Illustration. Pergélisol. Crédit :Elena Khavina/MIPT
Une équipe de chercheurs de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie (RAS), l'Institut pour les problèmes de l'eau et de l'environnement de la branche sibérienne du RAS, et l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT) a proposé un moyen de déterminer la profondeur de congélation du sol sur la base de la radiométrie micro-ondes par satellite. Les résultats ont été publiés dans Étudier la Terre depuis l'espace , un journal de langue russe de RAS.
Pergélisol, glace de mer, couverture de neige et de glace, calottes glaciaires, glaciers de montagne, et les systèmes de nuages de glace sont les composants clés de la cryosphère terrestre. L'étude de la cryosphère est importante pour lutter contre le changement climatique, dégradation du pergélisol, changement du niveau de la mer, et la gestion des ressources en eau. Cependant, les régions qui contiennent les composants de la cryosphère, sont généralement vastes, difficile d'accès, et caractérisé par des conditions climatiques difficiles.
La radiométrie par micro-ondes par satellite est la meilleure méthode de télédétection de zones mal accessibles et même inconnues de la planète.
« Cette méthode présente de nombreux avantages :collecter des données sur de grandes surfaces indépendamment de l'éclairage solaire et des conditions atmosphériques, une fréquence d'observation élevée dans les hautes latitudes, sensibilité aux processus souterrains, et un prix relativement bas, " a déclaré le professeur agrégé Vasiliy Tikhonov du département de physique spatiale du MIPT, qui est également chercheur principal à l'Institut de recherche spatiale de RAS. « Nous avons testé la fiabilité de la méthode sur la plaine de Kulunda, une vaste steppe au sud-est de la plaine de Sibérie occidentale en Russie. À cette fin, nous avons comparé les données de radiométrie micro-ondes par satellite avec les paramètres réels du sol et les indicateurs climatiques mesurés sur place dans les stations météorologiques. »
Figure 1. Épaisseur de la couche de sol gelé, mesurée et calculée à l'aide du modèle. Les chiffres 1 à 4 indiquent quatre zones étudiées sur la plaine de Kulunda dans l'Altaï Krai, Russie. Les symboles noirs correspondent aux valeurs mesurées directement, et les triangles rouges représentent les valeurs calculées. Crédit :D.A. Boyarskii et al./Étudier la Terre depuis l'espace*
Il s'est avéré que des ensembles identiques de données satellitaires peuvent correspondre à différentes profondeurs de gel du sol. Les facteurs supplémentaires en jeu sont l'humidité du sol, salinité, et composition, qui peuvent tous affecter la capacité d'émission de micro-ondes du sol. Les chercheurs ont également découvert que les observations radiométriques ponctuelles ne produisent pas de résultats fiables, car les ondes radio peuvent se réfléchir à l'interface entre le sol gelé et non gelé.
L'équipe a tenu compte de ces résultats dans ses calculs, proposant une méthode qui détermine la profondeur de congélation du sol avec une grande précision sur la base des données du satellite Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS). Pour déterminer à distance la profondeur de gel du sol, les chercheurs ont utilisé des séries quotidiennes de mesures d'émissions thermiques, ainsi que leur propre modèle d'émission qui intègre les caractéristiques du sol. La période de temps considérée dans l'étude a commencé avec la date de congélation, défini comme un pic de rayonnement thermique capté par le satellite. Cela s'est terminé avec le premier jour de dégel, lorsque la quantité de rayonnement thermique a fortement chuté.
L'équipe a comparé les prédictions du modèle avec les mesures sur site effectuées dans quatre zones de test (fig. 1). Les valeurs coïncident dans une mesure qui rend la méthode utile pour récupérer les profondeurs de gel du sol à partir de données satellitaires.