Мерзлоту можно мерить из космоса
Это важно для мониторинга изменения климата
Группа ученых из Института космических исследований РАН, Института водных и экологических проблем СО РАН и Московского физико-технического института предложила способ определения глубины промерзания почвы по данным спутниковой микроволновой радиометрии.
Фото: Александр Петросян, Коммерсантъ
Вечная мерзлота, морские льды, снежные и ледяные покровы, континентальные ледниковые щиты, горные ледники и системы ледяных облаков являются ключевыми компонентами криосферы Земли. Научное исследование криосферы имеет большое значение для решения задач, связанных с изменением климата, региональными водными ресурсами, деградацией вечной мерзлоты и изменением уровня моря. Однако регионы с компонентами криосферы, как правило, характеризуются суровыми климатическими условиями, большой протяженностью и труднодоступностью.
Спутниковая микроволновая радиометрия является наиболее оптимальным методом дистанционного зондирования, который позволяет исследовать недоступные или даже ранее неизвестные места нашей планеты.
«Этот метод имеет ряд преимуществ,— рассказал Василий Тихонов, доцент кафедры космической физики МФТИ и старший научный сотрудник ИКИ РАН.— Среди них — получение данных с обширных площадей, большая частота наблюдений в высоких широтах, независимость сбора данных от солнечной освещенности и атмосферных условий, чувствительность к подповерхностным процессам, а также относительная дешевизна. Мы проверили точность метода на примере Кулундинской равнины — обширной степи южной части Западной Сибири. Для этого потребовалось провести сравнительный анализ данных спутниковой микроволновой радиометрии, реальных параметров почвы и климатических характеристик, полученных на метеостанциях».
Оказалось, что одинаковые значения данных со спутника могут соответствовать разной глубине промерзания почвы. На это влияет способность почвы к микроволновому излучению, которая может меняться в зависимости от влажности, засоленности, состава и других характеристик. Также ученые выяснили, что однократные измерения с помощью радиометрии не могут дать точных результатов, так как радиоволны отражаются от границ между мерзлым слоем и незамерзшей почвой.
Исследователи включили это в расчет и предложили метод, с помощью которого можно определить глубину промерзания почвы по данным спутника SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) с высокой точностью. Дистанционное определение глубины промерзания основано на совместном использовании разработанной авторами модели излучения в зависимости от характеристик почвы и ежедневных рядов дистанционных измерений тепловых излучений. Период исследования начинался с даты замерзания, которая определяется по спутнику как резкое возрастание теплового излучения, и завершался началом оттаивания — резкого уменьшения теплового излучения.
Модельные расчеты сверили с реальными измерениями на тестовых участках. Полученная зависимость достаточно высока, чтобы использовать метод для восстановления значений глубины промерзания почвы по спутниковым данным.