Forskere bruger skovfarve til at måle permafrostdybden

Forskere bruger jævnligt fjernmålingsdroner og satellitter til at registrere, hvordan klimaændringer påvirker permafrostens tøhastigheder - metoder, der fungerer godt i golde tundralandskaber, hvor der ikke er noget, der hindrer udsynet.

Men i boreale områder, som rummer en betydelig del af verdens permafrost, sløring af vegetation kan hindre selv den mest avancerede fjernmålingsteknologi.

I en undersøgelse offentliggjort i januar, forskere i Tyskland og ved University of Alaska Fairbanks' Geophysical Institute udviklede en metode til at bruge satellitbilleder til at måle dybden af ​​tø direkte over permafrost i boreale økosystemer. I stedet for at prøve at kigge forbi vegetation, de foreslår en unik løsning, der bruger variationer i skovens farve til at udlede dybden af ​​permafrosten nedenunder.

Skoven for træerne

Permafrostaflejringer på den nordlige halvkugle har været kontinuerligt frosset i hundredtusinder af år. Jordlaget direkte over permafrostens, imidlertid, er meget mere dynamisk - fryser og tøer op med årstiderne og vokser eller krymper, da den interagerer med forskellige typer af vegetation ved overfladen.

Fordi permafrost i boreale områder ofte er overlejret med tykt skovdække, typiske metoder til måling af permafrost og det aktive lag, der fungerer godt i tundraregioner - som at bruge pulserende lasere eller radar, der trænger ind i jorden - er ineffektive og kan give falske resultater.

"Kildagene er i vejen i skovområder, " sagde Christine Waigl, en forsker i Geophysical Institute ved University of Alaska Fairbanks og medforfatter på undersøgelsen. "Nogle fjernmålingsinstrumenter kan trænge ind i vegetationsdækket, men fortolkningen kræver specialviden."

I stedet for at se forbi skovdækket, videnskabsmænd har vendt sig til en række indirekte metoder. En tilgang er at tildele kategorier til vegetation for at opnå brede skøn for størrelsen af ​​det aktive lag nedenunder. Resultaterne kan være upræcise - svarende til forskellen mellem en skitse af et landskab og et foto i høj opløsning af det.

I stedet, hovedforfatter Veronika Döpper, en forsker ved Berlin Institute of Technology, tog en anden tilgang, en, hvor hun så det vegetative landskab som et kontinuum.

"I naturlige skove, planterne omkring dig falder ikke bare i den ene eller den anden kategori uden nogen gradient imellem, " sagde Döpper. "Så i vores undersøgelse, snarere end at sige, at vi havde en birkedomineret skov eller en sortgran-domineret skov med tilsvarende dyb eller lavvandet permafrost, vi brugte vores satellitbilleder til at se gradienten mellem de to."

Fjernmåling farvepalet

For at nå dette mål, Döpper tog satellitbilleder af skovene omkring byen Fairbanks, Alaska, der blev taget i løbet af sommeren 2018. For at vide, hvad hun så på, Döpper oprettede over 65 10 gange 10 meter grunde uden for Fairbanks samme sommer, hvor hun identificerede alle træer og buske, målte direkte dybden af ​​det aktive lag og registrerede placeringen med GPS.

Ved at bruge GPS-koordinaterne til at lokalisere hvert plot på satellitkortene, Döpper kunne derefter sige, hvordan det samlede antal arter i et givet plot bidrog til farven på disse parceller, som det ses i hendes fjernmåling.

"Forskellige typer af vegetation vil have helt forskellige toner i deres farvespektre og reflektanser, som vi kan bruge til at kortlægge vegetationssammensætning, sagde Döpper.

Med hendes plots som farveguider, reflektanser kunne så bestemme den nøjagtige type vegetation, der vokser over store skår af skovklædte og ikke-skovklædte områder uden for Fairbanks og, ved fuldmagt, kunne estimere de præcise tødybder for det samme område.

Ikke alene lover denne nye tilgang at give mere nøjagtige og rigelige estimater af permafrostdybden til brug i klimamodellering, det er også et værdifuldt værktøj for lokalsamfund i boreale regioner.

Når permafrosten smelter, afstrømningen borer kanaler gennem jorden, destabiliserer topografien over hovedet. Dette kan resultere i jordsynkning og jordskred, bringer liv og udgør risici for infrastrukturen.

Over 80% af Alaska er dækket af permafrost. Da disse aflejringer fortsat smelter, innovative metoder til at overvåge deres forsvinden vil være afgørende på mere end én måde.