aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2023-69-2-191-205aari-530Research ArticleГЛЯЦИОЛОГИЯ И КРИОЛОГИЯGLACIOLOGY AND CRYOLOGY OF THE EARTHОсобенности совместного использования спутниковых данных видимого диапазона и радиолокационных данных для мониторинга арктических айсбергов на примере района Земли Франца-ИосифаFeatures of the joint use of visible-range satellite and satellite radar data for monitoring arctic icebergs based on data from Franz Josef Land areaБычковаИ. А.BychkovaI. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

bychkova@aari.ruПлатоноваЕ. В.PlatonovaE. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

СмирновВ. Г.SmirnovV. G.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian Federation202312072023692191205Copyright © Бычкова И.А., Платонова Е.В., Смирнов В.Г., 20232023Бычкова И.А., Платонова Е.В., Смирнов В.Г.Bychkova I.A., Platonova E.V., Smirnov V.G.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/530

Обсуждается эффективность использования некоммерческих спутниковых данных, видимого спектрального диапазона и радиолокационных, для мониторинга айсбергов в районе архипелага Земля Франца-Иосифа. Путем сравнения с данными видимого диапазона сверхвысокого разрешения оценена погрешность измерения размеров айсбергов по данным видимого диапазона ИСЗ Landsat-8 и спутникового радиолокатора Sentinel-1. Установлена зависимость способности спутникового радиолокатора обнаруживать айсберги в прибрежной зоне от угла наклона луча. Сделан вывод, что радиолокационные данные с размером пикселя 40 м позволяют получить представление о закономерностях пространственного распределения айсбергов по акватории, но построить достоверную функцию распределения айсбергов по размерам не удается.

Given the availability of data, in order to monitor icebergs in the vast Arctic region, it is necessary to ensure an optimal ratio of the satellite radar data cost (with a wide swath and high spatial resolution) and the reliability of the results obtained. The aim of the study was to evaluate the effectiveness of using only non-commercial satellite information for monitoring icebergs. To achieve this goal, an iceberg detection technique was applied based on statistical criteria of searching for gradient zones in analyzing two-dimensional fields of satellite images. As a source of information, we used high spatial resolution satellite data obtained from non – commercial satellites Sentinel-1 (radar data) and Landsat-8 (visible spectral range data) with a pixel size of 40 × 20 and 15 m, respectively.

Through comparison with the data of the visible spectral range of ultra-high resolution, the error was estimated of measuring the size of icebergs using the visible range equipment of the Landsat-8 satellite and the radar of the Sentinel-1 satellite. Based on the analysis of satellite data of the visible spectral range and radar data, the spatial dimensions of icebergs formed by the outlet glaciers of Franz Josef Land n 2020–2022 were estimated. The materials were collected for the period August-September, corresponding to the conditions of minimum ice extent in the Franz Josef Land area and sufficient natural illumination for using the data of the visible spectral range in the Arctic. In total, about 100 satellite images were analyzed. The sources of error in the satellite measurements are discussed, as well as the reasons for the impossibility in some cases to identify Franz Josef Land icebergs on radar images. It is shown that the largest contribution to the iceberg runoff of Franz Josef Land is made by outflow glaciers located on Georg Land, Wilczek Land, Gall, Salisbury and Champa islands. According to the results of the study, it is concluded that radar data with a pixel size of 40 m allow one to obtain essentially reliable information on the spatial distribution of icebergs in the water area. However, it is not possible to obtain a reliable function of the distribution of icebergs by size since most of the icebergs in the Franz Josef Land water area have small and medium sizes and are rarely identified in images of such spatial resolution.

айсбергиАрктикавидимый диапазонЗемля Франца-Иосифаледникиспутниковый мониторингспутниковый радиолокаторArcticFranz Josef landglaciersicebergssatellite monitoringsatellite radarvisible spectral rangeИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-27-00122).The work under this project is supported by the Russian Science Foundation through the Project № 23-27-00122.ReferencesШапошников В.М., Александров А.В., Матанцев Р.А., Ивановская О.Д. Анализ айсберговой опасности на Северном морском пути на примере газовозов // Арктика: экология и экономика. 2017. № 2 (26). С. 76–81.Shaposhnikov V.M., Aleksandrov F.V., Matantsev R.A., Ivanovskaya O.D. Iceberg hazard analysis on the Northern Sea Route on the example of gas carriers. Arktika: elologiya i ekonomika. Arctic: ecology and economy. 2017, 26 (2): 76–81. [In Russian].Павлова Е.А., Алексеева Т.А., Миронов Е.У., Смоляницкий В.М. Особенности распределения айсбергов по данным судовых наблюдений в Карском море в 2004–2019 гг. // Российская Арктика. 2020. № 10. С. 30–36.Pavlova E.A., Alekseeva Т.А., Mironov E.U., Smolyanitsky V.M. Pecularities of distribution of icebergs by ship data in the Kara Sea. Rossijskaya Arktika. Russian Arctic. 2020, 10: 30–36. [In Russian].Сочнев О.Я., Корнишин К.А., Тарасов П.А., Сальман А.Л., Глазовский А.Ф., Лаврентьев И.И., Ефимов Я.О., Мамедов Т.Э. Исследование ледников Российской Арктики для обеспечения айсберговой безопасности работ на шельфе // Нефтяное хозяйство. 2018. № 10. С. 92–97. doi: 10.24887/0028-2448-2018-10-92-97.Sochnev O.Y., Kornishin К.А., Tarasov P.A., Salman A.L., Glazovsky A.F., Lavrentiev I.I., Efimov Y.O., Mamedov T.E. Study of glaciers in the Russian Arctic to ensure iceberg safety for offshore operations. Neftyanoe khozyaistvo. Oil industry. 2018, 10: 92–97. doi: 10.24887/0028-2448-2018-10-92-97. [In Russian].Обнаружение по спутниковым данным опасных ледяных образований вблизи инженерных объектов хозяйственной деятельности на шельфе арктических морей: Методическое пособие / Под ред. к. ф.-м. н. В.Г. Смирнова. СПб.: ААНИИ, 2017. 76 с.Obnarujenie po sputnikovym dannym opasnykh ledyanykh obrazovanii vblizi injenernykh ob’ectov khozyaistvennoi deyatelnosti na shelfe arktitheskikh morei: Metoditheskoe posobie. Detection by satellite data of dangerous ice formations near engineering objects of economic activity on the shelf of the Arctic seas: methodological guide. Ed. V.G. Smirnov. St. Petersburg: AARI, 2017: 76 p. [In Russian].Бычкова И.А., Смирнов В.Г. Использование спутниковой информации для обнаружения айсбергов и оценки айсберговой угрозы // Лед и снег. 2018. № 4. С. 537–551.Bychkova I.A., Smirnov V.G. Use of satellite data for detecting icebergs and evaluating the iceberg threats. Led i Sneg. Ice and Snow. 2018, 58 (4): 537–551. [In Russian].Жичкин А.П. Ледовые условия в районе архипелага Земля Франца-Иосифа // Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 4 C. 82–89.Zhichkin A.P. Ice conditions in the Franz Josef Land archipelago. Ttudy Kolskogo hauthnogo centra RAN. Proc. of Kola Science Center RAS. 2014, 4: 82–89. [In Russian].Бузин И.В., Глазовский А.Ф., Гудошников Ю.П., Данилов А.И., Дмитриев Н.Е., Зубакин Г.К., Кубышкин Н.В., Наумов А.К., Нестеров А.В., Скутин А.А., Скутина Е.А., Шибакин С.И. Айсберги и ледники Баренцева моря: Исследования последних лет. Ч. 1. Основные продуцирующие ледники, распространение и морфометрические особенности айсбергов // Проблемы Арктики и Антарктики. 2008. № 1 (78). С. 66–79.Buzin I.V., Glazovsky A.F., Gudoshnikov Yu.P., Danilov A.I., Dmitriev N.E., Zubakin G.K., Kubyshkin N.V., Naumov A.K., Nesterov A.V., Skutin A.A., Skutina E.A., Shibakin S.I. Icebergs and glaciers of the Barents Sea. Results of the most recent research. Part 1. Main producing glaciers, their propagation and morphometric properties. Problemy Arktiki i Antarktiki. Problems of Arctic and Antarctic. 2008, 78 (1): 66–79. [In Russian].Номенклатура ВМО по морскому льду. Т. 1. WMO/OMM/ВМО. № 259. Издание 1970–2019 гг. Женева, ВМО.WMO Sea Ice Nomenclature. V. 1. WMO/OMM/ВМО. No.259. Edition 1970–2019. Geneva, WMO. [In Russian, English, French, Spanish].Report of the International Ice Patrol in the North Atlantic 2021 Season /United States Coast Guard. November 2021. Bulletin No. 107. Report number: CG-188-76. 176 p. doi:10.13140/RG.2.2.11141.88804. URL: https://www.researchgate.net/publication/356613677_International_Ice_Patrol_2021_Annual_Report?channel=doi&linkId=61a5069a4553ea1b7ab39684&showFulltext=true (дата обращения: 01.06.2023).Report of the International Ice Patrol in the North Atlantic 2021 Season / United States Coast Guard. November 2021. Bulletin No. 107. Report number: CG-188-76. 176 p. doi:10.13140/RG.2.2.11141.88804. Available at: https://www.researchgate.net/publication/356613677_International_Ice_Patrol_2021_Annual_Report?channel=doi&linkId=61a5069a4553ea1b7ab39684&showFulltext=true (accessed 01.06.2023).Хромова Т.Е., Носенко Г.А., Глазовский А.Ф., Муравьев А.Я., Никитин С.А., Лаврентьев И.И. Новый Каталог ледников России по спутниковым данным (2016–2019 гг.) // Лед и снег. 2021. Т. 61. № 3. С. 341–358. doi: 10.31857/S2076673421030093.Khromova T.E., Nosenko G.A., Glazovsky A.F., Muraviev A.Ya., Nikitin S.A., Lavrentiev I.I. New Inventory of the Russian glaciers based on satellite data (2016–2019). Led i Sneg. Ice and Snow. 2021, 61 (3): 341–358. doi: 10.31857/S2076673421030093. [In Russian].Kochtitzky W., Copland L., Van Wychen W., Romain Hugonnet R., Hock R., Dowdeswell J.A., Benham T., Strozzi T., Glazovsky A., Lavrentiev I., Rounce D.R., Millan R., Cook A., Dalton A., Jiskoot H., Cooley J., Jania J., Navarro F. The unquantified mass loss of Northern Hemisphere marine-terminating glaciers from 2000–2020 // Nature Communications. 2022. V. 13. Paper 5835. doi: 10.1038/s41467-022-33231-x.Kochtitzky W., Copland L., Van Wychen W., Romain Hugonnet R., Hock R., Dowdeswell J.A., Benham T., Strozzi T., Glazovsky A., Lavrentiev I., Rounce D.R., Millan R., Cook A., Dalton A., Jiskoot H., Cooley J., Jania J., Navarro F. The unquantified mass loss of Northern Hemisphere marine-terminating glaciers from 2000–2020. Nature Communications. 2022, 13: 5835. doi: 10.1038/s41467-022-33231-x.Говоруха Л.С. Современное наземное оледенение Советской Арктики. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 256 с.Govorukha L.S. Sovremennoe oledenenie Sovetskoi Arktiki. Modern glaciation of the Soviet Arctic. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1988: 256 p. [In Russian].Глазовский А.Ф. Гляциологические исследования в Российской Арктике осенью 2007 г. // Земля и Вселенная. 2010. № 2. С. 66–76.Glazovsky A.F. Glaciological research in the Russian Arctic in autumn 2007. Zemlya i Vselennaya. Earth and Universe. 2010, 2: 66–76. [In Russian].Виноградов О.Н., Псарева Т.В. Каталог ледников СССР. Т. 3. Северный край. Ч. 1. Земля Франца-Иосифа. М.: Гидрометеоиздат, 1965. 147 с.Vinogradov O.N.., Psareva T.V. Katalog lednikov USSR. USSR Glacier Inventory. V. 3. Northern area. Pt.1. Franz Josef land. Moscow: Hydrometeoizdat, 1965: 147 p. [In Russian].Кубышкин Н.В., Андреев О.М., Бородулин В.В., Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я, Скутин А.А. Экспедиционные исследования айсбергов и ледников западного сектора Российской Арктики по программе международного полярного года (2007–2008 гг.) // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. № 51. С. 169–180.Kubyshkin N.V., Andreev O.M., Borodulin V.V., Glazovsky A.F., Macheret Yu.Ya., Skutin А.А. Expedition research of icebergs and glaciers in the western sector of the Russian Arctic under the program of the international polar year (2007–2008). Trudy TsNII im. akad. A.N. Krylova. Proc. Central Research Institute acad. A.N. Krylova. 2010, 51: 169–180. [In Russian].Глазовский А.Ф. Ледники Российской Арктики. Новые решения // ESRI CIS. Arc review. 2002. № 3 (22). ГИС и данные дистанционного зондирования. URL: https://arcreview.esri-cis.ru/2002/08/17/glaciers-of-russian-arctic/ (дата обращения: 01.06.2023).Glazovsky A.F. Glaciers of the Russian Arctic. New Solutions. ESRI CIS. Arc. Review. 2002, 22 (3). Available at: https://arcreview.esri-cis.ru/2002/08/17/glaciers-of-russian-arctic/ (accessed 01.06.2023). [In Russian].Бузин И.В., Глазовский А.Ф., Май Р.И., Миронов Е.У., Нестеров А.В., Наумов А.К., Гудошников Ю.П. Исследование динамики и морфометрии ледников и айсбергов и прикладное использование полученных результатов при освоении углеводородных месторождений на континентальном шельфе Российской Арктики // Вестник РФФИ. 2020. № 107–108 (3–4). С. 21–37. doi:10.22204/2410-4639-2020-106-107-3-4-21-37.Buzin I.V., Glazovsky A.F., May R.I., Mironov E.U., Nesterov A.V., Naumov A.K., Gudoshnikov Yu.P. Study of dynamics and morphometry of glaciers and icebergs and application of the results for the development of the hydrocarbon deposits on the continental shelf of the Russian Arctic. Vestnik RFFI. RFBR Herald. 2020, 107–108 (3–4): 21–37. doi:10.22204/2410-4639-2020-106-107-3-4-21-37. [In Russian].

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