研究人員根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)計算土壤凍結(jié)深度

來自俄羅斯科學院空間研究所(RAS)，RAS西伯利亞分支水與環(huán)境問題研究所和莫斯科物理科學與技術(shù)研究所(MIPT)的一組研究人員提出了一種確定方法?；谛l(wèi)星微波輻射測量的土壤凍結(jié)深度。研究結(jié)果發(fā)表在研究地球起源空間(RAS的俄語期刊)上。

永久凍土，海冰，冰雪覆蓋，冰蓋，山地冰川和冰云系統(tǒng)是地球冰凍圈的關(guān)鍵組成部分。研究冰凍圈對于解決氣候變化，永久凍土退化，海平面變化和水資源管理非常重要。然而，擁有冰凍圈成分的地區(qū)通常很大，難以進入，并且氣候條件惡劣。

衛(wèi)星微波輻射測量是遙測地球上難以接近甚至以前未知的區(qū)域的最佳方法。

“這種方法有許多優(yōu)點：從太陽光照和大氣條件中收集大面積數(shù)據(jù)，高緯度地區(qū)觀測頻率高，對地下過程敏感，相對便宜，”空間物理系副教授Vasiliy Tikhonov說。在MIPT，他也是RAS空間研究所的高級研究員。“我們在Kulunda平原上測試了該方法的可靠性，Kulunda平原位于俄羅斯西西伯利亞平原東南部的一塊廣闊的草原上。為此，我們將衛(wèi)星微波輻射測量數(shù)據(jù)與實際土壤參數(shù)和氣象站位置測量的氣候指標進行了比較。”

圖1.使用模型測量和計算的凍土層厚度。數(shù)字1到4表示俄羅斯Altai Krai的Kulunda平原上的四個研究區(qū)域。黑色符號對應(yīng)于直接測量值，紅色三角形代表計算值。圖片來源：DA Boyarskii等人/從太空研究地球*

事實證明，相同的衛(wèi)星數(shù)據(jù)集可能對應(yīng)于不同的土壤凍結(jié)深度。其他因素是土壤水分，鹽度和成分，這些都會影響土壤的微波輻射能力。研究人員還發(fā)現(xiàn)，一次性放射性觀測不能產(chǎn)生可靠的結(jié)果，因為無線電波可能會反射在凍結(jié)和未凍結(jié)土壤之間的界面。

該小組在計算中考慮了這些發(fā)現(xiàn)，提出了一種基于土壤濕度和海洋鹽度(SMOS)衛(wèi)星數(shù)據(jù)高精度確定土壤凍結(jié)深度的方法。為了遠程確定土壤凍結(jié)深度，研究人員采用了每日熱輻射測量系列，以及結(jié)合土壤特征的自身排放模型。研究中考慮的時間段從凍結(jié)日期開始，定義為衛(wèi)星拾取的熱輻射峰值。它在第一個解凍日結(jié)束，當時熱輻射量急劇下降。

該團隊將他們的模型預測與在四個測試區(qū)域進行的現(xiàn)場測量進行了比較(圖1)。這些值一致使得該方法可用于從衛(wèi)星數(shù)據(jù)中檢索土壤凍結(jié)深度。