Исследование снежного покрова юга Западной Сибири

На территории РФ снежный покров является весьма распространенным, он оказывает существенное влияние на климат, бытовую и хозяйственную деятельность человека, поэтому мониторинг характеристик снега является важной задачей. Решение этой задачи предполагает создание физических или хотя бы корреляционных моделей, связывающих наблюдаемые (пространственные, спектрально-яркостные и др.) и практически значимые (водный эквивалент, толщина, плотность и др.) характеристики снежного покрова. Данная работа посвящена экспериментальному исследованию подобных взаимосвязей.
Исследуемая территория включала в себя южную (степную и лесостепную) часть Западносибирской равнины, а также степные территории Северного Казахстана и была ограничена географическими координатами: от 52 до 59 градусов с.ш. и от 65 до 82 градусов в.д. В ходе наземного эксперимента и последующей камеральной обработки определялись следующие физико-механические параметры снежного покрова: высота, плотность, водный эквивалент, объемная и массовая доля пылевых и сажевых загрязнений. Временной интервал исследования – зимний сезон, начиная с ноября по апрель за 2006-2014 годы. В данных ДЗЗ были использованы имеющиеся в условно свободном доступе данные со следующих спутниковых платформ и радиометров: MODIS (спутники TERRA и AQUA), TM (LANDSAT – 5), ETM+ (LANDSAT – 7). Все накопленные данные были сведены в единый массив, который позволил исследовать взаимосвязи наблюдаемых и наземных данных, а также погрешности наземных и спутниковых измерений.
В результате исследований сделаны следующие выводы.
1. Пороговый алгоритм картирования снежного покрова по спутниковым изображениям, использующий аппроксимационное выражение АЧХ НЧ фильтра Баттерворта, позволяет устойчиво решить поставленную задачу. Алгоритм сохраняет работоспособность в интервале исследованных широт, его работоспособность не зависит от вида подстилающей поверхности (степь, лес, город и т.д.). Использование алгоритма позволяет выявить локальные особенности процесса таяния снега, определяемые физико-географическими условиями конкретного участка земной поверхности, пространственное разрешение алгоритма определяется используемыми данными, в нашем случае было не хуже 250м.
2. Известные алгоритмы оценки влагозапаса снежного покрова требуют уточнения по данным конкретного региона. В случае исследованных степных и лесостепных территорий наибольшую точность дает алгоритм, разработанный для слабо метаморфизированного снега, возрастом 2-5 суток. Статистическое исследование погрешностей показало наличие асимптотического нижнего предела для величины относительной погрешности, который составляет 15-20% для наземных измерений 30-35 % для алгоритмов восстановления влагозапаса снега по данным ДЗЗ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках базовой части госзадания № 2014/336 по проекту №1744