Лёд и Снег · 2022 · Т. 62 · № 4

УДК 551.324+551.321

DOI: 10.31857/S2076673422040149, EDN: MHMLNU

Результаты геодезических измерений баланса массы некоторых ледников

Заилийского Алатау

М. Шахгеданова⁴, З.С. Усманова²

¹Институт географии и водной безопасности, Алматы, Республика Казахстан;²ТОО «Центрально-Азиатский региональ

ный гляциологический центр» категории 2 под эгидой ЮНЕСКО», Алматы, Республика Казахстан;

³Университет Сан Андреас, Шотландия, Великобритания; ⁴Университет Рединг, Великобритания

*kokarev60@mail.ru

The results of geodetic measurements of the mass balance of some glaciers

in the Zailiyskiy Alatau (Trans-Ili Alatau)

A.L. Kokarev^1,2*, V.P. Kapitsa^1,2, T. Bolch³, I.V. Severskiy², N.Е. Kasatkin^1,2, М. Shahgedanova⁴, Z.S. Usmanova²

¹Institute of geography and water security, Almaty, Kazakhstan; ²LLP «Central Asian Regional Glaciological Centre under the auspices of

UNESCO» Almaty, Kazakhstan;³University of St Andrews, Scotland, United Kingdom; ⁴University of Reading, United Kingdom

*kokarev60@mail.ru

Received December 21, 2021 / Revised August 25, 2022 / Accepted October 7, 2022

Keywords: Zailiyskiy Alatau, glacier mass balance, remote sensing, digital elevation model, glaciation degradation, water resources.

Summary

The current state and mass balance of some glaciers of the Trans-Ili Alatau (Zailiyskiy Alatau, Tien Shan,

Kazakhstan) is estimated in the paper. The remote sensing data (images of the Pléiades satellites) and detailed

field geodetic measurements (differential global positioning system with the South G6 instrument)were used for

the analysis. The field works were carried out in August-September 2021on the northern slope of the Zailiyskiy

Alatau ridge. A digital relief model had been built for the analysis as well. Negative trends in the area of the stud-

ied glaciers have been revealed, which generally correspond to the average rate of degradation of the glaciation

of the Trans-Ili Alatau from 1955 to the present. A comparison of glaciological (contact, i.e., obtained as a result

of measurements made on the glacier) and geodetic (resulted from analysis of remote sensing data) methods for

estimating the annual mass balance of the Central Tuyuksu glacier for the period 2016-2021 showed that the

final values calculated by these two methods are very close in values. For example, the sum of annual balances

calculated by the glaciological method for this period was -2.9 m w.e., or -0.58 a^-1 m w.e. per a year, while the

balance calculated by the geodetic method for the same period was - 0.63 a^-1 m w.e. Thus, the results of compar-

ison of the above methods of the glacier mass-balance investigation confirm that the geodetic one based on sat-

ellite measurements and the ground surveys using the South G6 instrument is in a good agreement with results

of glaciological methods of measurements and calculations.

Citation: Kokarev A.L., Kapitsa V.P., Bolch T., Severskiy I.V., Kasatkin N.Е., Shahgedanova М., Usmanova Z.S. The results of geodetic measurements of the

mass balance of some glaciers in the Zailiyskiy Alatau (Trans-Ili Alatau). Led i Sneg. Ice and Snow. 2023, 62 (4): 527-538 [In Russian].

doi: 10.31857/S2076673422040149, edn: mhmlnu

Поступила 21 декабря 2021 г. / После доработки 25 августа 2022 г. / Принята к печати 7 октября 2022 г.

Ключевые слова: Заилийский Алатау, водные ресурсы, баланс массы ледника, дистанционное зондирование, цифровая модель

рельефа, деградация оледенения.

Деградация оледенения вызывает изменения в горных экосистемах, оказывая непосредственное

влияние на жизнедеятельность людей, вызывает изменения в гидрологическом режиме, биогео-

химии рек и гляциальных озёр, влияя на качество и доступность водных ресурсов. Рассмотрены

вопросы оценки баланса массы ледников северного склона Заилийского (Иле) Алатау посредством

применения данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в сочетании с полевыми исследо-

ваниями и измерениями.

Введение

2020). Республика Казахстан не считается исклю

чением: площадь ледников на северном склоне

Во всём мире в последние десятилетия отме

Заилийского Алатау сократилась на 48,4% в пери

чено сокращение оледенения, масштабы кото

од 1955-2017 гг. (Severskiy et al., 2016) и в Джун

рого особенно возросли в XXI веке (Hoelzle et al.,

гарском Алатау на 53,3% в период 1956-2018 гг.

 527 

Ледники и ледниковые покровы

С точки зрения влияния на региональные

изображений ASTER, рассчитан баланс массы

водные ресурсы, наиболее важна оценка изме

ледников Высокогорной Азии (Brunetal, 2017).

нения объёма и массы ледников (Huss, Hock,

Средний региональный баланс массы составил

2018; Shahgedanova et al., 2020). Сравнительная

-16,3±3,5 Гт в год (-0,18±0,04 м в.э. в год) в пе

оценка отклика оледенения горно-ледниковых

риод с 2000 по 2016 г.

районов мира проводится на основе данных об

Основанные на спутниковых данных (раз

изменении баланса массы отдельных ледников,

новременные изображения, полученные со

входящих во Всемирную службу мониторинга

спутников Corona KH-4 (1960-е), Hexagon KH-9

ледников (ВСМЛ) (DyurgerovMeier, 2005; Zemp

(1970-е) и современные наборы данных с высо

et al., 2008). С учётом межбассейновых разли

ким разрешением ASTER, TerraSAR-X, Pléiades

чий отклика оледенения на изменения климата

и др.) временные ряды баланса массы ледни

такие оценки не вполне корректны, и для реше

ков для семи климатически различных реги

ния задачи необходимо применять другие мето

онов в высокогорной Азии с 1960 по 2020 г.

дики. Для оценки этих изменений в региональ

(Bhattacharyaetal, 2021) показывают, что темпы

ном масштабе предлагается применение метода

потери массы ледников постоянно увеличива

геодезического баланса массы, основанного на

ются в большинстве районов. Региональные

обработке радарных и стереоскопических спут

оценки баланса массы ледников варьируют в

никовых снимков. Для верификации таких дан

диапазоне от -0,40±0,07 м в.э. в год в Централь

ных применяются результаты измерения балан

ном и Северном Тянь-Шане до -0,06±0,07 м в.э.

са массы на отдельных ледниках, полученные

в год на Восточном Памире со значительной

гляциологическим методом (Zemp et al., 2019).

временнóй и пространственной изменчивостью.

Сравнительная характеристика горного оле

В статье (Lietal., 2021) анализируется воз

денения в глобальном масштабе очень актуаль

можность применения трёх методов (техно

на в настоящее время. Обобщение данных о

логий) для мониторинга горных ледников на

балансе массы контрольных ледников Всемир

примере ледника Урумчи № 1 в Восточном

ной службы мониторинга ледников на межре

Тянь-Шане: ЦМР получена при съёмках лед

гиональном и глобальном уровне считается не

ника посредством кинематической глобальной

вполне надёжной основой для сравнительных

навигационной спутниковой системы в реаль

оценок, так как режим каждого ледника инди

ном времени (RTK-GNSS) в 2012 г., наземного

видуален и не может служить основой для ха

лазерного сканера (TLS) в 2015 г. и беспилотно

рактеристики оледенения, всей совокупности

го летательного аппарата (БПЛА) в 2018 г. Со

ледников бассейна либо горной страны в целом.

гласно полученным результатам, ледник Урумчи

Проведена оценка геодезического ба

№ 1 претерпел заметные негативные изменения

ланса массы ледников в Центральной Азии

как по толщине, так и по массе за 2012-2018 гг.

(Pieczonka, Bolch, 2015) на основе сравнения

Показано хорошее соответствие между гляцио

двух цифровых моделей рельефа (ЦМР), полу

логическим и геодезическим удельным балансом

ченных с помощью космической радиолокаци

массы, а также, что комбинация трёх методов

онной миссии Shuttle Radar Topography Mission

подходит для мониторинга изменения баланса

(SRTM) в 2000 г., с более ранней ЦМР, постро

массы ледников, позволяя избежать присущих

енной на основе изображений с искусствен

каждой методике ограничений и предоставить

ных спутников Земли (ИСЗ) Corona и Hexagon

надёжные данные для мониторинга изменения

1970-х годов. Преимущества данного мето

массы горных ледников (Lietal., 2021).

да - широкий охват территории и длительный

Подобные методы, пока предварительные,

рассматриваемый период времени, недоста

апробированы и в Казахстане. В процессе ис

ток - высокие погрешности измерения баланса

следований по международному проекту в со

массы. Однако во многих регионах Тянь-Шаня

трудничестве с учёными университета Рединга

они сопоставимы с расчётными значениями ба

(Великобритания), появилась возможность ис

ланса массы.

следовать изменения баланса массы ледника Ту

С помощью набора разновременных ЦМР,

юксу за период с 1998 по 2016 г. по космическим

полученных на основе спутниковых стерео-

снимкам Pléiades, позволяющим с высокой точ

 528 

А.Л. Кокарев и др.

ностью оценить изменения высоты поверхности

Район исследования

Туюксуйской группы ледников за указанный пе

риод (Kapitsaetal., 2020). Методические подходы

Левые притоки нижнего течения р. Или

измерения высоты поверхности гляциологиче

берут начало из ледников северного склона

ских объектов (каменных глетчеров) Казахстана

хребта Заилийский Алатау, который представ

и Киргизии на основе спутниковых данных при

ляет собой одну из крайних северных дуг Тянь-

менены и в работе (Kääbetal., 2021).

Шаня. На северном склоне Заилийского (Иле)

Настоящие и будущие изменения климата

Алатау в 2017 г. зарегистрировано 470 ледников.

представляют собой серьёзную угрозу для насе

Общая площадь открытой части всех ледников

ления и экономики Центральной Азии (Stocker

составляет 148,15 км², объём льда 5,285 км³. Для

et al., 2013). Орошаемые и густонаселённые рай

сравнения, в Каталоге (Каталог…, 1967) по со

оны в предгорьях региона характеризуются за

стоянию на 1955 г. зафиксировано 307 ледников

сушливым климатом, поэтому талые воды гор

с общей площадью открытой части 271,2 км².

ных ледников и снега считаются стратегически

В качестве объектов исследования выбраны

важным возобновляемым ресурсом (Chenetal.,

три ледника северного склона хребта Заилий

2016; Huss, Hock, 2018). По этой причине ка

ский (Иле) Алатау: Центральный Туюксу, Иглы

чественные данные для различных компонен

Туюксу, Маншук Маметовой - все они распо

тов гидрологического цикла, в том числе пря

ложены в бассейне р. Малая Алматинка (рис. 1).

мые наблюдения за компонентами криосферы,

При выборе ледников ориентировались на

представляются ключевыми для обеспечения

доступность проведения инструментальных

точных прогнозов и адаптации.

работ, различия в морфологических параметрах

Рис. 1. Район исследований и исследуемые ледники Заилийского (Иле) Алатау

Ледники: а - Центральный Туйыксу, б - Иглы Туйыксу, в - Маншук Маметовой; 1 - ледники, 2 - реки, 3 - границы

водоразделов

Fig. 1. Research area and selected glaciers of Zailiyskiy (Ile) Alatau.

Glacicers: а - Central Tuiyksu, б - Igly Tuiyksu, в - Manshuk Mametova; 1 - glaciers, 2 - rivers, 3 - watershed boundaries

 529 

Ледники и ледниковые покровы

ледников и неоднородность природных (геомор

кого разрешения (0,5 и 2,5 м/пиксель) Pléiades,

фологических, климатических и других) условий

дата съёмки 27.08.2016. Снимки Landsat и

расположения объектов исследований.

Sentinel получены с сайта EarthExplorer Геологи

Ледник Центральный Туюксу, один из наи

ческой Службы США (http://earthexplorer.usgs.

более изученных ледников Казахстана и СНГ.

gov), снимки Pléiades получены в рамках проек

Морфологический тип - долинный, экспози

та the Pléiades Glacier Observatory в сотрудниче

ция - северная, максимальная высота - 4219 м

стве с LEGOS и WGMS (https://wgms.ch/boost-

над ур. моря.

remote-sensing-data/).

Ледник Иглы Туюксу расположен в непо

Дешифрирование границ ледников выпол

средственной близости к леднику Туюксу, Мор

нено в ArcGIS 10.5. Все снимки получены пре

фологический тип - долинный, экспозиция -

имущественно на конец сезона абляции, чтобы

северо-западная, максимальная высота - 4170 м

исключить снеговые поля, не относящиеся к

над ур. моря. Цирк ледника представляет собой

леднику. Учтена только площадь ледника (без

короткое и относительно пологое ущелье, но

учёта морен, содержащих погребённый лёд) и

стены цирка, несмотря на значительную крутиз

контуры, по которым определялась площадь, не

ну, накапливают большие массы снега в холод

включавшие отделившиеся (за период исследо

ный период.

вания) от основного ледника мелкие ледники.

Ледник Маншук Маметовой - карово-вися

Для вычисления изменения высоты поверх

чий, ориентирован на северо-запад, максималь

ности ледников, с последующим расчётом ба

ная высота - 4130 м над ур. моря. Вследствие

ланса массы, применялись ЦМР Pléiades 2016

большой крутизны склоны прилегающих пиков

и ЦМР, построенная на основе полевых из

заснежены слабо, сезонная снеговая граница за

мерений 2021 г. Сенсор и цифровые модели

нимает самое высокое положение среди других

Pléiades - дистанционные данные получаемые

ледников бассейна.

со спутников-близнецов Pléiades 1A и 1B, запу

щенных на орбиту Земли 17 декабря 2011 г. и

2 декабря 2012 г. соответственно. Данные пере

Материалы и методы

даются с разрешением 0,5 м для панхроматиче

ского режима (длина волны в диапазоне 480-

Гляциологический метод измерения баланса

830 нм) и 2 м для мультиспектрального режима

массы ледников. Особое место в гляциологии за

(Kapitsa et al., 2020). Изображения спутников

нимают гляциологические и топогеодезические

Pléiades, успешно применялись в наших преды

измерения, позволяющие выполнить количе

дущих работах (Kapitsaetal., 2020; Bhattacharya et

ственную оценку процессов, реализующихся на

al., 2021). ЦМР высокого разрешения строится

горном леднике. На северном склоне Заилий

на основе стереопар в модуле Leica Photogram

ского Алатау в качестве контрольного (эталон

metry Suite и в программе ErdasImagine.

ного) ледника для изучения баланса массы в си

Съёмка поверхности ключевых ледников высо-

стеме ВСМЛ представлен ледник Центральный

коточным прибором дифференциальной системы

Туюксу, с 65-летним периодом непрерывных на

глобального позиционирования (DGPS). Съёмка

блюдений на базе стационара АО «Институт гео

ледников произведена в период с 11 августа по

графии и водной безопасности». Расчёт годового

24 сентября 2021 г. с помощью прибора, осно

баланса массы ледника проводится по методике

ванного на DGPS - Ровера «South G6». Высокой

Макаревича (Макаревич, 2007).

точности измерений координат точек и их абсо

Применение данных дистанционного зонди-

лютной высоты на местности, в реальном вре

рования Земли (ДЗЗ) для оценки изменения пло-

мени, удалось достигнуть благодаря технологии

щади и баланса массы ледников. Для опреде

RTX (Real Time eXtended). Технология RTX, раз

ления границ ледников, применены снимки

работанная компанией «Trimble Navigation», по

спутников: LandsatTM/ETM+, с разрешением

зволяет получать данные с сантиметровой точ

от 15 до 60 м /пиксель, даты съёмки 29.07.1978,

ностью, как в плане так и по высоте (X, Y, Z)

08.08.1999; Sentinel 2, с разрешением 10 м/пик

даже в условиях высокогорья. Для ориентации

сель, дата съёмки 07.09.2021; снимки сверхвысо

на местности, в контроллер прибора «DGPS

 530 

А.Л. Кокарев и др.

Рис. 2. Точки измерений с помощью прибора дифференциальной системы глобального позиционирования

«South G6», проведённых в августе-сентябре 2021 г.

Ледники: а - Центральный Туйыксу, б - Иглы Туйыксу, в - Маншук Маметовой; 1 - контур 1978 г., 2 - контур 1999 г.,

3 - контур 2016 г., 4 - контур 2021 г., 5 - точки измерений с помощью прибора дифференциальной системы глобального

позиционирования «South G6», проведённых в августе-сентябре 2021 года

Fig. 2. Points of measurement made in August-September 2021 using the device of the differential global positioning

system "South G6".

Glaciers: а - Central Tuiyksu, б - Igly Tuiyksu, в - Manshuk Mametova; 1 - contour of the year 1978, 2 - contour of the year

1999, 3 - contour of the year 2016, 4 - contour of the year 2021 г, 5 - points of measurement made in August-September 2021 us

ing the device of the differential global positioning system "South G6"

South G6» предварительно загружены конту

130 наземных контрольных точек (НКТ) на не

ры всех исследуемых ледников, полученных со

изменяющейся (стабильной) и свободной ото

спутникового изображения Pléiades по состоя

льда поверхности для определения погрешно

нию на 2016 г. Во время проведения геодезиче

сти абсолютной высоты ЦМР. Применяя модуль

ской съёмки было достаточно просто определить

Spatial Analyst и метод интерполяции «Kriging» в

на какой части современной морены, располо

программе ArcGis 10.5 построена ЦМР рельефа

женной перед языками ледников, необходимо

ледников по состоянию на 2021 г. с разрешени

брать отчёты X, Y, Z для вычисления изменения

ем 30 м. В процессе проведения съёмки DGPS,

поверхности с 2016 по 2021 г. (рис. 2), то есть по

область аккумуляции ледников (выше 3800 м

строить ЦМР.

над ур. моря) практически не была охвачена из

Всего за полевой сезон отснято 1544 точки

мерениями из-за крутых склонов, которые пре

в диапазоне высот от 3400 до 4148 м над ур.

пятствуют получению поправок со спутника,

моря. Максимальная погрешность по опреде

и глубоких трещин, возникающих в результате

лению абсолютной высоты составила 0,109 м,

движения льда. Чтобы восполнить этот пробел в

минимальная - 0,016 м, средняя - 0,029 м, по

данных, проведена съёмка области аккумуляции

плану - 0,023, 0,009 и 0,014 м соответственно.

ледника Молодёжного, который также находит

Максимальное количество точек (1094) отсня

ся в бассейне р. Малая Алматинка и расположен

то на леднике Центральный Туюксу в интервале

на тех же абсолютных высотах. Область акку

высот от 3410 до 3828 м над ур. моря, минималь

муляции ледника Молодёжного - с отрытыми

ное (158) - на леднике Маншук Маметовой, так

и безопасными склонами, не препятствующи

как состояние поверхности ледника сильно огра

ми получению поправок со спутника. На основе

ничивало доступ. Кроме точек, находившихся

DGPS измерений получена связь изменения вы

на поверхности ледников или морены, отснято

соты поверхности ледников в точках измерения

 531 

Ледники и ледниковые покровы

Рис. 3. Связь изменения (абляция и аккумуляция) высоты поверхности исследуемых ледников в точках из

мерения с высотой над ур. моря за период 2016-2021 гг. (по данным снимка Pléiades, дата съёмки

27.08.2016 г. и измерений с помощью прибора дифференциальной системы глобального позиционирования

«South G6» в августе-сентябре 2021 г.)

Fig. 3. Correlation between the change (ablation and accumulation) of the height of the surface of selected glaciers at

the measurement points with the height above sea level for the period 2016-2021 (according to the Pléiades image,

survey date 27.08.2016 and measurements made in August-September 2021 using the "South G6" differential global

positioning system device)

от абсолютной высоты (рис. 3),которая приме

та геодезического баланса массы в соответствии

нялась для экстраполяции данных на не охвачен

с рекомендациями (Huss, 2013) и расчёта геоде

ные DGPS съёмкой области ледников - для всех

зического баланса массы других ледников Тянь-

пикселей, не охваченных DGPS съёмкой, разби

Шаня (Barandunetal., 2021).

тых по высотным интервалам.

Количественная оценка погрешности расчётов.

Методика сравнения ЦМР и расчёт геодезиче-

Погрешность определения границ ледников скла

ского баланса массы. Для вычисления изменения

дывалась из погрешности орторектификации каж

высоты поверхности ледников все ЦМР преоб

дого изображения с НКТ и погрешности опреде

разованы в систему координат проекции UTM

ления границ ледников оператором. Погрешность

WGS 84 зоны 43N. Изменения высоты поверх

орторектификации рассчитана согласно реко

ности выполнено для открытой части ледни

мендациям в исследовании (Granshaw, Fountain,

ков, по состоянию на 2016 г. Расчёты произведе

2006). Область погрешности, шириной ½ значе

ны в программе ArcGIS 10.5 с помощью модуля

ния среднеквадратической ошибки (½ RSME_x,y),

SpatialAnalyst и инструмента «Алгебры карт». Ус

построена вокруг контура каждого ледника и по

реднённый по площади удельный геодезический

грешность рассчитана как среднее соотношение

баланс массы (∆M_геод) рассчитан по формуле:

исходной площади ледников к площади с буфер

ной зоной. Значения погрешности орторектифи

∆M_геод = (∆V∙ρ∆v)/(A∆t),

кации космических снимков (RSME_x,y) не пре

где ∆V - изменение объёма (м³);∙ρ∆v - плот

вышали величины размера пикселя каждого

ность льда (кг/м³); A - средняя площадь ледни

изображения. Погрешность определения границ

ка (км²); ∆t - время в годах между соответствую

ледников оператором, согласно исследованию

щими ЦМР (Huss, 2013; Barandun et al., 2018).

(Pauletal., 2013), принята равной 3,5%.

Средняя плотность 850±60 кг м^-3применялась

Погрешность в определении геодезического

для преобразования объёма в массу, для расчё баланса массы ледников включала: вертикаль

 532 

А.Л. Кокарев и др.

Таблица 1. Динамика площади ключевых (опорных) ледников

Площадь ледника по годам, км²

Ледник

1978

1999

2016

2021

Центральный Туюксу

2,71±0,70

2,67±0,11

2,28±0,09

2,22±0,14

Иглы Туюксу

0,98±0,49

0,92±0,13

0,80±0,04

0,72±0,08

Маншук Маметовой

0,37±0,19

0,34±0,03

0,25±0,04

0,24±0,07

ную точность ЦМР (Pléiades 2016) - системной

ность, наличие лавинного питания, строение и

ошибки (Е₁), вычисленной путём сравнения аб

форма ложа и т.п.) и отличающимися микрокли

солютной высоты ЦМР с 130 НКТ, полученны

матическими условиями. В целом эти 43-летние

ми в ходе полевых измерений DGPS на не из

темпы деградации вполне соответствуют общему

меняющейся (стабильной) и свободной от льда

отрицательному тренду площади оледенения За

поверхности. До корректировки σ = 1,5 м, после

илийского Алатау с 1955 г. по настоящее время,

0,7 м; погрешность DGPS прибора (Е₂) составила

который составляет - 0,78% в год. Эта величина

0,031, 0,026 и 0,032 м на ледниках Центральный

практически не изменилась в сравнении с иссле

Туюксу, Иглы Туюксу и Маншук Маметовой со

дованиями оледенения этого региона по состо

ответственно; случайная ошибка (Е₃), возникаю

янию на 1990 г. (Вилесов, Уваров, 2001), 2008 г.

щая при движении антенны, прикреплённой на

(Кокарев, Шестерова, 2011) и 2017 г.

геодезическую веху, положение вехи на неров

Изменения объёма опорных ледников по дан-

ной поверхности и проникновения вехи в снеж

ным ДЗЗ и наземного мониторинга, расчёт балан-

ную или фирновую поверхность. Принята ошиб

са массы геодезическим методом. Результаты ис

ка 0,1 м, полученная в работе (Nolanetal., 2005).

следований по изменению высоты поверхности

Общая ошибка рассчитывалась по формуле:

и расчёту геодезического баланса массы ледни

ков представлены на рис. 4 и табл. 2. В целом,

Е = ±(Е₁₂ + Е₂₂ + Е₃₂)^½.

распределение значений по абсолютной высо

те показывает вполне ожидаемые результаты.

Результаты

Максимальные отрицательные значения отме

чаются на языках ледников, в области абляции,

Изменения площади опорных ледников по дан-

с постепенным снижением, по мере увеличе

ным ДЗЗ. На основе анализа космических сним

ние абсолютной высоты, и переходом к нулевым

ков проведена работа по определению площа

или незначительным положительным значени

ди опорных ледников за годы съёмки. В табл. 1

ям в области аккумуляции. Наибольшие потери

приведены изменения площади ледников, изме

льда, более 14 м за период 2016-2021 гг., отмече

ренные по данным ДЗЗ. Отслежена подробная

ны на языке ледника Центральный Туюксу (см.

динамика изменения площади ледников с 1978

рис. 4), при этом среднее понижение по всему

по 2021 г. (см. рис. 2).

леднику составило -3,72 или 0,74 м в год, ус

На основании динамики изменения площа

реднённый баланс массы составил -0,63 м в.э. в

ди исследуемых ледников рассчитана величина

год. Всего за пятилетний период ледник потерял

темпов деградации за весь 43-летний период ис

боле 8,4 млн м³ льда.

следований. Ледник Центральный Туюксу с 1978

На ледниках Иглы Туюксу и Маншук Ма

по 2021 г. потерял более 18% своей площади,

метовой значения снижения высоты поверх

что составляет 0,42% в год, ледник Иглы Туюк

ности очень близки и в среднем составили -3,32

су распался на три части и уменьшился на 26,5%

и -3,39 м соответственно, при этом ледники по

(0,62% в год), а ледник Маншук Маметовой по

теряли 1,58 и 0,64 млн. м³ льда соответственно.

терял 35,7% площади (0,83% в год). Наблюда

Несмотря на небольшую разницу усреднён

ется довольно сильный разброс величины тем

ных по всей площади значений понижения по

пов деградации. Это можно объяснить разными

верхности этих двух ледников с ледником Цен

условиями ледниковых параметров (мощность

тральный Туюксу в языковой части отмечена

льда, крутизна ледника, экспозиция, затенён

существенная разница. Меньшие значения из

 533 

Ледники и ледниковые покровы

Рис. 4. Изменение высоты поверхности ледников (в метрах) за период 2016-2021 гг. по данным снимка

Pléiades, дата съёмки 27.08.2016 г. и измерений с помощью прибора дифференциальной системы глобально

го позиционирования «South G6» в августе-сентябре 2021 г. Ледники: а - Центральный Туйыксу, б - Иглы

Туйыксу, в - Маншук Маметовой

Fig. 4. Change in the height of the surface of glaciers (in meters) for the period 2016-2021 according to the data of Plé

iades image (survey date is 27.08.2016) and measurement made in August-September 2021 using the device of the differ

ential global positioning system "South G6". Glaciers: а - Central Tuiyksu, б - Igly Tuiyksu, в - Manshuk Mametova

менения высоты поверхности на языке ледни

реек и восстановилась регулярность наблюде

ка Иглы Туюксу, в сравнении с Центральным

ний. Деревянные рейки на поверхности ледни

Туюксу, при почти одинаковой абсолютной вы

ка в основном расположены в области абляции,

соте, возможно связаны с постепенным брони

так как бурение выше - в области аккумуляции

рованием льда поверхностной мореной в этой

не имеет смысла, из-за частых обвалов ледяных

области. Язык ледника Маншук Маметовой по

масс и схода лавин. По этой причине баланс в

абсолютной высоте, в среднем выше на 140-

этой области определяется расчётным методом,

150 м, что сказывается на скорости таяния и

основанным на 20-летних прямых наблюдениях

влияет на разницу с языком ледника Централь

(Макаревич, 2007). На рис. 5 показаны результа

ный Туюксу. На близких абсолютных высотах

ты измерений баланса массы ледника Централь

(на участках с измерениями) темпы понижения

ный Туюксу за период 2016-2021 гг., полученно

поверхности практически идентичны.

го гляциологическим (полевые исследования на

Сравнение результатов определения баланса

базе стационара Туюксу) и геодезическим мето

массы ледника Центральный Туюксу геодезиче-

дами. Необходимо учитывать, что карта гляцио

ским и гляциологическим методами. Проводимые

логического баланса массы до высоты 3800 м над

наблюдения на леднике Центральный Туюксу

ур. моря построена по данным, полученным с

дают возможность провести сравнения гляцио

97 точек (забуренных реек), а для верхней части

логического и геодезического методов определе

ледника, по указанным выше причинам, по ме

ния баланса массы ледника.

тоду К.Г. Макаревича (Макаревич, 2007). Сумма

Сеть из пунктов наблюдения - деревян

годовых балансов, рассчитанных гляциологиче

ных реек на леднике Центральный Туюксу, в

ским методом за период 2016-2021 гг., состави

1990-х - начале 2000-х годах постепенно сокра

ла -2,9 м в.э., или -0,58 м в.э. в год, суммарный

щалась, наблюдения так же велись нерегуляр

баланс, полученный геодезическим методом за

но. В 2006-2007 гг. реечное поле полностью об

этот период, составил -3,17 м в.э. или 0,63 м в.э.

новлено, было забурено 120 четырёхметровых

в год. Разница в балансе массы, наблюдаемая в

 534 

А.Л. Кокарев и др.

Таблица 2. Изменение высоты поверхности, объёма и баланс массы ключевых ледников за период 2016-2021 гг.

Ледник

Изменение высоты поверхности, м

Изменение объёма, млн, м³

Баланс массы, а^-1, м. в.э.

Центральный Туюксу*

-8,36

-0,58

Центральный Туюксу**

-3,72±0,79

-6,25±1,8

-0,63±0,13

Иглы Туюксу**

-3,32±0,8

-1,58±0,6

-0,56±0,14

Маншук Маметовой**

-3,39±0,8

-0,64±0,2

-0,58±0,14

Анализ изменений показателей выполнен гляциологическим методом* и геодезическим методом**; прочерк - показа

тель не определялся.

Рис. 5. Результаты изменения баланса массы ледника Центральный Туйыксу (в м.в.э.) за период 2016-

2021 гг. полученных геодезическим (а) и гляциологическим (б) методами; 1 - точки (забуренные рейки).

Fig. 5. Results of changes in the mass balance of the Central Tuiyksu glacier (in m.w.e.) for the period 2016-2021 ob

tained by geodetic (a) and glaciological (b) methods; 1 - points (drilled rails).

области абляции (с покрытием рейками), может

са массы ледников по данным ДЗЗ и наземной

считаться следствием переноса массы из области

съёмки DGPS вполне сопоставим c результатами

аккумуляции в область абляции, которая не учи

гляциологических методов измерений и расчётов.

тывается при расчёте баланса гляциологическим

методом. Для расчёта выноса или так называе

мого внутреннего баланса массы требуются до

Заключение

полнительные исследования и расчёты на про

тяжении нескольких лет.

Проведена оценка современного состояния и

Таким образом, результаты сравнения ме

баланс массы ключевых ледников за различные

тодов масс-балансовых исследований ледников

периоды. Работа выполнена на основе сочета

показывают, что метод геодезического балан

ния обработки и анализа данных ДЗЗ из космоса

 535 

Ледники и ледниковые покровы

и полевых измерений. Полевые измерения при

полевые измерения (с помощью дифференциаль

менялись для вычисления изменения высоты

ного прибора DGPS South G6), которые позволя

поверхности ледников в сравнении с имеющи

ют с достаточно высокой точностью верифици

мися ЦМР, а также ЦМР высокого разрешения

ровать натурные данные с ЦМР, полученными от

(Pléiades), по состоянию на 2016 г.

сенсоров ДЗЗ. Ещё один немаловажный фактор

На основании динамики изменения площа

улучшения имеющихся методик - многолетние

ди выбранных ледников северного склона хреб

исследования баланса массы ледника Централь

та Заилийский Алатау рассчитана величина тем

ный Туюксу, входящего в ВСМЛ.

пов деградации. Ледник Центральный Туюксу

Сравнение гляциологического (полевые ис

с 1978 по 2021 г. потерял более 18% своей пло

следования на базе стационара) и геодезиче

щади, что составляет 0,42% в год, ледник Иглы

ского (анализ данных ДЗЗ) методов на осно

Туюксу уменьшился на 26,5% (0,62% в год), а

ве результатов расчёта годового баланса массы

ледник Маншук Маметовой потерял 35,7% пло

ледника Центральный Туюксу за период 2016-

щади (0,83% в год). В целом темпы деградации

2021 гг. показывает, что итоговые значения го

ключевых ледников вполне соответствуют обще

дового баланса, рассчитанные двумя методами,

му темпу деградации оледенения Заилийского

очень близки по значениям. Так, сумма годовых

Алатау с 1955 г. по настоящее время.

балансов, рассчитанных гляциологическим ме

Полученные результаты по изменению вы

тодом за этот период, составила -2,9 м в.э., что

соты поверхности и расчёту геодезического ба

соответствует -0,58 м в.э. в год, баланс, рассчи

ланса массы исследуемых ледников позволяют

танный геодезическим методом за этот период,

сделать вывод, что распределение темпов стаи

составил -0,63 м в.э. в год.

вания льда по абсолютной высоте вполне могут

Таким образом, результаты сравнения ме

применяться в горных системах Казахстана.

тодов масс-балансовых исследований ледников

Максимальные отрицательные значения отме

показывают, что метод геодезического балан

чаются на языках ледников, в области абляции,

са массы ледников по данным ДЗЗ и наземной

с постепенным снижением, по мере увеличе

съёмки DGPS сопоставим c результатами гляцио-

ния абсолютной высоты, и переходом к поло

логических методов измерений и расчётов.

жительным значениям в области аккумуляции.

Наибольшие потери льда, более 14 м, отмечены

Благодарности. Работа выполнена в рамках науч

за период 2016-2021 гг. на языке ледника Цен

ного проекта по грантовому финансированию

тральный Туюксу.

АР09563261 Комитета науки Министерства об

Предложенная методика дистанционной

разования и науки Республики Казахстан.

оценки баланса массы ледников по материалам

Acknowledgements. This work is completed in the

ДЗЗ считается продолжением исследований,

frames of grant financing No АР09563261 of the

проводимых в этом направлении (Kapitsaatal.,

Committee of Science of the Ministry of Education

2020). Особую ценность представляют натурные

and Science of the Republic of Kazakhstan.

Литература

Reference

Вилесов Е.Н., Уваров В.Н. Эволюция современного

Vilessov Ye.N., Uvarov V.N. Evolyuciya sovremennogo oleden-

оледенения Заилийского Алатау в ХХ веке. Алма

eniya Zailiyskogo Alatau v XX veke Evolution of the mod

ты: Казахский университет, 2001. 252 с.

ern glaciation of Zailiyskiy Alatau in the 20th century.

Каталог ледников СССР. Т. 13. Вып. 2. Ч. 1. Л.: Ги

Almaty: Kazakh University, 2001: 252. [In Russian].

дрометеоиздат, 1967. 78 с.

Katalog lednikov SSSR. USSR Glacier Inventory. V. 13. Is. 2.

Кокарев А.Л., Шестерова И.Н. Изменение леднико

Pt. 1. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1967: 78. [In Russian].

вых систем северного склона Заилийского Алатау

Kokarev A.L., Shesterova I.N. Changes in the glacial sys

во второй половине XX и начале XXI вв. // Лёд и

tems of the northern slope of Zailiyskiy Alatau in the

Снег. 2011. № 4 (116). С. 39-46.

second half of the XX and early XXI centuries. Led i

Макаревич К.Г. Методические аспекты исследова

Sneg. Ice and Snow. 2011, 4 (116): 39-46. [In Russian].

ний баланса массы и колебаний горных ледников.

Makarevich K.G.Metodicheskie aspekty issledovaniy ba-

Краткое руководство по постановке и проведению

lansa massy i kolebaniy gornyh lednikov. Kratkoe ruko-

 536 

А.Л. Кокарев и др.

полевых наблюдений, и камеральной обработке

vodstvo po postanovke i provedeniyu polevyh nablyudeniy

данных. Алматы; Гылым, 2007. 104 с.

i kameralnoy obrabotke dannyh. Methodical aspects

Barandun, M., Huss, M., Usubaliev, R., Azisov, E., Berthier,

of investigating the mass balance and fluctuations of

E., Kääb, A., Bolch, T., Hoelzle, M. Multi-decadal mass

mountain glaciers. A brief guide to setting up and con

balance series of three Kyrgyz glaciers inferred from

ducting field observations and office data processing.

modelling constrained with repeated snow line obser

Almaty, 2007: 104. [InRussian].

vations // The Cryosphere. 2018. № 12. P. 1899-1919.

Barandun, M., Huss, M., Usubaliev, R., Azisov, E., Berthier,

doi: 10.5194/tc-12-1899-2018.

E., Kääb, A.,Bolch, T., and Hoelzle, M. Multi-decadal

Barandun M., Pohl E., Naegeli K., McNabb R., Huss M.,

mass balance series of three Kyrgyz glaciers inferred

Berthier E., Saks Т., Hoelzle M. Hot spots of glacier

from modelling constrained with repeated snow line

mass balance variability in Central Asia // Geophys.

observations. The Cryosphere. 2018, 12: 1899-1919.

Research Letters. 2021. № 48. e2020GL092084 p. doi:

doi: 10.5194/tc-12-1899-2018.

10.1029/2020GL092084.

Barandun M., Pohl E., Naegeli K., McNabb R., Huss

Bhattacharya A., Bolch T., Mukherjee K., King O., Menou-

M., Berthier E.,Saks Т., HoelzleM. Hot spots of gla

nos B., Kapitsa V., Neckel N., Yang W.f, Yao T. High

cier mass balance variability in Central Asia. Geo

Mountain Asian glacier response to climate revealed

phys. Research Letters. 2021. 48: e2020GL092084.doi:

by multi-temporal satellite observations since the

10.1029/2020GL092084.

1960 s // Nature Communic. 2021. № 12. 4133 p. doi:

Bhattacharya A., Bolch T., Mukherjee K., King O., Menou-

10.1038/s41467-021-24180-y.

nos B., Kapitsa V., Neckel N.,Yang W.f., Yao T. High

Brun F., Berthier E., Wagnon P., Kääb A., Treichler D.

Mountain Asian glacier response to climate revealed by

A spatially resolved estimate of High Mountain

multi-temporal satellite observations since the 1960s.

Asia glacier mass balances, 2000-2016 // Nature

Nature Communic. 2021, 12: 4133. doi: 10.1038/

Geoscience.2017. № 10. Р. 668-673. doi: 10.1038/

s41467-021-24180-y.

NGEO2999.A.

Brun F., Berthier E., Wagnon P., Kääb A. and Treichler D.

Chen Y., Li W., Deng H., Fang G., and Li Z. Changes in

A spatially resolved estimate of High Mountain Asia

Central Asia’s Water Tower: Past, Present and Fu

glacier mass balances, 2000-2016. NatureGeoscience.

ture // Scientific Reports. 2016. № 6. 35458. doi:

2017, 10: 668-673. doi: 10.1038/NGEO2999.A.

10.1038/srep35458.

Chen Y., Li W., Deng H., Fang G., and Li Z. Changes in

Dyurgerov M.B., Meier M.F. Glaciers and the Changing

Central Asia’s Water Tower: Past, Present and Fu

Earth System: A 2004 Snapshot. Institute of Arctic and

ture. Scientific Reports. 2016, 6: 35458. doi: 10.1038/

Alpine Research University of Colorado // ISTAAR

srep35458.

Occasional Paper. 2005. № 58. 117 p.

Dyurgerov M.B., Meier M.F. Glaciers and the Changing

Granshaw F.D., Fountain A.G. Glacier change (1958-1998)

Earth System: A 2004 Snapshot. Institute of Arctic and

in the North Cascades National Park Complex, Wash

Alpine Research University of Colorado. ISTAAR Oc

ington, USA. // Journ. of Glaciology. 2006. V. 52.

casional Paper. 2005, 58: 117.

№ 177. P. 251-256. doi: 10.3189/172756506781828782.

Granshaw F.D., Fountain A.G. Glacier change (1958-1998)

Huss M. Density assumptions for converting geodetic gla

in the North Cascades National Park Complex, Wash

cier volume change to mass change // The Cryosphere.

ington, USA. Journ. of Glaciology. 2006, 52 (177):

2013. № 7. P. 877-887. doi: 10.5194/tc-7-877-2013.

251-256. doi: 10.3189/172756506781828782.

Huss M., Hock R. Global-scale hydrological response to fu

Huss M. Density assumptions for converting geodetic gla

ture glacier mass loss // Nature Climate Change. 2018.

cier volume change to mass change. The Cryosphere.

№ 8. P. 135-140. doi: 10.1038/s41558-017-0049-x.

2013, 7: 877-887. doi: 10.5194/tc-7-877-2013.

Kääb A., Strozzi T., Bolch T., Caduff R., Trefall, H., Stof-

Huss M. and Hock R. Global-scale hydrological response

fel M., Kokarev A. Inventory, motion and acceleration

to future glacier mass loss. Nature Climate Change.

of rock glaciers in Ile Alatau and Kungöy Ala-Too,

2018, 8: 135-140. doi: 10.1038/s41558-017-0049-x.

northern Tien Shan, since the 1950s // The Cryo

Kääb A., Strozzi T., Bolch T., Caduff R., Trefall, H., Stoffel

sphere. 2021. № 15. P. 927-949. doi: 10.5194/tc-15-

M., Kokarev A. Inventory, motion and acceleration of

927-2021.

rock glaciers in Ile Alatau and Kungöy Ala-Too, north

Kapitsa V., Shahgedanova M., Severskiy I., Kasatkin N.,

ern Tien Shan, since the 1950s. The Cryosphere. 2021,

White K. and Usmanova Z. Assessment of Changes

15: 927-949. doi: 10.5194/tc-15-927-2021.

in Mass Balance of the Tuyuksu Group of Glaciers,

Kapitsa V., Shahgedanova M., Severskiy I., Kasatkin N.,

Northern Tien Shan, between 1958 and 2016 Using

White K. and Usmanova Z. Assessment of Changes

Ground-Based Observations and Pléiades Satellite Im

in Mass Balance of the Tuyuksu Group of Glaciers,

agery // Front. in Earth Science. 2020. V. 8. № 259.

Northern Tien Shan, between 1958 and 2016 Using

P. 1-14. doi: 10.3389/feart.2020.00259.

Ground-Based Observations and Pléiades Satellite Im

 537 

Ледники и ледниковые покровы

Li H, Wang P, Li Z, Jin S, Xu C, Liu S, Zhang Z, Xu L. An

agery // Front. in Earth Science. 2020, 8 (259): 1-14.

application of three different field methods to monitor

doi: 10.3389/feart.2020.00259.

changes in Urumqi Glacier No. 1, Chinese Tien Shan,

Li H, Wang P, Li Z, Jin S, Xu C, Liu S, Zhang Z, Xu L. An

during 2012-2018 // Journ. of Glaciology. 2022. V. 68.

application of three different field methods to moni

№ 267. P. 41-53. doi: 10.1017/jog.2021.71.

tor changes in Urumqi Glacier No. 1, Chinese Tien

Nolan M, Arendt A, Rabus B., Hinzman L. Volume change

Shan, during 2012-2018. Journ. of Glaciology. 2022,

of McCall Glacier, Arctic Alaska, USA, 1956-2003. //

68 (267): 41-53. doi: 10.1017/jog.2021.71.

Annals of Glaciology. 2005. № 42. Р. 409-416. doi:

Nolan M, Arendt A, Rabus B., Hinzman L. Volume change

10.3189/172756405781812943.

of McCall Glacier, Arctic Alaska, USA, 1956-

Paul F., Barrand N.E., Baumann S., Berthier E., Bolch T.,

2003. Annals of Glaciology. 2005, 42: 409-416. doi:

Casey K., Frey H., Joshi S.P., Konovalov V., Le Bris R.,

10.3189/172756405781812943.

Mölg N., Nosenko G., Nuth C., Pope A., Racovite-

Paul F., Barrand N.E., Baumann S., Berthier E., Bolch T.,

anu A., Rastner P., Raup B., Scharrer K., Steffen S.,

Casey K., Frey H., Joshi S.P., Konovalov V., Le Bris R.,

Winsvold S. On the accuracy of glacier outlines derived

Mölg N., Nosenko G., Nuth C., Pope A., Racoviteanu

from remote-sensing data // Annals of Glaciology.

A., Rastner P., Raup B., Scharrer K., Steffen S., Wins-

2013. № 54. V. 63. Р. 171-182. doi: 10.3189/2013Ao

vold S. On the accuracy of glacier outlines derived from

G63A296.

remote-sensing data. Annals of Glaciology. 2013, 54

Pieczonka T., Bolch T. Region-wide glacier mass budgets

(63): 171-182. doi: 10.3189/2013AoG63A296.

and area changes for the Central Tien Shan between

Pieczonka T., Bolch T. Region-wide glacier mass budgets

~1975 and 1999 using Hexagon KH-9 imagery //

and area changes for the Central Tien Shan between

Global and Planetary Change. 2015. № 128. P. 1-13.

~1975 and 1999 using Hexagon KH-9 imagery. Global

doi: 10.1016/j.gloplacha.2014.11.014.

and Planetary Change. 2015, 128: 1-13. doi: 10.1016/j.

Severskiy I., Vilesov E., Armstrong R., Kokarev A., Koguten-

gloplacha.2014.11.014.

ko L., Usmanova Z., Morozova V., Raup B. Changes in

Severskiy I., Vilesov E., Armstrong R., Kokarev A., Koguten-

glaciation of the Balkhash-Alakol basin, central Asia,

ko L., Usmanova Z., Morozova V., Raup B. Changes in

over recent decades // Annals of Glaciology. 2016.

glaciation of the Balkhash-Alakol basin, central Asia,

№ 57 (71). P. 382-394. doi: 10.3189/2016AoG71A575.

over recent decades. Annals of Glaciology. 2016, 57

Shahgedanova M., Afzal M., Hagg W., Kapitsa V., Kasat-

(71): 382-394. doi: 10.3189/2016AoG71A575.

kin N., Mayr E., Rybak O., Saidaliyeva Z., Severskiy I.,

Shahgedanova M., Afzal M., Hagg W., Kapitsa V., Kasatkin

Usmanova Z., Wade A., Yaitskaya N. Emptying water

N., Mayr E., Rybak O., Saidaliyeva Z.,Severskiy I., Us-

towers? Impacts of future climate and glacier change

manova Z., Wade A., Yaitskaya N.Emptying water tow

on river discharge in the Northern Tien Shan, Central

ers? Impacts of future climate and glacier change on

Asia // Water. 2020. № 12. V. 3. 627 p. doi: 10.3390/

river discharge in the Northern Tien Shan, Central Asia.

w12030627.

Water. 2020, 12 (3): 627. doi: 10.3390/w12030627.

Stocker T. F., Qin D., Plattner G.K., Tignor M., Allen S.K.,

Boschung J., Nauels A., Xia Y., Bex B., Midgley B.

IPCC, 2013: climate change 2013: the physical science

basis. Contribution of working group I to the fifth as

sessment report of the intergovernmental panel on cli

mate change. New York, NY, USA, Cambridge Uni

mate change. - New York, NY, USA, Cambridge Uni

versity Press. 2013. 1535 p.

versity Press. 2013:1535.

Zemp, M., Huss, M., Thibert, E., Eckert, N., McNabb, R.,

Zemp, M., Huss, M., Thibert, E., Eckert, N., McNabb,

Huber, J., Barandun, M.,Machguth, H., Nussbaumer,

R., Huber, J., Barandun, M.,Machguth, H., Nussbau-

S.U., Gärtner-Roer, I., Thomson, L., Paul, F., Mauss-

mer, S.U., Gärtner-Roer, I., Thomson, L., Paul, F.,

ion, F., Kutuzov, S., Cogley, J.G. Global glacier mass

Maussion, F., Kutuzov, S., Cogley, J. G. Global glacier

changes and their contributions to sea-level rise from

mass changes and their contributions to sea-level rise

1961 to 2016 // Nature. 2019. № 568. P. 382-386. doi:

from 1961 to 2016. Nature. 2019, 568: 382-386. doi:

10.1038/s41586-019-1071-0.

Zemp M., Roer I., Kääb A., Hoelzle M., Paul F., Haeber-

Zemp M., Roer I., Kääb A., Hoelzle M., Paul F., Haeberli

li W. WGMS (2008): global glacier changes: facts and

W. WGMS (2008): global glacier changes: facts and

figures. World Glacier Monitoring Service. 2008. 45 p.

figures. World Glacier Monitoring Service. 2008: 45.

 538 