Спутниковый мониторинг стамух в Каспийском море

Ледовый режим Каспийского моря носит сезонный характер, но в то же время отличается своей сложностью и изменчивостью в течение всего зимнего периода года. Характерной особенностью ледяного покрова Северного Каспия являются интенсивные подвижки дрейфующего льда, которые обуславливают образование зон значительно торошения, наслоения, сжатия, навалов льда на прибрежную территорию и острова. Сложность и частая изменчивость метеорологических условий (скорость и направление ветра, температура воздуха и т.д.), а также довольно сложный рельеф дна, с большим количеством кос, островов и банок, оказывают значительное влияние на характер ледовых процессов [1].
Обширные зоны наслоенного и всторошенного дрейфующего льда занимают внушительные площади акватории Северного Каспия в зимний период. Наиболее активно процессы торошения и наслоения происходят в период, когда основу ледяного покрова моря составляют молодые льды (серый и серо-белый лёд) толщина которых не превышает 30 см. Но в результате этих динамических процессов максимальная толщина наслоенного льда может достигать 3 метров [2]. Образование больших одиночных торосов или вытянутых барьеров торосов в дальнейшем приводит к тому, что под действием силы тяжести они «продавливают» поля дрейфующего льда и внедряются в грунт морского дна, тем самым образуя стамухи. Стамуха – это торосистое ледяное образование, внедренное в грунт, широко распространены в северной части Каспийского моря [5].
В ФГБУ “НИЦ “Планета” ведется ежегодный спутниковый мониторинг ледовой обстановки Каспийского моря. Разработанная технология оперативного картирования ледовой обстановки [3] сочетает в себе автоматизированные и интерактивные процессы обработки спутниковых данных с привлечением информации от наземных метеорологический станций, расположенных на побережье Северного Каспия. При осуществлении мониторинга ледовой обстановки для обнаружения стамух преимущественно используется информация среднего и высокого пространственного разрешения с российских и иностранных спутников. Применяется метод разновременных спутниковых изображений [4]. Для этого, предварительно, производится комплексирование доступной спутниковой информации видимого, инфракрасного диапазонов с космических аппаратов: «Метеор-М» №2, «Канопус-В», «Канопус-В-ИК», «Ресурс-П» №1 и «Ресурс-П» №2, Landsat-8, «Sentinel-2», спутников серии EOS (Aqua, Terra), NOAA, а также радиолокационные данные «Sentinel-1A» и «Sentinel-1B», с установленным на борту радиолокатором SAR-C с синтезированной апертурой, информация с которого не зависит от погодных условий и времени суток.
В настоящее время наиболее надежным и точным способом обнаружения стамух является интерпретация и анализ изображений ИСЗ опытным ледовым экспертом, который при дешифрировании учитывает различные особенности ледового режима, метеорологические, гидрологические и другие особенности моря [4]. Выявление стамух, находящихся среди дрейфующего льда, на разновременных спутниковых изображениях производится по ряду следующих признаков: а) постоянное географическое положение относительно непрерывно находящегося в движении дрейфующего льда, дрейф которого зависит от скорости и направления ветра; б) наличие вытянутого пространства чистой воды, образующегося на подветренной стороне стамухи и меняющего свое местоположение при смене направления ветра; в) большое количество мелкобитого льда перед стамухой, среди больших и огромных ледяных полей дрейфующего льда. Во время интенсивного дрейфа льда стамуха, являясь неподвижным препятствием, как ледокол крушит ледяные поля [5]. В результате торошения происходит увеличение её размеров. В период очищения акватории моря ото льда основным признаком наличия стамухи является их постоянное географическое положение на разновременных спутниковых изображениях. Как правило, наиболее крупные стамухи ещё некоторое время существуют среди пространства чистой воды.
В докладе приведены карты-схемы распространения наиболее крупных стамух в Северном Каспии, за период с 2012 г. по 2018 год, выявленные во время разрушения ледяного покрова. При проведении анализа, полученных карт распространения стамух с картами-схемами ледовой обстановки, была замечена такая закономерность, что большое количество крупных стамух образуются не только в «местах контакта» дрейфующего льда с припаем, но и в обширных однородных, по своим возрастным характеристикам, зонах дрейфующего льда, которые на протяжении всего холодного периода подвергались значительному перемещению, интенсивным подвижкам, частому изменению направления дрейфа льда с образованием довольно больших полыней среди сплоченного дрейфующего льда. Как правило, толщина льда в таких однотипных зонах достигает от 10 см до 30 см и более, т.е. на возрастных стадиях молодых и однолетних льдов.
Также в докладе представлены фрагменты спутниковых снимков Мангышлакского залива и района Тюленьих островов Каспийского моря с зафиксированными на них следами воздействия ледовых торосистых образований (экзарации), в том числе и стамух, на дно моря. В этом месте Северного Каспия следы экзарации, на спутниковой информации, прослеживаются уже несколько лет подряд. В частности, в марте 2017 года они были обнаружены на спутниковом изображении КА «Sentinel-2» / MSI, разрешение 10 м и КА «Landsat-8» / OLI, разрешение 30 м. На снимках были видны не только одиночные борозды, но и системы борозд. Ширина борозд выпахивания составляла от 70 до 160 метров, а длины колебались в пределах от 1.5 до 3 километров. Длина отдельных, наиболее крупных, борозд достигала 10.9 км, а ширина 457 метров. Измерение размеров производилось в среде ГИС. Глубины моря, в местах со следами экзарации, примерно составляли от 1 до 2.5 метров. Весной 2018 года экзарационные следы были выявлены на снимках с космических аппаратов «Канопус-В» / ПСС, разрешение 3.5 м и «Sentinel-2» / MSI, разрешение 10 м.