На высоте около 5000 метров в перуанских Андах ученые наносят на карту ледники и водно-болотные угодья в горном хребте Кордильера-Бланка с точностью до 10 сантиметров, чтобы оценить, как изменение климата повлияет на полмиллиона местных жителей, которые частично полагаются на эти ледники для получения воды. поставка.Их стратегия представляет собой образец для исследовательских групп, которые исследуют водную безопасность в других регионах мира с гораздо более многочисленным населением, включая Китай и Индию.
Хотя исследование только начинается, один из первых выводов заключается в том, что Кордильера-Бланка имеет здоровую систему грунтовых вод, сказал Оливер Вигмор, докторант по географии в Университете штата Огайо.«В этой области таяние ледников обеспечивает до 50 процентов воды в сухой сезон, и люди используют ее для нужд ферм, гидроэлектроэнергии и питья», — пояснил он. «Мы знаем, что ледники исчезают, поэтому в будущем будет меньше воды для засушливого сезона. Но мы с моими коллегами обнаружили, что система грунтовых вод накапливает часть таяния ледников, а также осадки. в конечном итоге все еще будет значительное падение водоснабжения, но может существовать некоторый потенциал для того, чтобы грунтовые воды могли его буферизовать ».
Он представил результаты на стендовой сессии в четверг 17 декабря 2015 года на заседании Американского геофизического союза в Сан-Франциско.
Вигмор также представил измерения, которые показывают, что ключевой ледник в долине Ллака в регионе быстро меняется. Он зафиксировал в среднем 0,7 метра прореживания за один год с максимальными потерями в 18 метров в некоторых местах. Например, в начале 2015 года за двухнедельный период обрушился ледяной обрыв у передней кромки ледника.Это плохие новости.
Но хорошие новости о системе грунтовых вод было бы очень трудно получить без специальных высотных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые спроектировал и построил Вигмор, и систем покадровой тепловизионной камеры, разработанных коллегой Джеффри Маккензи из Университета Макгилла.«Беспилотные летательные аппараты предлагают одни из лучших технологий, доступных на сегодняшний день, для сбора данных в масштабе для информирования местных решений по управлению водными ресурсами», — сказал Вигмор.Вместе с адъюнкт-профессором географии штата Огайо Брайаном Марком, Вигмор, Маккензи и их команда используют технологии для преодоления облаков, пересеченной местности и разреженного воздуха, которые препятствуют легкому доступу ко льду на Кордильерах Бланка.Марк объяснил, почему ледники Кордильеры Бланка важны.
«Все ледники — действительно важный источник информации о климате, будь то количество, которое они отступают, или прошлая история от ледяных кернов», — сказал он. «Но прямо сейчас мы остро обеспокоены содержащимися в них водными ресурсами. Во всем мире ледники близки к быстрорастущим городским районам и экстенсивному сельскому хозяйству, которые нуждаются в воде».«Кроме того, в Перу ледники являются одним из основных туристических объектов как международного, так и местного значения и имеют важное духовное значение для перуанцев.
Люди в Перу очень обеспокоены тем, что принесет им будущее», — сказал Маккензи, доцент кафедры наук о Земле в McGill.В Кордильера-Бланка облака закрывают вид со спутников на все, кроме нескольких недель в году, а местность слишком неровная, чтобы проводить надежные измерения ледовой поверхности вручную. Традиционно единственным выходом для ученых был полет оборудования дистанционного зондирования над льдом на самолете — занятие, которое не только дорого, но и опасно, учитывая резкие перепады высот в горах.БПЛА штата Огайо имеют разрешение 10 сантиметров, работают, несмотря на частую облачность в горах Перу, и стоят несколько тысяч долларов каждый.
Напротив, спутники обеспечивают в лучшем случае полуметровое разрешение, работают только в течение двух месяцев в году, когда регион относительно свободен от облаков и стоит миллионы долларов.Вигмор оснастил большие и легкие дроны высокоскоростными двигателями и удлиненными пропеллерами, чтобы нести их в разреженном воздухе. (Он объяснил, что если он попытается полететь на одном из них на уровне моря, моторы сразу же сгорят.)
Летая на высоте около 100 метров над льдом и болотами, беспилотные летательные аппараты делают сотни перекрывающихся снимков, обеспечивая трехмерное изображение так, как пара человеческих глаз обеспечивает восприятие глубины.«Это похоже на то, что сотни глаз смотрят на этот пейзаж с разных точек зрения», — сказал Вигмор.
Он контролирует часть каждого полета с портативного компьютера, а затем позволяет БПЛА летать автономно, пока тот собирает данные.Что касается ранних данных, которые исследователи все еще обрабатывают, Вигмор описал потерю льда на леднике Ллака и обрушение фронта отела как более драматические, чем он ожидал.«Этот ледник обычно стабилен, но, по словам местных жителей, обрушение произошло очень быстро, за пару недель», — сказал он. «В марте 2015 года это было, а в апреле 2015 года — нет».Исследовательская группа Маккензи использует тепловизионные инфракрасные камеры для наблюдения за ледником в Перу с течением времени.
Эти камеры, которые, по сути, снимают температуру, позволяют его команде внимательно наблюдать, какие участки ледников тают быстрее всего.Кэролайн Обри-Уэйк, аспирантка McGill, объяснила.«В традиционной полевой работе по гляциологии исследователи просто записывают данные в одном или двух точках и экстраполируют эти данные на весь огромный ледник.
С новой технологией инфракрасной камеры теперь мы можем мгновенно измерять температуру ледника повсюду, многократно, что дает нам новое понимание ", — сказала она.«Эти новые технологии в сочетании с картографированием с помощью БПЛА позволяют нам наблюдать за ледниками так, как мы никогда не думали, что это возможно даже пару лет назад. Это действительно захватывающее время для участия в этом исследовании», — добавил Маккензи.В последние годы ученые всего мира начали создавать БЛА для картографических целей.
Уигмор считает, что этот бум стал результатом новых достижений в области компьютерного зрения, программного обеспечения с открытым исходным кодом и недорогого оборудования.В то время как обследования самолетов стоят сотни тысяч долларов, а спутники — миллионы, он может построить БПЛА примерно за 4000 долларов.«Низкая стоимость, безусловно, хорошо», — добавил он.«Я разбивал свое оборудование много-много раз — иногда катастрофически.
Я беру запчасти и ремонтирую их в полевых условиях. Если у вас есть серийный БПЛА, и что-то ломается, вы должны отправить его обратно производителю. . И если вы работаете в перуанских Андах, а производитель находится в Китае, вы не можете этого сделать ».Wigmore добавляет бортовые сенсорные системы, которые отображают Землю в видимом, ближнем и тепловом инфракрасном диапазонах.
Большинство камер стоят около 400 долларов каждая. Одна тепловизионная камера стоит в 10 раз дороже, но была подарена проекту электронной компанией DRS Technologies. Дифференциальная система GPS — очень важная для точных данных наземного контроля — обычно стоит десятки тысяч долларов, но некоммерческий консорциум UNAVCO предоставил ее для части исследования, проведенного в 2014 году.
В 2015 году Вигмор смог одолжить дифференциальный GPS от Центра полярных и климатических исследований Берда штата Огайо.