研究人员根据卫星数据计算土壤冻结深度

来自俄罗斯科学院空间研究所(RAS)，RAS西伯利亚分支水与环境问题研究所和莫斯科物理科学与技术研究所(MIPT)的一组研究人员提出了一种确定方法。基于卫星微波辐射测量的土壤冻结深度。研究结果发表在研究地球起源空间(RAS的俄语期刊)上。

永久冻土，海冰，冰雪覆盖，冰盖，山地冰川和冰云系统是地球冰冻圈的关键组成部分。研究冰冻圈对于解决气候变化，永久冻土退化，海平面变化和水资源管理非常重要。然而，拥有冰冻圈成分的地区通常很大，难以进入，并且气候条件恶劣。

卫星微波辐射测量是遥测地球上难以接近甚至以前未知的区域的最佳方法。

“这种方法有许多优点：从太阳光照和大气条件中收集大面积数据，高纬度地区观测频率高，对地下过程敏感，相对便宜，”空间物理系副教授Vasiliy Tikhonov说。在MIPT，他也是RAS空间研究所的高级研究员。“我们在Kulunda平原上测试了该方法的可靠性，Kulunda平原位于俄罗斯西西伯利亚平原东南部的一块广阔的草原上。为此，我们将卫星微波辐射测量数据与实际土壤参数和气象站位置测量的气候指标进行了比较。”

图1.使用模型测量和计算的冻土层厚度。数字1到4表示俄罗斯Altai Krai的Kulunda平原上的四个研究区域。黑色符号对应于直接测量值，红色三角形代表计算值。图片来源：DA Boyarskii等人/从太空研究地球*

事实证明，相同的卫星数据集可能对应于不同的土壤冻结深度。其他因素是土壤水分，盐度和成分，这些都会影响土壤的微波辐射能力。研究人员还发现，一次性放射性观测不能产生可靠的结果，因为无线电波可能会反射在冻结和未冻结土壤之间的界面。

该小组在计算中考虑了这些发现，提出了一种基于土壤湿度和海洋盐度(SMOS)卫星数据高精度确定土壤冻结深度的方法。为了远程确定土壤冻结深度，研究人员采用了每日热辐射测量系列，以及结合土壤特征的自身排放模型。研究中考虑的时间段从冻结日期开始，定义为卫星拾取的热辐射峰值。它在第一个解冻日结束，当时热辐射量急剧下降。

该团队将他们的模型预测与在四个测试区域进行的现场测量进行了比较(图1)。这些值一致使得该方法可用于从卫星数据中检索土壤冻结深度。