010JD014584.
- Moholdt G., Wouters B., Gardner A. S. Recent mass changes of glaciers in the Russian High Arctic // Geophysical Research Letters. 2012. V. 39. Article L10502. DOI: 10.1029/2012GL051466.
- Muskett R. R., Romanovsky V. E. Groundwater storage changes in arctic permafrost watersheds from GRACE and in situ measurements // Environmental Research Letters. 2009. V. 4. Article 045009. 8 p. DOI: 10.1088/1748-9326/4/4/045009.
- Obu J., Westermann S., Bartsch A. et al. Northern Hemisphere permafrost map based on TTOP modelling for 2000–2016 at 1 km2 scale // Earth-Science Reviews. 2019. V. 193. P. 299–316. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.04.023.
- Panet I., Pollitz F., Mikhailov V. et al. Upper mantle rheology from GRACE and GPS postseismic deformation after the 2004 Sumatra-Andaman earthquake // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2010. V. 11. No. 6. Article Q06008. DOI: 10.1029/2009GC002905.
- Romanovsky V. E., Drozdov D. S., Oberman N. G. et al. Thermal state of permafrost in Russia // Permafrost and Periglacial Processes. 2010. V. 21. P. 136–155. DOI: 10.1002/ppp.683.
- Steffen H., Gitlein O., Denker H. et al. Present rate of uplift in Fennoscandia from GRACE and absolute gravimetry // Tectonophysics. 2009. V. 474. P. 69–77. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.01.012.
- Swenson S., Wahr J. Post-processing removal of correlated errors in GRACE data // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. Article L08402. DOI: 10.1029/2005GL025285.
- Tapley B. D., Bettadpur S., Watkins M., Reigber C. The Gravity Recovery and Climate Experiment: Mission overview and early results // Geophysical Research Letters. 2004. V. 31. Article L09607. DOI: 10.1029/2004GL019920.
- Velicogna I., Sutterley T. C., van den Broeke M. R. Regional acceleration in ice mass loss from Greenland and Antarctica using GRACE time-variable gravity data // Geophysical Research Letters. 2014. V. 41. P. 8130–8137. https://doi.org/10.1002/2014GL061052.
- Vishwakarma B. D., Devaraju B., Sneeuw N. What is the spatial resolution of GRACE satellite products for hydrology? // Remote Sensing. 2018. V. 10. No. 6. Article 852. DOI: 10.3390/rs10060852.