Кратко: точные геодезические координаты и измерения дают количественную картину изменений объёмов и перемещений (льдов, воды, почвы), позволяют отделить локальные эффекты (оседание, тектоника) от глобальных (подъём уровня моря, перераспределение массы), и переводят наблюдаемые высоты/смещения в массы и скорости.
Как это работает (основные методы и формулы)
- GNSS/трекеры: измеряют трёхмерные смещения опорных точек; скорость вертикального смещения $v=\mathrm{d}h/\mathrm{d}t$ используется для оценки оседания/подъёма.
- Высотная съёмка/альтиметрия и DEM-дифференцирование: изменение объёний льда/почвы $\Delta h(x,y)$ переводят в изменение массы через интеграл
$$\Delta M=\rho \iint \Delta h(x,y)\mathrm{d}A\approx \rho \sum \Delta h_i{A}_i,$$ где $\rho$ — плотность (льда/воды/осадка).
- InSAR (радиоинтерферометрия): измеряет относительные изменения пути с точностью до миллиметров–сантиметров и даёт карты горизонтальных/вертикальных деформаций.
- Гравиметрия (GRACE/GRACE-FO, абсолютные гравиметры): чувствительна к перераспределению массы и оценивает месячные изменения эквивалента воды по бассейнам.
- Лидар/фотограмметрия: детальные DEM с высокой вертикальной точностью для подсчёта объёма ледника или изменения береговой линии.
- Приливные станции и высокоточные нивелиры: следят за относительным изменением уровня моря и локальным вертикальным движением.
Требования к точности и периодичности (практические ориентиры)
- Подсчёт стока/массы ледников (изменение объёма): нужна вертикальная точность DEM/альтиметрии сравнимая с ожидаемыми изменениями. Типично:
- вертикальная точность альтиметрии/лазера: $\sim 0.01$–$0.3$ м; (например, ICESat-2 на отдельных трассах $\sim 0.02$–$0.1$ м),
- для надёжных временных рядов и интеграции по площади желательно погрешности меньше нескольких сантиметров-полу-метра в зависимости от скорости таяния; повторность наблюдений — от сезонной до годовой (чтобы захватывать сезонную амплитуду и годовые тренды).
- Измерение скорости и смещений льда: GNSS и оптический/радиолокационный трекинг — позиционная точность за одну сессию: горизонтально $\sim 1$–$5$ мм, вертикально $\sim 3$–$10$ мм; для оценки скоростей требуются непрерывные ряды месяцев–лет, чтобы получить неопределённость скорости $\sim 0.1$–$1$ мм/год.
- Оседание почвы/антропогенное подсасывание (городские бассейны, добыча): требуются миллиметровые уровни точности для детекции трендов. InSAR/PS-InSAR даёт чувствительность $\sim 1$–$10$ мм на приёме; повторимость — от нескольких дней ($\sim 6$–$12$ суток у Sentinel-1) до месяцев. GNSS непрерывно для привязки в гл. системе координат.
- Мониторинг уровня моря: приливные станции и GNSS на станциях должны иметь устойчивость и точность вертикали $\lesssim 1$ мм/год для долгосрочных трендов; спутниковая альтиметрия даёт глобальные поля с точностью десятки миллиметров.
- Гравиметрические оценки массы (GRACE-type): пространственное разрешение ограничено (сотни км); месячная точность в эквиваленте воды типично $\sim 0.5$–$1$ см над крупными бассейнами; для локальных ледников нужны доп. данные (альтиметрия, DEM) для интерпретации.
Важные практические требования
- Единая геоцентрическая система координат (ITRF) и аккуратный учёт приливов, атмосферных/гидрологических загрузок и GIA (glacial isostatic adjustment) — критичны для сравнения долгосрочных трендов.
- Комбинация методов: гравиметрия оценивает прямую потерю массы, альтиметрия и DEM — изменение объёма, GNSS/InSAR — деформации основания; все три даёт согласованную картину.
- Длительность рядов: для надёжной оценки тренда обычно нужно минимум $\sim 3$–$5$ лет для крупных сигналов и $\gtrsim 10$ лет для выявления малых трендов на уровне мм/год.
- Пространочное покрытие и частота: чем быстрее явление (сезонный сток, внезапное оседание), тем выше требуемая частота наблюдений (дни–недели); для медленных процессов годовая или многолетняя периодичность может быть достаточна.
Коротко о практическом применении
- Чтобы надёжно оценить потерю массы ледника, комбинируют альтиметрию/DEM-дифференцирование с плотностными допущениями по формуле выше; вертикальная погрешность должна быть существенно меньше типичного годового уменьшения толщины (обычно $\ll 0.1$–$1$ м для быстрых таяний).
- Для городского оседания: InSAR + локальные GNSS дают мм–см оценку и позволяют отделить добычные процессы от естественной тектоники.
- Для глобальных и региональных балансов массы используются месячные гравитационные продукты + корректировки по GIA и валидация локальными наблюдениями.
Вывод: требования по точности варьируют от миллиметров (для оседаний и долгосрочных трендов) до сантиметров–дециметров (для отдельных альтиметрических продуктов), а периодичность — от дней (InSAR, GNSS) до месяцев/лет (гравиметрия, DEM-съёмки), причём надёжный результат достигается сочетанием методов и жёстким контролем эталонной системы координат.