Yugra State University BulletinYugra State University BulletinВестник Югорского государственного университета1816-92282078-9114Yugra State University11178610.18822/byusu202203137-144Mathematical modeling and information technologyМатематическое моделирование и информационные технологииResearch ArticleStudying the dynamics of thermokarst lakes in the West Siberian Arctic based on the analysis of time series of satellite measurementsИзучение динамики термокарстовых озер Западно-Сибирской Арктики на основе анализа временных рядов спутниковых измеренийPolishchukYury M.ПолищукЮрий Михайлович
Russian Federation

Doctor in Physical and Mathematical Sciences, Professor Principal Researcher of the Space Service Center

доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Центра космических услуг

yupolishchuk@gmail.comKupriyanovMatvey A.КуприяновМатвей Андреевич
Russian Federation

Chief Specialist of the Space Service Center

главный специалист Центра космических услуг

yupolishchuk@gmail.comUgra Research Institute of Information TechnologiesАУ «Югорский НИИ информационных технологий»081020221831371440810202208102022Copyright ©; 2022, Yugra State UniversityCopyright ©; 2022, Югорский государственный университет2022Yugra State UniversityЮгорский государственный университетhttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0https://vestnikugrasu.org/byusu/article/view/111786

Subject of research: article is the time series of changes in the area of thermokarst lakes in the Arctic under the conditions of modern climatic changes.

Purpose of research: to analyze the time series of satellite measurements of lake areas for studying the dynamics of lakes in the West Siberian Arctic.

Methods and objects of research: we present the results of formation and analysis of time series of lake areas intended for studying the dynamics of thermokarst lakes in the Arctic zone of Western Siberia over a 36-year period. The time series were obtained based on the results of remote measurements of the lake areas on the territory of 627 thousand km2 using 688 Landsat satellite images, sampled in the period 1985-2021. The study area was divided into three ecoregions to analyze the territorial features of the vast Arctic zone of Western Siberia. The analysis of the time series showed that the change in the average lake area in the territory of the Arctic zone of Western Siberia exhibits a marked negative linear trend.

Main results of research: based on the comparison of the trends in the time series of lake areas in the territories of the three ecoregions of the West Siberian Arctic, it was found that the thermokarst lakes of Yamal exhibit the highest rate of change in the areas compared to the other Arctic ecoregions.

Предмет исследования: временные ряды изменений площадей термокарстовых озер в Арктике в условиях современных климатических изменений.

Цель работы: проведение анализа временных рядов спутниковых измерений площадей озер для изучения динамики озер Западно-Сибирской Арктики.

Методы и объекты исследования: представлены результаты формирования и анализа временных рядов площадей озер, предназначенных для изучения динамики термокарстовых озер в арктической зоне Западной Сибири за 36-летний период. Временные ряды получены по результатам дистанционных измерений площадей озер на территории площадью 627 тыс. км2 с использованием 688 спутниковых снимков Landsat, отобранных в период 1985-2021 гг. Исследуемая территория разделена на три экорегиона для анализа территориальных особенностей обширной арктической зоны Западной Сибири. Анализ временных рядов показал, что изменение средней площади озер на территории арктической зоны Западной Сибири проявляет заметный отрицательный линейный тренд.

Основные результаты исследования: на основе сравнения трендов временных рядов площадей озер на территориях трех экорегионов Западно-Сибирской Арктики установлено, что наибольшую скорость изменений площадей проявляют термокарстовые озера Ямала по сравнению с другими арктическими экорегионами.

time series analysisremote sensing methodssatellite imagesthermokarst lakesArctic territoriesWestern Siberiaанализ временных рядовдистанционные методыкосмические снимкитермокарстовые озераарктические территорииЗападная СибирьThis work was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project 22-11-20023)Работа проводилась при поддержке гранта РНФ (проект 22-11-20023)Carbon Emission Related to Thermokarst Processes in Wetlands of NE European Tundra / S. Zabelina, L. Shirokova, S. Klimov [et al.]. – DOI:10.1002/Ino.11560 // Limnology and Oceanography. – 2020. – Vol. 9999. – P. 1–15.Kirpotin, S. Abrupt changes of thermokarst lakes in Western Siberia: impacts of climatic warming on permafrost melting / S. Kirpotin, Y. Polishchuk, N. Bryksina // International Journal of Environmental Studies. – 2009. – Vol. 66, №. 4. – P. 423–431.Riordan, B. Shrinking ponds in subarctic Alaska based on 1950-2002 remotely sensed images / B. Riordan, D. Verbyla, A. D. Guire // Journal of Geophysical Research. – 2006. – Vol. 111. – G04002.Zuidhoff, F. S. Changes in palsa distribution in relation to climate change in Laivadalen, Northern Sweden, especially 1960-1997 / F. S. Zuidhoff, E. Kolstrup // Permafrost and Periglacial Processes. – 2000. – Vol. 11. – P. 55–69.Polishchuk, Y. M. Remote research of spatiotemporal dynamics of thermokarst lakes fields in Siberian permafrost / Y. M. Polishchuk, I. N. Muratov, V. Y. Polishchuk // The Arctic: Current Issues and Challenges / eds. O. Pokrovsky, S. Kirpotin, A. Malov. – New York : Nova Science Publishers, 2020. – Chapter 8. – P. 208-–237.Полищук, В. Ю. Геоимитационное моделирование полей термокарстовых озер в зонах мерзлоты / В. Ю. Полищук, Ю. М. Полищук. – Ханты-Мансийск : УИП ЮГУ, 2013. – 129. – Текст : непосредственный.Terrestrial Ecoregions of the World: A New Map of Life on Earth: A new global map of ter-restrial ecoregions provides an innovative tool for conserving biodiversity / D. M. Olson, E. Dinerstein, E. D. Wikramanayake [et al.]. – DOI:10.1641/0006-3568(2001)051[0933:TEOTWA]2.0.CO;2 // BioScience. – 2001. – Vol. 51. – P. 933–938.Ямал. – Текст : электронный // Большая российская энциклопедия. – 2020. – URL: https://bigenc.ru/geography/text/4926334 (дата обращения: 19.06.2022).Руководство пользователя QGIS. – Текст : электронный // Документация QGIS 3.22. – URL: https://docs.qgis.org/3.22/ru/docs/user_manual/index.html (дата обращения: 19.06.2022).Automated Water Extraction Index: A new technique for surface water mapping using Landsat imagery / G. L. Feyisa, H. Meilby, R. Fensholt, S. R. Proud // Remote Sensing of Environment. – 2014. – Vol. 140. – P. 23–35.Using the USGS Landsat Level-1 Data Product. Conversion to TOA Reflectance // USGS: sci-ence for a changing World. – URL: https://www.usgs.gov/landsat-missions/using-usgs-landsat-level-1-data-product (date of application: 19.06.2022).