多年冻土制图方法取得新进展

多年冻土分布图对于寒区工程建设以及作为评估生态环境和积极应对气候变化的基础具有重要的实用价值。然而在进行大区域(如青藏高原)多年冻土分布制图时,由于数据和参数的缺乏,常常限制了制图精度。针对这一问题,南卓铜教授团队提出一种新的制图方法(FROSTNUM/COP),允许使用有较高精度的调查区(位于研究区内或研究区周边且对研究区有代表性)冻土分布图和卫星遥感地表温度数据作为输入,利用半物理地面冻结数模型,实现大区域冻土分布的高精度制图。

FROSTNUM/COP方法建立在扩展的地面冻结数模型(FROSTNUM)之上,与原模型相比,扩展模型包含一个额外的土壤参数来表示土壤水热条件在空间上的异质性。这个参数通过空间聚类、参数优化方法,从调查区多年冻土分布图中挖掘得到最优值,并利用决策树方法将其推广到数据缺失的其他区域。

图 1. FROSTNUM/COP方法流程框图

FROSTNUM/COP方法的步骤包括: (1) 基于遥感温度数据的地面冻融指数的准备; (2) 调查区土壤参数聚类与扩展地面冻结数土壤参数的估算; (3) 研究区其他区域的土壤参数分布预测; 以及 (4) 研究区冻土分布的模拟。

图 2. 改则冻土分布模拟图(a), 基于调查的改则冻土分布图 (b),以及邹德富等人发表在Cryosphere上的模拟图 (c). 对比表明本方法(a)能较合理反映区域冻土分布情况。三个框表明三个有较显著差异的区域。黑点表示钻孔揭示为多年冻土;红点表示钻孔揭示为季节冻土。

FROSTNUM/COP方法青藏高原改则地区进行了性能评估。改则区属于连续多年冻土南缘,有较高的地温,属于多年冻土与季节冻土的过渡地带,较大程度受到气候和局地因子的共同影响。评估结果表明该方法在改则地区可以取得满意的模拟结果,进而表明了该方法可以较高精度实现在数据有限的大区域上的冻土分布制图。

该方法以“An effective approach for mapping permafrost in a large area using subregion maps and satellite data”为题,在线发表在《多年冻土与冰缘过程》(Permafrost and Periglacial Processes)国际期刊。/文:胡佳楠;核:南卓铜

引用: Hu J † , Zhao S † , Nan Z*, Wu X, Sun X, Cheng G. An effective approach for mapping permafrost in a large area using subregion maps and satellite data. Permafrost and Periglacial Processes. 2020;1–13. https://doi.org/10.1002/ppp.2068

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