ЛИДЕР В СФЕРЕ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА
RU EN

Уникальные явления озера Байкал на снимках из космоса

20 Июля 2015
Мониторинг

В 2014 г. был запущен новый радиолокационный спутник Европейского космического агентства (ESA) – Sentinel-1A, причем съемки, доступные широкому научному сообществу, начались еще в октябре 2014 г. Кроме того, были открыты архивы NOAA/USGS с данными Landsat для свободного пользования. В архивах ESA и USGS было обнаружено большое кол-во радиолокационных изображений (РЛИ) и оптических снимков, покрывающих оз. Байкал, а на них - уникальные явления, которые неоднократно привлекали внимание исследователей [1-10].

1. Грифоны и нефтепроявления

Нефтепроявления около мыса Горевой Утёс были обнаружены на снимке спектрорадиометра MODIS в 2005 г. На месте обнаружения нефтепроявлений работал ряд экспедиций Лимнологического института СО РАН (ЛИН СО РАН) и ИГУ (Иркутск). В июле-сентябре 2008 г. в ходе погружения на дно оз. Байкал глубоководных обитаемых аппаратов (ГОА) «Мир» Института океанологи им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН), был обнаружен и исследован ряд мест на дне, из которых в водную толщу озера естественным образом поступает сырая нефть. По существующим оценкам ежегодно из этого источника поступает до 4 тонн нефти.

Тем не менее, представляет интерес исследование явления методами дистанционного зондирования. Анализ пятен, обнаруженных в 1998 и 2005 гг. на РЛИ ERS-2 и Envisat, был проведен в [1], где была установлена связь естественных проявлений нефти, наблюдаемых на поверхности озера, с процессами миграции нефтеуглеводородов в осадочном комплексе оз. Байкал. На основе анализа пятен, обнаруженных на разновременных РЛИ, получены предварительные оценки объемов выбросов нефти (путем измерения площадей пятен, соображений на счет времени их существования на поверхности озера и предположений о толщине пленки) из подводного источника, расположенного напротив м. Горевой Утёс, и по группировке пятен-сликов в ГИС определено его положение. В результате, обработка РЛИ в сочетании с геоинформационным подходом выявила связь этих пятен с очагом разгрузки нефти на дне Байкальской впадины [1, 2].

В 2015 г. пятна были вновь обнаружены в том же месте на РЛИ Sentinel-1A. На рис. 1 показаны фрагменты этих РЛИ, на которых видны грифонные нефтепроявления напротив м. Горевой Утёс. Размер и форма пятен зависит от гидрометеорологических условий во время съемки, в т.ч. от преобладающих течений, а также «истории» ветра; одно пятно почти точно повторило форму пятна на РЛИ ERS-2 от 28.05.1998.

2. Ветры Байкала

Хорошо известно разнообразие и особенности местных байкальских ветров, которых насчитывают до 30. Господствующие ветры, скорость которых может достигать 30 м/с и более, это: северо-западный, часто называемый горной (и сарма), северо-восточный (баргузин и верховик/ангара), юго-западный (култук) и юго-восточный (шелонник). Остальные ветры не столь сильны и известны и имеют в основном термическое (бризы, зырянки, мысовики, т.п.) или орографическое происхождение (в результате движения по падям, переотражений от гористых побережий и завихрений за большими скалистыми мысами).

Однако самый свирепый ветер на Байкале – северо-западный, или «горная», вырывающийся из долин рек западного побережья, таких как Сарма, Рытая, Солнцепадь, Молокан, Куркулы, Горемыка, Иликта, Глубокая Падь, Зундук и др. Холодный арктический воздух, перевалив через Приморский хребет (ср. высоты 500-700 м), устремляется в узкие долины рек, резко расширяющиеся к устьям, которые фактически образуют природные аэродинамические трубы. Низвергающиеся с высоты хребта массы холодного воздуха приобретают огромные скорости и разрушительную силу. Именно с этим ветром связано большинство катастроф; он наносит большой материальный ущерб жителям побережья и особенно опасен для регионального судоходства. Долина р. Сарма – самая «эффективная аэродинамические труба», здесь скорость ветра в порывах может достигать 60 м/с. Другой известный ветер, попавший даже в песню, баргузин – дующий из долины одноименной реки со скоростью 10-15 м/с. Он возникает за счёт стока холодного воздуха из Даурских степей в период осенне-зимнего охлаждения, имеет характер боры.

На рис. 2 и 3 показан ряд примеров того, как местные ветры, особенно те, которые дуют поперек озера, отображаются на РЛИ. Это происходит из-за того, что сильный ветер локально видоизменяет интенсивность мелкомасштабного волнения, что приводит к повышенному рассеянию радиоволн и увеличению обратного сигнала. При известном направлении ветра скорость ветра легко может быть восстановлена по радиолокационным данным с помощью модели типа CMOD [1]. На рис. 2 хорошо видно, что струи холодного воздуха (горной/сармы) «выскакивают» на озеро с запада/северо-запада, и в зависимости от скорости ветра и общей синоптической ситуации могут выглядеть как в виде «языков» или «конусов выноса» (рис. 2а,б,г), так и в виде многочисленных поперечных полос-струй, прокрывающих все озеро (рис. 2в). Баргузин (рис. 3) «вылетает» из долины реки в виде длинной локальной струи, которая в зависимости от общего переноса или распространяется поперек озера, или подворачивает на север (рис. 3а) или на юг (рис. 3б). Иногда возникают ситуации, когда горная, дующая с северо-запада, сталкивается со струей баргузина в самом центре озера (рис. 3в,г).

3. Кольцевые структуры во льду

Кольцевые структуры в ледовом покрове озера появляются не ежегодно. Впервые такое кольцо напротив мыса Крестовский было обнаружено на снимке спутника NOAA, полученном в 1999 г. По данным ежегодных спутниковых наблюдений кольцевые структуры во льду Байкала были обнаружены в 2003 и 2005 гг. В 2008 г. кольца проявились в двух частях озера: в районе м. Крестовский и впервые в районе пос. Турка. В 2009 г. (http://www.scanex.ru/ru/news/News_Preview.asp?id=n24767232) они были обнаружены западнее м. Нижнее Изголовье (п-ов Святой Нос) и в южной части озера. В 2011 г. на снимках MODIS было обнаружено уже три кольца – у м. Крестовский, к югу от о. Ольхон и у Нижнего Изголовья.

В 2013 г. (http://press.scanex.ru/index.php/ru/archivenews/item/3938-baikal) круги во льду были обнаружены в двух районах Среднего Байкала; их удалось увидеть на серии снимков MODIS. К их особенностям можно отнести, во-первых, достаточно позднее появление (в конце апреля – начале мая), что связано с поздним таянием и обильным снежным покровом на льду, а, во-вторых – новое место обнаружения: один из кругов появился в 20 км к западу от места появления в 2009 г. в районе м. Нижнее Изголовье. В 2014 г. круг во льду обнаружился 21 апреля на оптическом снимке Landsat-8 у п-ова Святой Нос (рис. 4); он быстро исчез в результате разрушения льда.

Причины и механизм образования кольцевых структур во льду в настоящее время дискутируются. Кураевым [6], Граниным [7, 8], Бордонским и Крыловым [9] и др. был выдвинут ряд гипотез. Среди главных причин: тектоника озера, выбросы метана из осадочной толщи байкальской впадины, поток тепла из воды к нижней кромке льда, вихревая активность в поле течений верхнего слоя озера, нестабильность ледяного покрова, неравномерно покрытого снежным покровом и т.п.

4. Цветение озера

Недавно сотрудники ЛИН СО РАН обнаружили цветение вод озера. Первые изменения в экосистеме озера были замечены еще в 2011 г., когда дно прибрежной зоны стало покрываться нитчатыми водорослями. В настоящее она буквально заполнила озеро почти по всему периметру, особенно в тех местах, где активно сбрасываются промышленные и сточные воды [10].

По мнению специалистов, серьезным фактором, омрачающим будущее Байкала, является существование на его берегах индустриальных предприятий, которые в большинстве своем не имеют современных очистных сооружений и которые долгие годы загрязняли и продолжают загрязнять воды озера. Кроме того, похоже, начинает периодически цвести и толща открытых вод. Снимки спектрорадиометров MODIS на ИСЗ Terra и Aqua, полученные в оптическом диапазоне в июне 2015 г., дают пищу для размышления и, в принципе, позволяют ежедневно наблюдать этот процесс из космоса (пример на рис. 5).

— Изучение явлений оз. Байкал благодаря космическим методам и технологиям СКАНЭКС продолжается, ряд уникальных снимков и данных выложен на портале http://projects.scanex.ru/oil_baikal/, — говорит ведущий научный сотрудник ИО РАН Андрей Иванов.

Рис. 1. Нефтепроявления напротив м. Горевой Утёс на фрагментах РЛИ Sentinel-1A от 18.05, 30.05, 11.06 и 30.06.2015 (площадь пятен от 0,4 до 5 кв. км). © ESA Рис. 2. Бороподобные ветры: горная и сарма на РЛИ Sentinel-1A от 13.12 (а, в), 14.10 (б) и 1.12.2014 (г). © ESA Рис. 3. Баргузин на РЛИ Sentinel-1A от 21.10 (а), 26.10 (б), 1.12 (в) и 8.12.2014 (г). © ESA Рис. 4. Кольцевая структура во льду оз. Байкал на снимке спутника Landsat-8 от 21.04.2014. USGS/Landsat Program Рис. 5. Оптическая съемка спектрорадиометра MODIS на ИСЗ Terra от 3.07.2015 – хорошо различимы области «позеленения» воды на участке прибрежной зоны от устья р. Селенга и до Баргузинского залива.
Рис. 1. Нефтепроявления напротив м. Горевой Утёс на фрагментах РЛИ Sentinel-1A от 18.05, 30.05, 11.06 и 30.06.2015 (площадь пятен от 0,4 до 5 кв. км). © ESA Рис. 2. Бороподобные ветры: горная и сарма на РЛИ Sentinel-1A от 13.12 (а, в), 14.10 (б) и 1.12.2014 (г). © ESA Рис. 3. Баргузин на РЛИ Sentinel-1A от 21.10 (а), 26.10 (б), 1.12 (в) и 8.12.2014 (г). © ESA Рис. 4. Кольцевая структура во льду оз. Байкал на снимке спутника Landsat-8 от 21.04.2014. USGS/Landsat Program

Рис. 5. Оптическая съемка спектро-радиометра MODIS на ИСЗ Terra от 3.07.2015 – хорошо различимы области «позеленения» воды на участке прибрежной зоны от устья р. Селенга и до Баргузинского залива.

Литература/полезные ссылки

1. Ivanov A.Yu. Unique phenomena in Lake Baikal, Russia imaged and studied with SAR and multi-sensor images // Int. J. Remote Sensing, 2012. Vol. 33. No. 23. p. 7579–7598.

2. Иванов А.Ю. Нефтепроявления на поверхности озера Байкал // Исслед. Земли из космоса, 2010. № 2. С. 75–87.

3. С помощью спутников обнаружены загадочные кольца на Байкале (2009): (http://www.scanex.ru/ru/news/News_Preview.asp?id=n24767232).

4. EOStation Иркутск: Кольцевые структуры на льду Байкала – проявление геологических процессов (2009) (http://eostation.irk.ru/krugi/baikal_ring.html).

5. Кольца во льду оз. Байкал продолжают появляться (2013) (http://press.scanex.ru/index.php/ru/archivenews/item/3938-baikal).

6. Kouraev A., Shimaraev M., Remy F. et al. Giant rings on ice of the Lake Baikal: A look from space and from beneath / Proceedings of the ESA Living Planet Symposium-2010, 28 June - 2 July 2010, Bergen, Norway (ESA SP-686).

7. Гранин Н.Г. Окольцованный Байкал // Наука из первых рук, 2009. № 2. С. 26?27.

8. Гранин Н.Г., Козлов В.В., Цветова E.A., Гнатовский Р.Ю. Полевые исследования и некоторые результаты численного моделирования кольцевой структуры оз. Байкал // ДАН, 2015. Т. 461. №. 3. С. 343–347.

9. Бордонский Г.С., Крылов С.Д. О природе кольцевых образований на спутниковых снимках ледяного покрова озера Байкал // Исслед. Земли из космоса, 2014. № 4. С. 27-31.

10. Водоросли душат Байкал (2015) (http://expert.ru/siberia/2015/34/vodorosli-dushat-bajkal).

Все новости

Подпишитесь на рассылку. 
Раз в неделю мы будем присылать только свежие и актуальные новости.

Наверх