geomorfГеоморфология и палеогеографияGeomorfologiya i Paleogeografiya2949-17892949-179710.31857/S0435428121020115geomorf-1547Research ArticleМетодика научных исследованийScientific Research MethodsСравнительный анализ распределений площадей озер в пределах озерно-термокарстовых и эрозионно-термокарстовых равнинComparative analysis of lake area distributions for lacustrine thermokarst plains and thermokarst plains with fluvial erosionВикторовА. С.VictorovA. S.

Москва

Moscow

dist@geoenv.ruОрловТ. В.OrlovT. V.

Москва

Moscow

ДорожкоА. Л.DoroghkoA. L.

Москва

Moscow

Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАНРоссияSergeev Institute of Environmental Geoscience RAS (IEG RAS)Russian Federation202111102021522Геоморфология2938Copyright © Викторов А.С., Орлов Т.В., Дорожко А.Л., 20212021Викторов А.С., Орлов Т.В., Дорожко А.Л.Victorov A.S., Orlov T.V., Doroghko A.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://geomorphology.igras.ru/jour/article/view/1547

Целью исследований являлся сравнительный анализ распределения площадей озер в пределах эрозионно-термокарстовых и озерно-термокарстовых равнин на основе подходов математической морфологии ландшафта с использованием материалов дистанционных съемок. В основу проводимого исследования был положен анализ математических моделей морфологических структур ландшафтов озерно-термокарстовых и эрозионно-термокарстовых равнин в условиях “синхронного старта” термокарстовых процессов. Эмпирический анализ охватывал 22 эталонных участка. Участки расположены в различных геоморфологических условиях и относятся как к зоне сплошного развития многолетнемерзлых пород, так и к зонам развития прерывистой и островной мерзлоты. Теоретически обосновано и эмпирически подтверждено, что вероятностное распределение площадей озер в пределах озерно-термокарстовых равнин в разных физико-географических условиях подчиняется преимущественно логнормальному распределению, гамма-распределение почти не встречается. Напротив, для вероятностного распределения площадей озер в пределах эрозионно-термокарстовых равнин в разных физико-географических условиях в соответствии с моделью в большинстве случаев справедливо одновременно как гамма-распределение, так и логнормальное распределение площадей озер. Это не исключает развития эрозионно-термокарстовых равнин с асинхронным стартом, на которых будут реализовываться другие виды распределений. Таким образом, выполненное исследование подтверждает справедливость математических моделей развития морфологической структуры ландшафтов (морфологических комплексов) озерно-термокарстовых и эрозионно-термокарстовых равнин для случая синхронного старта. При количественной оценке вероятности поражения инженерного сооружения в пределах озерно-термокарстовых и в пределах эрозионно-термокарстовых равнин должны использоваться разные методы, которые могут быть получены на основе анализа соответствующей математической модели.

A comparative analysis of lake area distributions for lacustrine thermokarst plains and thermokarst plains with fluvial erosion has been performed using he mathematical morphology of landscapes and remote sensing. We applied mathematical models of landscape patterns for lacustrine thermokarst plains and thermokarst plains with fluvial erosion under the “synchronous start” of the thermokarst conditions. Twenty-two key sites were included in the empirical testing. The empirical testing involves 22 key sites. These sites have different geomorphological environments within the areas of either continuous and discontinuous permafrost or sporadic permafrost. We have theoretically revealed and validated it empirically that in different natural environments, the lake area distribution within lacustrine thermokarst plains generally corresponds to the lognormal distribution while the gamma-distribution is almost absent. On the contrary, the model shows that lake area distribution within thermokarst plains with fluvial erosion generally corresponds to both the lognormal and gamma-distributions. This result does not exclude different scenarios of lake area distribution patterns for the plains with fluvial erosion under an asynchronous start of the thermokarst. The empirical testing proves the validity of the mathematical models of that the morphological patterns for the lacustrine thermokarst plains and thermokarst plains with fluvial erosion under the synchronous start of thermokarst processes. Therefore, different techniques should be used for the quantitative assessment of the impact probability of the thermokarst processes on engineering structures for the lacustrine thermokarst plains and thermokarst plains with fluvial erosion. The mathematical model used in this study proved to be a good instrument for such assessment.

эрозионно-термокарстовые равниныматематическая морфология ландшафтатермокарстовые озераматематическое моделированиераспределение площадей озерthermokast plains with fluvial erosionmathematical morphology of landscapethermokarst lakesmathematical modelinglake area distributionИсследование выполнено при поддержке гранта РНФ № 18-17-00226 (создание моделей) и темы государственного задания (оценка опасности поражения инженерного сооружения).The study was done with the support of RSF grant No. 18-17-00226 (creation of models) and in terms of the state assignment regarding hazard assessment of an engineering structures.ReferencesАрэ Ф.Э., Балобаев В.Т., Босиков Н.П. Особенности переработки берегов термокарстовых озер Центральной Якутии // Озера криолитозоны Сибири. Новосибирск: Наука, 1974, С. 39–52.Are F.E., Balobaev V.T., and Bosikov N.P. Osobennosti pererabotki beregov termokarstovykh ozer Tsentral’noi Yakutii (Features of the processing of the shores of thermokarst lakes in Central Yakutia). Ozera kriolitozony Sibiri. Novosibirsk: Nauka (Publ.), 1974. P. 39–52. (in Russ.)Днепровская В.П., Брыксина Н.А., Полищук Ю.М. Изучение изменений термокарста в зоне прерывистого распространения вечной мерзлоты Западной Сибири на основе космических снимков // Исследование Земли из космоса. 2009. № 4. С. 88–96.Dneprovskaya V.P., Bryksina N.A., and Polishchuk Yu.M. Izuchenie izmenenii termokarsta v zone preryvistogo rasprostraneniya vechnoi merzloty Zapadnoi Sibiri na osnove kosmicheskikh snimkov (Study of thermokarst changes in the zone of intermittent distribution of permafrost in Western Siberia based on satellite images). Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2009. No. 4. P. 88–96. (in Russ.)Кирпотин С.Н., Полищук Ю.М., Брыксина Н.А. Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления // Вестник ТГУ. 2008. № 311. С. 185–189.Kirpotin S.N., Polishchuk Yu.M., and Bryksina N.A. Dinamika ploshchadei termokarstovykh ozer v sploshnoi i preryvistoi kriolitozonakh Zapadnoi Sibiri v usloviyakh global’nogo potepleniya (Dynamics of areas of thermokarst lakes in continuous and intermittent cryolithozone of Western Siberia in the context of global warming). Vestnik TGU. 2008. No. 311. P. 185–189. (in Russ.)Полищук В.Ю., Полищук Ю.М. Геоимитационное моделирование полей термокарстовых озер в зонах мерзлоты. Ханты-Мансийск: УИП ЮГУ, 2013. 129 с.Polishchuk V.Yu. and Polishchuk Yu.M. Geoimitatsionnoe modelirovanie polei termokarstovykh ozer v zonakh merzloty. (Geo-simulation modeling of thermokarst lakes fields in permafrost zones). Khanty-Mansiysk: UIP YUGU (Publ.), 2013. 129 p. (in Russ.)Кравцова В.И., Тарасенко Т.В. Изучение и картографирование динамики термокарстовых озер на территории Западной Сибири по разновременным космическим снимкам // Восьмое сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу. Материалы российской конференции 8–10 октября 2009. Томск: Аграф-Пресс, 2009. С. 273–275.Kravtsova V.I. and Tarasenko T.V. Geoimitatsionnoe modelirovanie polei termokarstovykh ozer v zonakh merzloty (Study and mapping of the dynamics of thermokarst lakes in Western Siberia using multi-temporal satellite images). Vos’moe sibirskoe soveshchanie po klimato-ekologicheskomu monitoringu. Materialy rossiyskoi konferentsii 8–10 oktyabrya 2009. Tomsk: AgrafPress (Publ.), 2009. P. 273–275. (in Russ.)Burn C.R. and Smith M. W. Development of Thermokarst Lakes During the Holocene at Sites Near Mayo, Yukon Territory // Permafrost and Periglacial Processes. 1990. Vol. 1. P. 161–176.Burn C.R. and Smith M.W. Development of Thermokarst Lakes During the Holocene at Sites Near Mayo, Yukon Territory. Permafrost and Periglacial Processes. 1990. Vol. 1. P. 161–176.Smith L.C., Sheng Y., Macdonald G.M., and Hinzman L.D. Disappearing Arctic Lakes // Science. Vol. 308. No. 3. 2005. P. 14.Smith L.C., Sheng Y., Macdonald G.M., and Hinzman L.D. Disappearing Arctic Lakes. Science. 2005. Vol. 308. No. 3. P. 14.Шур Ю.Л. Термокарст (к теплофизическим основам учения о закономерностях развития процесса). М.: Недра, 1977. 80 с.Shur Yu.L. Termokarst (k teplofizicheskim osnovam ucheniya o zakonomernostyakh razvitiya protsessa) (Thermokarst (to the thermophysical fundamentals of the theory of the development of the process)). M.: Nedra (Publ.), 1977. 80 p. (in Russ.)Викторов А.С. Математическая модель термокарстовых озерных равнин как одна из основ интерпретации материалов космических съемок // Исследование Земли из космоса. 1995. № 5. С. 42–50.Victorov A.S. Matematicheskaya model' termokarstovykh ozernykh ravnin kak odna iz osnov interpretatsii materialov kosmicheskikh s"emok (A mathematical model of thermokarst lake plains as one of the foundations for the interpretation of remote sensing data). Issledovanie Zemli iz kosmosa. 1995. No. 5. P. 42–50. (in Russ.)Викторов А.С., Капралова В.Н. Количественная оценка природных рисков на основе материалов космических съемок (на примере озерно-термокарстовых равнин) // Исследования Земли из космоса. 2013. № 4. С. 33–38Victorov A.S. and Kapralova V.N. Kolichestvennaya otsenka prirodnykh riskov na osnove materialov kosmicheskikh s"emok (na primere ozerno-termokarstovykh ravnin) (Quantitative assessment of natural risks based on remote sensing data (a case study of lacustrine thermokarst plains)). Issledovaniya Zemli iz kosmosa. 2013. No. 4. P. 33–38. (in Russ.)Grosse G., Jones B.M., Nitze I., Lindgren P.R., Walter Anthony K.M., and Romanovsky V.E. Massive thermokarst lake area loss in continuous ice-rich permafrost of the northern Seward Peninsula, Northwestern Alaska, 1949–2015 // XI International Conference 20–24 June 2016, Potsdam, Germany. Bibliothek Wissenschaftspark Albert Einstein, 2016. P. 703–705. https://doi.org/10.2312/GFZ.LIS.2016.001Grosse G., Jones B.M., Nitze I., Lindgren P.R., Walter Anthony K.M., and Romanovsky V.E. Massive thermokarst lake area loss in continuous ice-rich permafrost of the northern Seward Peninsula, Northwestern Alaska, 1949–2015. XI International Conference on Permafrost – Book of Abstracts, 20 – 24 June 2016, Potsdam, Germany. Bibliothek Wissenschaftspark Albert Einstein, 2016. P. 739–740. doi:10.2312/GFZ.LIS.2016.001Викторов А.С., Капралова В.Н., Орлов Т.В., Трапезникова О.Н., Архипова М.В., Березин П.В., Зверев А.В., Панченко Е.Н., Садков С.А. Анализ развития морфологической структуры озерно-термокарстовых равнин на основе математической модели // Геоморфология. 2015. № 3. С. 3–13.Victorov A.S., Kapralova V.N., Orlov T.V., Trapeznikova O.N., Arkhipova M.V., Berezin P.V., Zverev A.V., Panchenko E.N., and Sadkov S.A. Analiz razvitiya morfologicheskoi struktury ozerno-termokarstovykh ravnin na osnove matematicheskoi modeli (The Mathematical Model of Thermokarst Lakes Surface as One of the Bases of the Space Survey Interpretation). Geomorfologiya (Geomorphology RAS). 2015. No. 3. P. 3–13. (in Russ.)Polishchuk Yu.M. and Polishchuk V.Yu. Geo-simulation approach to modeling spatial objects and its application to creating thermokarst lake model using remote sensing data // BioClimLand. No. 1. P. 53–69.Polishchuk Yu.M. and Polishchuk V.Yu. Geo-simulation approach to modeling spatial objects and its application to creating thermokarst lake model using remote sensing data. BioClimLand. No. 1. P. 53–69.Sejourne A., Costard F., Fedorov A., Gargani J., Skorve J., Masse M., and Mege D. Evolution of the banks of thermokarst lakes in Central Yakutiya (Central Siberia) due to retrogressive thaw slump activity controlled by insolation // Geomorphology. 2015. No. 241. P. 31–40.Sejourne A., Costard F., Fedorov A., Gargani J., Skorve J., Masse M., and Mege D. Evolution of the banks of thermokarst lakes in Central Yakutiya (Central Siberia) due to retrogressive thaw slump activity controlled by insolation. Geomorphology. 2015. No. 241. P. 31–40.Bondurant A.C., Arp C., Jones B., and Engram M. Rates and mechanisms of expansion in thermokarst lakes with bedfast and floating ice regimes on the Arctic Coastal Plain of northern Alaska 2015 // XI International Conference on Permafrost – Book of Abstracts, 20–24 June 2016, Potsdam, Germany. Bibliothek Wissenschaftspark Albert Einstein, 2016. P. 703–705. https://doi.org/10.2312/GFZ.LIS.2016.001Bondurant A.C., Arp C., Jones B., and Engram M. Rates and mechanisms of expansion in thermokarst lakes with bedfast and floating ice regimes on the Arctic Coastal Plain of northern Alaska 2015. XI International Conference on Permafrost – Book of Abstracts, 20–24 June 2016, Potsdam, Germany. Bibliothek Wissenschaftspark Albert Einstein, 2016. P. 703–705. doi:10.2312/GFZ.LIS.2016.001Романовский Н.Н. Эрозионно-термокарстовые котловины на севере приморских низменностей Якутии и Новосибирских островах // Мерзлотные исследования. 1961. Вып. 1. С. 124–144.Romanovskii N.N. Erozionno-termokarstovye kotloviny na severe primorskikh nizmennostei Yakutii i Novosibirskikh ostrovakh (Erosion-thermokarst hollows in the north of the coastal lowlands of Yakutia and the Novosibirsk islands). Merzlotnye issledovaniya. 1961. Vyp. 1. P. 124–144. (in Russ.)Викторов А.С., Капралова В.Н., Орлов Т.В., Трапезникова О.Н., Архипова М.В., Березин П.В., Зверев А.В., Садков С.А., Панченко Е.Г. Математическая морфология ландшафтов криолитозоны. М.: РУДН, 2016. 232 с.Victorov A.S., Kapralova V.N., Orlov T.V., Trapeznikova O.N., Arkhipova M.V., Berezin P.V., Zverev A.V., Sadkov S.A., and Panchenko E.G. Matematicheskaya morfologiya landshaftov kriolitozony (Mathematical morphology of cryolithozone landscapes). M.: RUDN (Publ.), 2016. 232 p. (in Russ.)Victorov A.S. Mathematical Models of Thermokarst Erosion Plains // GIS and Spatial Analysis. Proceedings of IAMG 2005, Toronto, Canada. P. 62–67.Victorov A.S. Mathematical Models of Thermokarst Erosion Plains // GIS and Spatial Analysis. Proceedings of IAMG 2005, Toronto, Canada. P. 62–67.Викторов А.С. Основные проблемы математической морфологии ландшафта. М.: Наука, 2006. 252 с.Victorov A.S. Osnovnye problemy matematicheskoi morfologii landshafta (The main problems of mathematical morphology of landscape). M.: Nauka (Publ.), 2006. 252 p. (in Russ.)Методическое руководство по инженерно-геологической съемке масштаба 1:200000 (1:100 000, 1:50 000). М: Недра, 1978. 391 с.Metodicheskoe rukovodstvo po inzhenerno-geologicheskoi s"emke masshtaba 1:200000 (1:100 000, 1:50 000) (Methodical guide for geotechnical survey of 1: 200 000 scale (1: 100 000, 1:50 000)). M.: Nedra (Publ.), 1978. 391 p. (in Russ.)Крамер. Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1970. 648 с.Kramer. G. Matematicheskie metody statistiki (Mathematical methods of statistics). M.: Mir (Publ.), 1970. 648 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.