Использование ГИС-технологий в снеголавинных исследованиях
Лавиноведение располагает солидным арсеналом методов оценки распространения явления, изучения динамики его развития, прогноза опасности. Благодаря созданию широкой сети наземных наблюдений, применению дистанционных методов исследований накоплен обширный информационный материал о местах схода лавин, их повторяемости и других параметрах, факторах возникновения и катастрофических последствиях (2). В некоторых странах (Австрия, Швейцария, СССР, Канада) созданы кадастры лавин (3). Базы данных о лавинах оформлены и в электронном виде (9). В Швейцарском институте снежных и лавинных исследований хранится информация о более чем 8000 случаях сходов только катастрофических лавин. Режимно-справочный банк данных на магнитных носителях создан в Среднеазиатском научно-исследовательском гидрометеорологическом институте, в который стекалась снеголавинная информация со всей территории Советского Союза. Разработаны и реализованы в виде карт методики картографирования лавинной опасности в различных масштабах. Венцом картографического направления лавинных исследований стали карты, созданные для Атласа снежно-ледовых ресурсов мира (1).
Информационный бум и массовая компьютеризация, охватившие планету на пороге 3 тысячелетия, способствовали разработке и продвижению новых технологий, направленных на упорядочивание и качественную обработку огромных массивов данных. На смену традиционным бумажным носителям, информации, составление и обработка которых достаточно трудоемки, пришли цифровые карты и компьютерные базы данных. Объединение двух способов хранения информации дало импульс развитию принципиально новой технологии геоинформационных систем (ГИС).
Наличие прочных связей между различными организациями, осуществляющими снеголавинные наблюдения на территории СССР, позволило уже в конце 80-х годов поставить задачу создания национальной ГИС "Гляциология", были сформулированы основные задачи, решаемые при создании ГИС, намечена ее структура (4). К сожалению, развал СССР не позволил реализовать данный проект в полной мере. В это же время появляются первые разработки с применением ГИС-технологий в других странах. К их числу относятся работы Р.Топпе (22) о картографировании природных опасностей и К.Лида и Р.Топпе (17) о расчете максимальной дальности выброса снежных лавин с использованием цифровой модели местности.
В общем виде роль ГИС-технологий в лавинных исследованиях сводится к синтезу знаний о рельефе, климате и предшествующих событиях, с целью определения возможности схода снежных лавин. Для этого в среде ГИС оцифровываются уже готовые карты или создаются новые проекты. Анализ работ, посвященных использованию ГИС в лавинных исследованиях, показал, что ГИС-технологии в настоящее время применяются для решения следующих задач:
Выявление зон зарождения лавин
Исходный масштаб цифровой модели рельефа, используемой при создании проекта, определяется специалистами в соответствии со спецификой решаемых задач. Матрица абсолютных высот рельефа имеет шаг на местности от 25 м (16) при крупномасштабной основе до 200 и более метров (5). Выделение лавиноопасных территорий производится путем анализа соответствия условий территории определенным критериям. В первую очередь оценивается рельеф местности.
На генерируемой карте углов наклона горных склонов выделяются участки с наиболее благоприятными условиями для возникновения лавин. Диапазон значений крутизны потенциальных зон лавинообразования определяется по статистическим данным. К примеру в Каталонских Пиренеях наибольшее количество лавин образуется на склонах 28-50о (10), в долине Engadine (Швейцария) (21) 30-50о, Кабардино-Балкарии 25-45о (5).
Для выделения лавиноопасных территорий, а также для дальнейших расчетов требуется определить возможность существования в пределах исследуемой территории второго важнейшего фактора образования лавин – снежного покрова. Для этой цели привлекаются данные стандартных метеорологических и специализированных полевых наблюдений, космо- и аэрофотоснимки.
ГИС-технологии используются для моделирования процессов и явлений, определяющих условия схода снежных лавин. С целью изучения пространственного распределения снежного покрова – выявления зон аккумуляция и сноса снега, его динамики, характеристик снеготаяния генерируются карты экспозиции склонов.
Толщина снежного покрова рассчитывается с разной степенью тщательности: от упрощенного подхода – на склонах данной экспозиции по многолетним данным накопления снега больше чем на других склонах (15) – до сложного расчета с использованием статистических зависимостей и моделирования снегопереноса (18, 19, 20 – соответственно в Швейцарских Альпах, на Тянь-Шане и в горах Шотландии).
В ГИС Кабардино-Балкарии (5) граница снежного покрова проводится по данным многолетних наблюдений на метеостанциях и в лавинных очагах.
Расчетную схему для отдельного лавинного очага (исходный масштаб 1:10 000) составляет зависимость толщины снежного покрова на участке склона от высоты, крутизны и ориентации участка с использованием эмпирических коэффициентов (19).
M.Mases с коллегами (18) моделируют распределение снега на лавиноопасном склоне с использованием эмпирического «ветрового коэффициента», представляющего собой отношение аккумулированного на участке на протяжении метели снега к снесенному. «Ветровые коэффициенты» рассчитанные для 20 типичных снежнометеорологических ситуаций (сочетание скорости ветра, количества и формы выпадающих осадков) изменяются в зависимости от господствующего направления ветра и могут быть получены для каждой метели.
R.S.Purves и его коллеги (20) с использованием цифровой модели рельефа определяют места сноса и аккумуляции снега в зависимости от направления и экспозиции склонов, характера поверхности снега. Участки склонов представляются в виде ячеек, перемещение материала (снега) происходит от ячейки к ячейке.
По статистическим зависимостям с использованием ГИС-технологий осуществляется расчет толщины снега и плотности на удаленных участках в Ледниковом национальном парке в Монтане (8).
Следующим этапом выявления лавиноопасных территорий является