Карта штормовых нагонов воды
Создайте новый проект и получите данные о высоте
Чтобы составить карту любого типа наводнения, вам нужно знать рельеф изучаемой территории. ArcGIS Living Atlas of the World предоставляет глобальные данные рельефа, которые можно использовать для проведения анализа. Вы создадите проект в ArcGIS Pro и получите данные о высоте.
- Откройте ArcGIS Pro.
Примечание:
Если у вас нет доступа к ArcGIS Pro или учетной записи организации ArcGIS, см. варианты доступа к программному обеспечению.
- На начальной странице под Новый выберите Карта.
- В окне Новый проект для Имени введите StormSurge и щелкните OK.
- Щелкните на ленте вкладку Карта, в группе Запрос щелкните кнопку Найти местоположение.
- На панели Найти местоположение напишите New York City и нажмите Enter.
Карта приблизится к Нью-Йорку.
Базовая топографическая карта по умолчанию помогает идентифицировать различные районы Нью-Йорка, такие как Манхэттен.
- Закройте панель Найти местоположение.
- Приблизьтесь к Манхэттену используя колесико мыши, и переместитесь к экстенту, отображенному на картинке примера.
На экстенте показан остров Манхэттен, а также части других районов Нью-Йорка, такие как Бруклин на юге и Квинс на востоке. Сейчас вы добавите данные высот.
- Щелкните вкладку Вид на ленте. В группе Окна щелкните Панель Каталог.
- На панели Каталог щелкните вкладку Портал, затем щелкните кнопку Living Atlas.
ArcGIS Living Atlas – курируемая коллекция географической информации, включающая карты, приложения и слои данных.
- На панели Каталог в окне поиска напишите Terrain owner:esri и нажмите Enter.
Список результатов поиска содержит слой изображений Terrain. Он предоставляет данные рельефа для всего мира, в разных разрешениях при изменении масштаба.
- Щёлкните правой кнопкой мыши слой Terrain и выберите Добавить к текущей карте.
Вид карты приблизится к растровому слою, охватывающему весь мир.
Растровый слой состоит из сетки, каждая ячейка которой называется пикселом и имеет числовое значение. В случае со слоем Terrain значение каждого пиксела представляет высоту в метрах. Пикселы с наивысшими значениями, например, для самых высоких горных вершин, отображаются белым цветом. Пикселы с самыми низкими значениями, например, для впадин ниже уровня моря, отображаются темно-серыми или черными.
- На ленте во вкладке Карта в группе Навигация щелкните Предыдущий экстент, чтобы вернуться к городу Нью-Йорку.
Вся карта станет черной. Это произошло потому, что высоты, на которых расположен Нью-Йорк, невелики по сравнению с остальным Земным Шаром. Вы измените отображение слоя рельефа, чтобы лучше видеть разницу высот в районе Нью-Йорка.
- На панели Содержание убедитесь, что выбран слой Terrain.
- На ленте щелкните вкладку Слой сервиса изображений. В группе Отображение щёлкните DRA.
DRA - это настройка динамического диапазона. В этом режиме цветовые тона на карте выбираются строго на основе диапазона значений в текущем виде карты. Через несколько секунд вид обновится, и теперь вы можете визуально различать локальные вариации значений высоты.
- На панели быстрого доступа щёлкните Сохранить, чтобы сохранить проект.
В этом разделе вы создали проект в ArcGIS Pro и добавили слой изображений Terrain из ArcGIS Living Atlas, который предоставляет данные о высотах для всего мира.
Экспорт растра высот
Далее вы экспортируете файловые растры из слоя изображений Terrain, чтобы они охватывали только область интереса, на которой будет выполняться анализ.
- На панели Содержание щелкните правой кнопкой Terrain, укажите Данные и выберите Экспорт растра.
Появится панель Экспорт растра. Вы не хотите экспортировать растры со всего света, нужен только город Нью-Йорк.
- Убедитесь, что карта все еще центрирована относительно Манхэттена. В панели Экспорт растра для опции Вырезающая геометрия выберите Текущий экстент отображения.
Четыре координаты, определяющие описывающий прямоугольник, который будет использоваться для вырезания растра.
- В опции Размер ячейки измените X и Y на 10.
Размер ячейки определяет разрешение выходного растра. В этом случае каждый пиксел будет покрывать участок земли 10 на 10 метров, или 100 квадратных метров.
- Примите все остальные значения по умолчанию и щелкните Экспорт.
Подсказка:
Если вы получите предупреждение о том, что выходной набор растровых данных превышает ограничение размера, вы можете либо увеличить масштаб, чтобы ваша карта занимала меньшую область, либо увеличить размер ячейки.
Когда на карту добавляется новый растр Terrain.tif, он отображается с тем же диапазоном от черного до белого, как и на предыдущем отображении DRA.
- Закройте панель Экспорт растра.
Теперь вы удалите исходный всемирный слой Terrain, так как он вам больше не нужен.
- На панели Содержание щёлкните правой кнопкой слой Terrain и выберите Удалить.
Вы проверите некоторые значения высот на своей карте.
- Щелкните где-нибудь на слое Terrain.tif.
Появится панель Всплывающее окно, отображающая значение высоты пиксела, по которому вы щелкнули, например 23.12 метра.
- Щелкните несколько других точек, чтобы увидеть, как высота меняется в области исследования.
- Закройте всплывающее окно.
- Нажмите Ctrl+S, чтобы сохранить проект.
В этом разделе вы сохранили обрезанный растр, который предоставляет данные о высотах для вашей области исследования.
Карта 3-метрового нагона
Теперь, когда у вас есть данные рельефа, вы можете их использовать, чтобы найти низменные прибрежные земли и предсказать, какие области Нью-Йорка может затопить при урагане. Во-первых, вы начнете со сценария, когда ураган вызывает нагон воды в 3 метра (или 9,8 футов). Учитывая, что вода, окружающая Нью-Йорк, находится на высоте 0 метров, все районы в городе, которые имеют высоту до 3 метров, будут затоплены.
Чтобы найти все области с высотой 3 метра или меньше, вы примените инструмент Перекодировка к слою Terrain.tif.
- Щелкните вкладку Анализ на ленте. В группе Растр щелкните кнопку Функции растра.
Появится панель Функции растра.
Примечание:
Функции растра - это операции, которые применяют обработку непосредственно к пикселам наборов растровых данных в памяти без записи нового растра на диск. Поскольку промежуточные наборы данных не создаются, обработка может быть применена быстро.
- На панели Функции растра найдите и откройте инструмент Перекодировка.
Инструмент Перекодировка позволяет вам изменить или переклассифицировать значения пикселов растра и создать новый растровый слой с новыми значениями.
- На панели Свойства перекодировки щелкните вкладку Параметры и для Растра выберите Terrain.tif. Для Типа определения перекодировки оставьте Список.
В таблице Перекодировки вы определите правила переклассификации. Основываясь на легенде слоя Terrain.tif на панели Содержание, вы можете видеть, что минимальное возможное значение для этого слоя составляет около -22,9 метра, а максимальное 96,5 метров.
Подсказка:
В зависимости от выбранного вами точного экстента карты, самые низкие и самые высокие значения для вашего слоя могут несколько отличаться. Следовательно, вам следует адаптировать значения, описанные в двух шагах ниже.
- На панели Свойства перекодировки щелкните таблицу Перекодировка. Для первого правила щелкните каждую ячейку первой строки и введите -23 (или другое число, меньше минимального значения) для Минимума, 3 для Максимума и 1 для Выходного.
Это правило означает, что любой пиксел со значением от -23 до 3 метров должен получить значение 1 в новом растре. Это затопленные области.
- Для второго правила щелкните звездочку, чтобы создать новую строку. Затем в ячейках новой строки введите 3 для Минимума и 97 (или другое число, больше максимального значения) для Максимума. Оставьте 0 для Выходного и поставьте отметку в поле NoData.
Это правило означает, что любой пиксел со значением от 3 до 97 метров не должен содержать данных. Это области, которые не затоплены, и они вам не интересны, поэтому вы не будете представлять их какими-либо данными.
- Щелкните Создать новый слой.
Новый слой Remap_Terrain.tif, обозначенный серым, добавлен. Вы внесете некоторые изменения в отображение, чтобы сделать слой более заметным. Сначала вы выключите слой высот.
- На панели Содержание выключите слой Terrain.tif, сняв с него отметку.
Вы переименуете новый слой.
- На панели Содержание щелкните имя слоя Remap_Terrain.tif, чтобы выбрать его, щелкните снова, чтобы войти в режим редактирования, введите Storm surge 3 m и нажмите Enter.
Далее вы измените символы слоя.
- Щелкните правой кнопкой мыши цветовую шкалу для слоя, разверните раскрывающийся список и отметьте Показать названия. Прокрутите в нижнюю часть списка цветовых шкал и выберите шкалу Красно-пурпурный (плавный переход).
Поскольку единственное значение пикселов в этом растре 1, будет использоваться только один средний цвет из этой шкалы, и слой окрасится в однородный розовый цвет.
- На панели Содержание убедитесь, что выбран слой Storm surge 3 m. Щелкните на ленте вкладку Растровый слой. В группе Эффекты установите Прозрачность на 40%.
На карте теперь светло-розовым цветом показаны районы города, которые могут быть затоплены 3-метровым штормовым нагоном.
- На вкладе Растровый слой в группе Сравнить щелкните Спрятать.
- На карте с включенным инструментом Спрятать перетащите карту из стороны в сторону, чтобы открыть базовую карту, расположенную внизу, и сравнить области затопления с границами воды до затопления.
Вы также можете увеличивать масштаб и перемещать карту, чтобы более подробно увидеть, какие районы Манхэттена и его окрестностей окажутся затопленными.
- После того, как вы завершите изучение, на вкладке Карта на ленте, в группе Навигация, щелкните кнопку Исследовать, чтобы выйти из режима Спрятать.
В октябре 2012 года ураган Сэнди пронесся над Ямайкой, Кубой и Бермудскими островами. По мере продвижения на север, он нанес значительный ущерб большей части восточного побережья Соединенных Штатов, а затем вместе с еще одним штормом высокого давления с севера обрушился на прибрежные территории в Нью-Йорке и Нью-Джерси. Более 230 человек погибли в Карибском бассейне, США и Канаде.
Далее вы сравните свою карту штормовых нагонов с картой фактического затопления в результате урагана Сэнди.
- На вкладке Карта в группе Слой щелкните Добавить данные.
Примечание:
Если вы являетесь пользователем ArcGIS Enterprise, на ленте, на вкладке Карта, в группе Слой щелкните кнопку Добавить данные из пути. В окне Добавить данные из пути для Пути скопируйте и вставьте следующий URL и щелкните Добавить: https://services2.arcgis.com/j80Jz20at6Bi0thr/arcgis/rest/services/Hurricane_Sandy_Inundation_Zone/FeatureServer/0. Вы можете пропустить шаги 15 и 16 и перейти к шагу 17.
- В окне Добавить данные в разделе Портал щелкните ArcGIS Online. В поисковой строке введите Hurricane Sandy Inundation Zone owner: Learn_ArcGIS и нажмите Enter. Щелкните векторный слой Hurricane Sandy Inundation Zone.
- Нажмите OK.
Слой Hurricane Sandy Inundation Zone появится на карте. Это векторный слой с портала Открытых данных Нью-Йорка, отображающий районы Нью-Йорка, затопленные во время урагана Сэнди в 2012 году.
- На панели Содержание если надо щёлкните слой Hurricane Sandy, чтобы его выбрать. Щелкните на ленте вкладку Векторный слой. В группе Сравнить щелкните Спрятать. Изучите карту при помощи инструмента Спрятать.
Насколько хорошо ваша модель 3-метрового штормового нагона соответствует реальному штормовому нагону урагана Сэнди? Модель довольно близка к реальности, но похоже, что нагонная волна от урагана Сэнди была немного больше 3 метров.
Подсказка:
Слой Hurricane Sandy не содержит никаких данных о наводнениях в западной части экстента, которая относится к штату Нью-Джерси.
- После того, как вы завершите, на вкладке Карта на ленте в группе Навигация щелкните кнопку Исследовать, чтобы выйти из режима Спрятать.
Примечание:
При желании вы можете снова использовать инструмент Перекодировать, чтобы создать слой штормовых нагонов высотой 3,5 метра и посмотреть, соответствует ли результат слою Hurricane Sandy.
- Нажмите Ctrl+S, чтобы сохранить проект.
Большинство людей в Нью-Йорке и Нью-Джерси были застигнуты врасплох, не ожидая, что их дома будут подвержены риску затопления. Поскольку такого сильного шторма они еще не видели. Однако, хотя уникальная комбинация погодных факторов делала Сэнди особенно разрушительным, в прошлом на город обрушивались шторма с еще большими волнами.
В этом разделе вы использовали данные о высоте для создания карты наводнений, соответствующей 3-метровому штормовому нагону, а затем сравнили ее с наводнением, вызванным ураганом Сэнди в 2012 году.
Карта 9-метрового штормового нагона
В 1893 году на Нью-Йорк обрушился ураган с 30-футовой (9-метровой) нагонной волной. Этот шторм был достаточно мощным, чтобы почти полностью смыть Хог-Айленд, бывший остров рядом с берегом Рокавей. Далее вы построите карту, как будет выглядеть такая большая волна в современном городе.
- На ленте щелкните вкладку Изображения. В группе Анализ щелкните кнопку ниспадающего списка Функции растра, и выберите История.
Появится панель История, на которой показаны процессы, которые вы ранее выполняли в этом рабочем процессе.
- На панели История дважды щелкните Перекодировать.
Инструмент Перекодировать откроется со всей информацией, которую вы ранее ввели для создания слоя Storm surge 3 m.
- На вкладке Параметры убедитесь, что в Растре выбран Terrain.tif. В таблице замените значение 3 на 9 для обоих правил.
- Щелкните Создать новый слой.
Новый слой Remap, обозначенный серым, добавлен. Вы внесете некоторые изменения в отображение, чтобы сделать слой более заметным.
- На панели Содержание два раза щелкните слой Remap и переименуйте его в Storm surge 9 m.
- Щелкните правой кнопкой мыши цветовую шкалу для слоя, разверните раскрывающийся список, чтобы выбрать шкалу Желто-Оранжево-Коричневая (непрерывная).
Цвет слоя изменится на оранжевый.
- На панели Содержание убедитесь, что выбран слой Storm surge 9 m. Щелкните на ленте вкладку Растровый слой. В группе Эффекты измените значение Прозрачности на 40%.
- На панели Содержание выключите слой Hurricane Sandy Inundation Zone. Перетащите Storm surge 3 m над Storm surge 9 m.
На карте теперь оранжевым цветом выделены районы города, которые могут быть затоплены 9-метровой штормовой волной, а розовым - районы, затопляемые 3-метровой штормовой волной.
- На панели Содержание щелкните слой Storm surge 9 m, чтобы выбрать его. Щелкните вкладку Растровый слой. В группе Сравнить щелкните Спрятать и исследуйте карту.
Поскольку в Нью-Йорке исторически уже наблюдался такой штормовой нагон, планировать подобные события в будущем вполне разумно.
- Когда будете готовы, щелкните на ленте вкладку Карта. В группе Навигация щелкните кнопку Исследовать, чтобы выйти из режима спрятать.
- Нажмите Ctrl+S, чтобы сохранить проект.
В этом уроке вы выполнили рабочий процесс, чтобы составить карту потенциального распространения сильного штормового нагона в Нью-Йорке. Вы получили данные о высоте, добавив слой Terrain из ArcGIS Living Atlas на вашу карту и экспортировав интересующий экстент в локальный растр. Вы использовали функцию растра Перекодировать, чтобы найти области, расположенные ниже определенных отметок. Наконец, вы назначили символы новым слоям, чтобы визуализировать области затопления.
Поскольку слой изображений Terrain охватывает весь мир, вы можете использовать этот же рабочий процесс для любой прибрежной местности. Вы также можете использовать этот процесс для моделирования повышения уровня моря. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) прогнозирует, что к 2100 году средний уровень моря в мире может вырасти от 60 до 120 сантиметров, если эмиссия парниковых газов продолжит значительно возрастать. Как будет выглядеть ближайшая к вам береговая линия при затоплении всего, что находится ниже 1.1 метра? Помните, что интенсивность штормов, уровни нагонов и повышение уровня моря отличаются на разных территориях.
Примечание:
Хотя подход, описанный в этом уроке, хорошо работает для простых береговых линий, он не дает точных прогнозов наводнений для территории, защищенной системой дамб или плотин, или там, где вода может столкнуться с препятствиями другого типа. Чтобы узнать о более сложном подходе, см. урок Модель воздействия затопления прибрежных районов.
Больше подобных руководств вы можете найти на странице Данные дистанционного зондирования и изображения.
