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