Půdní vlhkost | Geoportál ICM SB RAS

Pro zajištění bezpečných ekonomických a průmyslových aktivit v arktické zóně Sibiře je důležité vyvinout nové technologie pro sledování a předpovídání stavu rozsáhlých půdních pokryvů arktické tundry v podmínkách degradace permafrostu pod vlivem globální změny klimatu. Stávající síť meteorologických stanic v arktické zóně je velmi řídká a neposkytuje spotřebitelům údaje o klimatu s vysokým prostorovým rozlišením.

půdní vlhkost

Půdní vlhkost je bezrozměrná veličina, která charakterizuje obsah vlhkosti v půdě. Vyjádřeno jako poměr množství vody k hmotnosti suché půdy (nebo v procentech). V roce 2010 přidala Světová meteorologická organizace půdní vlhkost na seznam 50 základních klimatických veličin, které jsou doporučeny pro systematické pozorování.

Četné studie prokázaly, že půdní vlhkost ovlivňuje interakci mezi zemským povrchem a atmosférou. Půdní vlhkost řídí množství vody, která infiltruje do půdy a doplňuje podzemní vodu, a také ovlivňuje povrchový odvod vlhkosti do atmosféry. Můžeme tedy říci, že půdní vlhkost má významný vliv na počasí a klima.

Měření vlhkosti půdy

Tradiční měření vlhkosti půdy se provádějí pomocí speciálních senzorů a přístrojů (vlhkoměrů). Tento přístup poskytuje vysokou přesnost měření, ale není použitelný pro studium velkých, těžko dostupných oblastí, pro které je vhodné používat vzdálené metody, primárně založené na datech dálkového průzkumu Země (ERS) z vesmíru.

Nevýhodou použití dat dálkového průzkumu Země je nízké prostorové rozlišení (radiometry vhodné pro výpočet půdní vlhkosti mají prostorové rozlišení cca 40 km/pixel) a skutečnost, že nelze přímo měřit vlhkost půdy – zjišťuje se v rámci nějaký fyzikální model jako vypočítaná hodnota.

Satelity pro měření vlhkosti půdy

V současné době je na oběžné dráze několik specializovaných satelitů, jejichž data lze použít k výpočtu vlhkosti půdy. Mezi nimi si všimněme následujících:

• satelit SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), vybavený radiometrem MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis), byl vypuštěn v listopadu 2009 (Evropská kosmická agentura). Navrženo k měření vlhkosti půdy a slanosti oceánů, přičemž klíčové klimatické charakteristiky jsou poprvé měřeny v globálním měřítku. Prostorové rozlišení asi 43 km je poskytováno na frekvenci 1,42 GHz.
• satelit GCOM-W1 (Global Change Observation Mission 1st – Water), zahájená v květnu 2012 (Japan Aerospace Exploration Agency). Družice GCOM-W1 je vybavena ultracitlivým skenovacím mikrovlnným radiometrem AMSR-2 (Advanced Microwave Scanning Radiometer) s prostorovým rozlišením 5. 50 km, který je vylepšenou verzí instalovaných radiometrů AMSR-E a AMSR na ADEOS-2 a Aqua. Pomocí radiometru AMSR-2 je možné sbírat pozorovací data z 99 % zemského povrchu za pouhé 2 dny, protože jeho anténa, která provádí jednu rotaci každých 1,5 sekundy, umožňuje pokrýt oblast 1,450 XNUMX kilometrů.
• satelit SMAP (Soil Moisture Active Passive), vypuštěný NASA (Národní úřad pro letectví a kosmonautiku USA) v lednu 2015. Na palubě satelitu SMAP se nachází pasivní mikrovlnný radiometr pracující v pásmu L (1.400-1.427 GHz) a určený k měření povrchu půdní vlhkost a podmínky mrazu a tání při prostorovém rozlišení asi 40 km. Bohužel aktivní radar s vysokým prostorovým rozlišením (3 km) instalovaný na tomto satelitu ztratil v září 2015 svou funkčnost.

Modelování půdní vlhkosti

Laboratoř radiofyziky dálkového průzkumu Země Filosofického ústavu SB VAS již řadu let provádí výzkum metod dálkového průzkumu půdní vlhkosti, podmínek mrazu/rozmrazování a teploty půdy.

Použití fyzikálně podložených modelů radiotermálního záření půdního pokryvu, ve kterém hraje klíčovou roli použití realistického modelu komplexní dielektrické konstanty tundrové půdy, nám umožnilo získat velmi dobrou shodu s experimentálními daty získanými během expedice výzkum na poloostrově Jamal.