Geomorphometry of Antarctic Periglacial Territories

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Currently, the rigor and reproducibility of topographic studies is ensured by geomorphometry. This discipline emerged at the intersection of photogrammetry, geoinformatics, and computational mathematics. It has a well-developed physical and mathematical theory, as well as a powerful computational apparatus. Geomorphometric methods are used to solve a wide range of multiscale problems within the field of geoscience. Geomorphometric modeling of Antarctic periglacial territories, such as oases, ice-free islands and mountains, is necessary to obtain new knowledge about quantitative characteristics of the topography of these unique territories as well as further use of morphometric information. This article considers three typical Antarctic periglacial territories: the Cape Burks Oasis (Marie Byrd Land), Haswell Island (Queen Mary Land), and Leningradsky Nunatak (Oates Land). Geomorphometric modelling and mapping of these territories were carried out for the first time. We used three fragments of the Reference Elevation Model of Antarctica (REMA) as input data, with grid spacings of 2 and 8 metres. We calculated digital models using three DEMs and presented a series of maps of the ten most important morphometric variables in fundamental and applied terms. The list of variables includes slope gradient, slope aspect, horizontal curvature, vertical curvature, minimal curvature, maximal curvature, wind exposition index, catchment area, topographic wetness index, and stream power index. Interpretations of the obtained maps are given and their possible use is described. The study was carried out within the framework of a project to create a physical-geographical thematic scientific reference geomorphometric atlas of ice-free territories of the Antarctic.

About the authors

I. V Florinsky

Institute of Mathematical Problems of Biology, Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences

Email: iflor@mail.ru
Pushchino, Russia

References

  1. Абакумов Е.В., Помелов В.Н., Крыленков В.А., Власов Д.Ю. Морфологическая организация почв Западной Антарктики // Вестн. СПб. ун-та. Серия 3: Биология. 2008. Вып. 3. С. 102–116.
  2. Abakumov E.V., Pomelov V.N., Vlasov D.Y., Krylenkov V.A. Morphological organization of soils in Western Antarctica. Vestn. S.-Peteb. Univ., Ser. 3: Biol., 2008, no. 3, pp. 102–116. (In Russ.).
  3. Булавинцев В.И. Наземная фауна Южной полярной области // Антарктика. Доклады Комиссии / отв. ред. В.М. Котляков. М.: Наука, 1995. Вып. 33. С. 140–156.
  4. Bulavintsev V.I. Terrestrial fauna of the southern polar region. In Antarktika. Doklady Komissii. Vyp. 33 [The Antarctic: The Committee Reports. Vol. 33]. Kotlyakov V.M., Ed. Moscow: Nauka Publ., 1995, pp. 140–156. (In Russ.).
  5. Воронов П.С., Климов Л.В. Геологическое строение района Мирного // Тр. Советской антарктической экспедиции. 1960. Т. 9. С. 185–196.
  6. Voronov P.S., Klimov L.V. Geological structure of the Mirny region. Tr. Sovet. Antarktich. Eksped., 1960, vol. 9, pp. 185–196. (In Russ.).
  7. Короткевич Е.С. Полярные пустыни. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 419 с.
  8. Korotkevich E.S. Polyarnye pustyni [Polar Deserts]. Leningrad: Hydrometeoizdat Publ., 1972.
  9. Лупачев А.В., Абакумов Е.В. Почвы Земли Мэри Бэрд (Западная Антарктика) // Почвоведение. 2013. № 10. С. 1167–1180.
  10. Lupachev A.V., Abakumov E.V. Soils of Marie Byrd Land, West Antarctica. Eurasian Soil Sci., 2013, vol. 46, no. 10, pp. 994–1006. https://doi.org/10.1134/S1064229313100049
  11. Марков К.К., Бардин В.И., Лебедев В.Л., Орлов А.И., Суетова И.А. География Антарктиды. М.: Мысль, 1968. 440 с.
  12. Markov K.K., Bardin V.I., Lebedev V.L., Orlov A.I., Suetova I.A. The Geography of Antarctica. Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations, 1970.
  13. Орлов А.И. Некоторые результаты физико-географических исследований на Берегу Отса // Тр. Советской антарктической экспедиции. 1973. Т. 59. С. 130–137.
  14. Orlov A.I. Some results of physical geographical studies on the Oates Coast. Tr. Sovet. Antarktich. Eksped., 1973, vol. 59, pp. 130–137. (In Russ.).
  15. План управления Особо охраняемым районом Антарктики № 127 “Остров Хасуэлл” (Остров Хасуэлл и прилегающий участок припайного льда с колонией императорских пингвинов) // Заключительный отчет XLIV Консультативного совещания по Договору об Антарктике, Мера 11. Буэнос-Айрес: Секретариат Договора об Антарктике, 2022. 16 с.
  16. Management plan for Antarctic Specially Protected Area No. 127 “Haswell Island” (Haswell Island and the adjacent fast ice field with a colony of emperor penguins). In Final Report of the XLIV Antarctic Treaty Consultative Meeting. Measure 11. Buenos Aires: Secretariat of the Antarctic Treaty, 2022.
  17. Симонов И.М. Оазисы Восточной Антарктиды. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 176 с.
  18. Simonov I.M. Oazisy Vostochnoi Antarktidy [Oases of East Antarctica]. Leningrad: Hydrometeoizdat Publ., 1971.
  19. Симонов И.М. Физико-географическая характеристика полуострова Файлдс (Южные Шетландские острова) // Антарктика. Докл. Комиссии / отв. ред. Г.А. Авсюк. М.: Наука, 1975. Вып. 14. С. 128–145.
  20. Simonov I.M. Physical and geographical characteristics of the Fildes Peninsula (South Shetland Islands). In Antarktika. Doklady Komissii. Vyp. 14 [The Antarctic: The Committee Reports. Vol. 14]. Avsyuk G.A., Ed. Moscow: Nauka Publ., 1975, pp. 128–145. (In Russ.).
  21. Сократова И.Н. Антарктические оазисы: история и результаты исследований. СПб.: ААНИИ, 2010. 274 с.
  22. Sokratova I.N. Antarkticheskie oazisy: istoriya i rezul’taty issledovanii [Antarctic Oases: History and Results of Investigations]. St. Peterburg: AANII, 2010.
  23. Солопов А.В. Теоретическая оценка процессов взаимовлияния и взаимодействия оазисов и ледников в Антарктиде // Антарктика. Докл. Комиссии 1969 / отв. ред. В.А. Бугаев. М.: Наука, 1971. C. 129–143.
  24. Solopov A.V. Theoretical assessment of the processes of mutual influence and interaction of oases and glaciers in Antarctica. In Antarktika. Doklady Komissii 1969 [The Antarctic: The Committee Reports 1969]. Bugaev V.A., Ed. Moscow: Nauka Publ., 1971, pp. 129–143. (In Russ.).
  25. Солопов А.В. Об основных физико-географических признаках оазисов и некоторых закономерностях их формирования // Антарктика. Докл. Комиссии / отв. ред. В.А. Бугаев. М.: Наука, 1973. Вып. 12. С. 64–71.
  26. Solopov A.V. On the main physical and geographical features of oases and some regularities of their formation. in Antarktika. Doklady Komissii. Vyp. 12 [The Antarctic: The Committee Reports. Vol. 12]. Bugaev V.A., Ed. Moscow: Nauka Publ., 1973, pp. 64–71. (In Russ.).
  27. Сыроечковский Е.Е. Орнитологические наблюдения в Антарктиде и некоторые вопросы биогеографии суши Антарктики // Антарктика. Докл. Комиссии 1965 / отв. ред. В.А. Бугаев. М.: Наука, 1966. C. 103–129.
  28. Syroechkovskii E.E. Ornithological observations in Antarctica and some issues of the biogeography of the Antarctic land. In Antarktika. Doklady Komissii 1965 [The Antarctic: The Committee Reports 1965]. Bugaev V.A., Ed. Moscow: Nauka Publ., 1966, pp. 103–129. (In Russ.).
  29. Ткачева Д.А., Михальский Е.В., Сущевская Н.М., Кунаккузин Е.Л., Скублов С.Г., Сергеев С.А. Возраст и геохимическая характеристика габброидов мыса Беркс (район станции Русская, Западная Антарктида) // Геохимия. 2018. № 7. С. 616–640. https//doi.org/10.1134/S0016752518070129
  30. Tkacheva D.A., Mikhalsky E.V., Sushchevskaya N.M., Kunakkuzin E.L., Skublov S.G., Sergeev S.A. Age and geochemistry of the Cape Burks gabbroids (Russkaya Station Area, West Antarctica). Geochem. Int., 2018, vol. 56, no. 7, pp. 628–650. https://doi.org/10.1134/S001670291807011X
  31. Фадеев А.С., Мханна А.И.Н. Сравнение и анализ метеорологических элементов станций Восток и Мирный с 2015 по 2020 года // Scientific Heritage. 2021. Vol. 2. № 79. P. 44–53. https//doi.org/10.24412/9215-0365-2021-79-2-44-53
  32. Fadeev A.S., Mhanna A.I.N. Comparison and analysis of meteorological elements of Vostok and Mirny Stations from 2015 to 2020. Nauchn. Nasled., 2021, vol. 2, no. 79, pp. 44–53. (In Russ.). https://doi.org/10.24412/9215-0365-2021-79-2-44-53
  33. Флоринский И.В. Геоморфометрия сегодня // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2021. Т. 27. № 2. С. 394– 448. https://doi.org/10.35595/2414-9179-2021-2-27-394-448
  34. Florinsky I.V. Geomorphometry today. InterCarto. InterGIS, 2021, vol. 27, no. 2, pp. 394–448. (In Russ.). https://doi.org/10.35595/2414-9179-2021-2-27-394-448
  35. Флоринский И.В. Проект геоморфометрического атласа свободных от оледенения территорий Антарктики // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2024. Т. 30. № 2. С. 53–79. https://doi.org/10.35595/2414-9179-2024-2-30-53-79
  36. Florinsky I.V. A project of a geomorphometric atlas of ice-free Antarctic territories. InterCarto. InterGIS, 2024, vol. 30, no. 2, pp. 53–79. (In Russ.). https://doi.org/10.35595/2414-9179-2024-2-30-53-79
  37. Флоринский И.В., Жарнова С.О. Геоморфометрическое моделирование и картографирование оазиса Бангера (Восточная Антарктида) // Геодезия и картография. 2025. № 3. С. 13–25. https://doi.org/10.22389/0016-7126-2025-1017-3-13-25
  38. Florinsky I.V., Zharnova S.O. Geomorphometric modeling and mapping of the Bunger Oasis, East Antarctica. Geodesiya Kartogr., 2025, vol. 86, no. 3, pp. 13–25. (In Russ.). https://doi.org/10.22389/0016-7126-2025-1017-3-13-25
  39. Харченко С.В. Новые задачи морфометрии рельефа и автоматизированные морфологические классификации в геоморфологии // Геоморфология. 2020. № 1. С. 3–21. https://doi.org/10.31857/S043542812001006X
  40. Kharchenko S.V. New challenges of geomorphometry and automatic morphological classifications in geomorphology. Geomorfol., 2020, no. 1, pp. 3–21. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S043542812001006X
  41. Böhner J. Regionalisierung bodenrelevanter Klimaparameter für das Niedersächsische Landesamt für Bodenforschung (NLfB) und die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) // Arbeitshefte Boden. 2004. № 4. P. 17–66.
  42. Dosachev I.D., Gusev V.P. The medical geography of Leningradskaya station (Antarctica) // Polar Geogr. Geol. 1980. Vol. 4. № 1. P. 50–52. https://doi.org/10.1080/10889378009377129
  43. Evans I.S. General geomorphometry, derivatives of altitude, and descriptive statistics // Spatial Analysis in Geomorphology / R.J. Chorley (Ed.). London: Methuen, 1972. P. 17–90.
  44. Florinsky I.V. Geomorphometric modeling and mapping of Antarctic oases // ArXiv Preprints. 2023a. № 2305.07523. P. 1–84. https://doi.org/10.48550/arXiv.2305.07523
  45. Florinsky I.V. Larsemann Hills: geomorphometric modeling and mapping // Polar Science. 2023b. Vol. 38. Art. 100969. https://doi.org/10.1016/j.polar.2023.100969
  46. Florinsky I.V. Digital Terrain Analysis, 3rd rev. enl. ed. London: Elsevier Academic Press, 2025. 455 p. https://doi.org/10.1016/C2023-0-51092-4
  47. Geomorphometry: Concepts, Software, Applications / T. Hengl, H.I. Reuter (Eds.). Amsterdam: Elsevier, 2009. 765 p.
  48. Howat I.M., Porter C., Smith B.E., Noh M.-J., Morin P. The Reference Elevation Model of Antarctica // Cryosphere. 2019. Vol. 13. № 2. P. 665–674. https://doi.org/10.5194/tc-13-665-2019
  49. Lupachev A.V., Abakumov E.V., Abramov A.A., Goryachkin S.V., Gilichinsky D.A. Soils of Marie Byrd Land // The Soils of Antarctica / J.G. Bockheim (Ed.). Cham: Springer, 2015. P. 183–203. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05497-1_11
  50. Minár J., Drăguţ L., Evans I.S., Feciskanin R., Gallay M., Jenčo M., Popov A. Physical geomorphometry for elementary land surface segmentation and digital geomorphological mapping // Earth-Sci. Rev. 2024. Vol. 248. Art. 104631. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104631
  51. Moore I.D., Grayson R.B., Ladson A.R. Digital terrain modelling: a review of hydrological, geomorphological and biological applications // Hydrol. Process. 1991. Vol. 5. № 1. P. 3–30. https://doi.org/10.1002/hyp.3360050103
  52. Ochyra R., Lewis Smith R.I., Bednarek-Ochyra H. Illustrated Moss Flora of Antarctica. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2008. 704 p.
  53. Øvstedal D.O., Lewis Smith R.I. Lichens of Antarctica and South Georgia: A Guide to Their Identification and Ecology. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2001. 424 p.
  54. Qin C., Zhu A.-X., Pei T., Li B., Zhou C., Yang L. An adaptive approach to selecting a flow-partition exponent for a multiple-flow-direction algorithm // Int. J. Geogr. Inform. Sci. 2007. Vol. 21. № 4. P. 443–458. https://doi.org/10.1080/13658810601073240
  55. Shary P.A., Sharaya L.S., Mitusov A.V. Fundamental quantitative methods of land surface analysis // Geoderma. 2002. Vol. 107. № 1–2. P. 1–32. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(01)00136-7
  56. Terrain Analysis: Principles and Applications / J.P. Wilson, J.C. Gallant (Eds.). NY: Wiley, 2000. 479 p.
  57. The Soils of Antarctica / J.G. Bockheim (Ed.). Cham: Springer, 2015. 322 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05497-1
  58. Wilson J.P. Environmental Applications of Digital Terrain Modeling. Chichester: Wiley-Blackwell, 2018. 360 p. https://doi.org/10.1002/9781118938188
  59. Xiong L., Li S., Tang G., Strobl J. Geomorphometry and terrain analysis: data, methods, platforms and applications // Earth-Sci. Rev. 2022. Vol. 233. Art. 104191. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104191

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).