Моніторинг змін льодових покривів з використанням ГІС технологій та матеріалів ДЗЗ (на прикладі льодовика Колумбія штату Аляска, США)

Abstract

Льодовик Колумбія, розташований у південній частині штату Аляска, є одним з найбільш динамічних та швидкозмінних прибережних льодовиків Північної півкулі. З другої половини ХХ століття його відступ набув катастрофічних масштабів, що робить цей льодовик важливим природним індикатором регіональних та глобальних кліматичних змін. Вивчення його динаміки потребує застосування сучасних методів аналізу просторової інформації, зокрема матеріалів дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) та ГІС-технологій [3, 5]. Під час виконання магістерської кваліфікаційної роботи використано комплекс методів картографії, цифрового опрацювання супутникових знімків, фотограмметрії та геоінформаційного аналізу. Для проведення багаточасового порівняльного дослідження отримано та опрацьовано картографічні матеріали семи періодів: 1951, 1960, 1995, 2002, 2007, 2020 та 2025 роки. Для роботи застосовано програмне забезпечення ArcGIS 10.8, Excel, а також численні онлайн-ресурси, включно з USGS EarthExplorer, Copernicus Browser та NOAA Climate Data Store [5, 4]. За результатами векторизації та розрахунку площі встановлено, що за період 1951–2025 рр. льодовик втратив понад 70 % своєї початкової площі, відступивши більш ніж на 20 км. Різке прискорення деградації спостерігається після 1980 року. Подальший відступ супроводжувався утворенням глибокої акваторії та появою значних ділянок відкритої води у фьорді Prince William Sound. Важливою частиною дослідження став аналіз середньорічної температури повітря та морської води за період 1995–2025 рр., виконаний на основі наборів ERA5 Reanalysis та Copernicus Marine. Результати свідчать про підвищення середньорічної температури повітря приблизно на +1.3 °C, а температури морської поверхні - на +1.9 °C. Отримані дані було співставлено з динамікою площ льодовика та підтверджено наявність високої зворотної кореляції між температурними трендами й масштабами танення льоду [2, 1]. Методика дослідження включала побудову тематичних шарів рельєфу, водних акваторій, меж льодовика та структурну інтеграцію даних у єдиний багатошаровий ГІС-проект. Для візуалізації змін створено анімаційну GIF-модель ретроспективи відступу льодовика за 74 роки, що дає наочне уявлення про швидкість морфологічних трансформацій. Об’єктом дослідження є динаміка змін меж та площі льодовикового покриву льодовиків, а також методи ГІС-аналізу для оцінки цих змін. Предметом дослідження є льодовик Колумбія та його природно-кліматичне оточення. Метою роботи є розробка та застосування комплексної ГІС-методики для моніторингу змін льодовика Колумбія та дослідження впливу температурних чинників на його трансформацію. У результаті дослідження встановлено закономірності деградації льодовика та визначено основні природні чинники, що керують його відступом. Побудований ГІС-проєкт є інструментом для подальших прогнозних оцінок і може бути використаний в геокліматичних дослідженнях, моніторингу прибережних льодовиків та освітньому процесі.

The Columbia Glacier, located in the southern part of Alaska, is one of the most dynamic and rapidly changing tidewater glaciers in the Northern Hemisphere. Since the second half of the 20th century, its retreat has reached catastrophic proportions, making it a key natural indicator of regional and global climate change. Studying its dynamics requires modern methods of spatial data analysis, particularly satellite remote sensing and GIS-based techniques [3, 5]. This master’s thesis applies a combination of cartographic analysis, digital processing of satellite imagery, photogrammetry, and geospatial analytical methods. Multi-temporal cartographic materials were collected and processed for seven reference years: 1951, 1960, 1995, 2002, 2007, 2020, and 2025. The study employed ArcGIS 10.8, Excel, and various online resources, including USGS EarthExplorer, Copernicus Browser, and the NOAA Climate Data Store [5, 4]. Vectorization and area calculations show that between 1951 and 2025 the glacier lost over 70% of its original area and retreated by more than 20 km. A sharp acceleration of degradation is observed after 1980. Continued retreat resulted in the formation of a deep fjord basin and extensive open-water areas within Prince William Sound. A key component of the study was the analysis of mean annual air and sea-surface temperatures for 1995–2025, using ERA5 Reanalysis and Copernicus Marine datasets. The results demonstrate an increase of approximately +1.3 °C in mean annual air temperature and about +1.9 °C in sea-surface temperature. These datasets were compared with glacier-area dynamics, confirming a strong inverse correlation between temperature trends and the magnitude of ice loss [2, 1]. The research methodology included the development of thematic layers representing terrain, water bodies, and glacier boundaries, as well as the structural integration of all materials within a unified multi-layered GIS project. To visualize long-term changes, an animated GIF illustrating 74 years of glacier retreat was created, providing a clear representation of the rapid morphological transformations. The object of study is the dynamics of changes in the boundaries and area of glacier ice cover, as well as GIS analysis methods for assessing these changes.. The subject of the study is the Columbia Glacier and its natural and climatic environment. The aim of the thesis is to develop and apply an integrated GIS-based approach for monitoring the Columbia Glacier and assessing the influence of temperature-driven factors on its transformation. The study identifies the main patterns of glacier degradation and determines the natural factors that control its retreat. The resulting GIS project serves as a useful tool for predictive assessments and can be applied in geoclimatic research, tidewater-glacier monitoring, and educational activities.