Реконструкция динамики берегов Западного Ямала на основе анализа разновременных аэрокосмических материалов и моделирования ветрового волнения

В условиях глобального потепления и снижения ледовитости арктических морей прогноз развития береговой зоны является важнейшей фундаментальной задачей. Ввиду труднодоступности объекта исследований и сложности организации полевых наблюдений, неотъемлемой частью береговых исследований являются методы дистанционного зондирования. К настоящему времени для многих регионов Арктики получены данные о фактической скорости смещения береговой линии (Lantuit et al., 2012), однако сложный характер взаимодействия геологических и климатических факторов, техногенного воздействия в динамике арктических берегов требует дальнейшей количественной оценки. В данной работе на основе сопряженного анализа разновременных космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения, данных полевой геокриологической и геоморфологической съёмки рельефа и отложений береговой зоны, а также расчета временной изменчивости гидрометеорологического потенциала, параметров ветрового волнения с помощью модели WaveWatch III была проведена оценка факторов динамики берегов Карского Моря на примере пос. Харасавэй, Западный Ямал.
Для оценки скорости смещения береговой линии была использована традиционная для береговых исследований методика, включающая в себя привязку аэро- и космических снимков, оценку точности их привязки, оцифровку береговых линий и последующий расчет скоростей разрушения или аккумуляции с использованием Digital Shoreline Analysis System v.5.1 (Himmelstoss et al., 2021). Привязка, ортокоррекция космических снимков и оцифровка береговой линии осуществлялись в среде ArcGIS. Итоговая ошибка определялась как корень из суммы квадратов пространственного разрешения космического снимка и среднеквадратичной ошибки аппроксимации снимков полиномом второго порядка. В качестве береговой линии для термоабразионных берегов принималось положение бровки уступа размыва, а для аккумулятивных – положение пляжевого вала, дешифрируемого по светотону. С учетом итоговой ошибки привязки получены скорости смещения береговой линии (end point rate, м/год) за весь период наблюдений (1964-2022 гг.) и за отдельные годы с шагом 50 м.
Параметры ветрового волнения за исследуемый период установлены с помощью спектральной модели WaveWatch III v.6.07 (Tolman, 2019), схема ST6. Входные данные по скорости ветра и величине безледного периода получены с помощью реанализов NCEP/CFSR c пространственным разрешением ~0,3° и NCEP/CFSv2 с разрешением ~0,2° с временным шагом в 1 час. Выходными данными модели являются такие параметры волнения, как высота волны, длина волны, суммарная волновая энергия. Кроме того, на основе данных реанализа ERA5 с помощью метода Попова-Совершаева (Shabanova et al., 2018) был проведен расчет гидрометеорологического потенциала, включающего в себя термическую и волноэнергетическую компоненту. Полученные ряды данных позволили оценить временную, климатически предопределенную изменчивость динамики берегов изучаемого участка.
С целью выявления факторов пространственной неоднородности скоростей отступания были оценены такие морфометрические и литологические характеристики берегов, как высота уступа размыва (получены с помощью ЦМР ArcticDEM (Porter et al., 2018) с пространственным разрешением 2 м), ширина пляжа (по результатам полевой съёмки и автоматического дешифрирования снимка сверхвысокого разрешения), а также полевые данные криолитологического строения берегов (Белова и др., 2017).
Результаты исследования свидетельствуют о медленной интенсификации скорости разрушения термоабразионных берегов Западного Ямала в районе пос. Харасавэй на фоне потепления климата и снижения ледовитости акватории. При этом участки резкой активизации скоростей отступания обусловлены, в первую очередь, прямым техногенным воздействием, а не локальными особенностями геолого-геоморфологического строения или гидродинамического воздействия.
Работа выполнена при поддержке РНФ, проект № 22-17-00097.