Top.Mail.Ru
искать
Переводные статьи

Моделирование и картирование влияния изменений климата на многолетнюю мерзлоту в регионе со сложным рельефом с высоким пространственным разрешением

Авторы
ЧЖАН Ю.Канадский центр дистанционного зондирования Министерства природных ресурсов Канады, г. Оттава, пров. Онтарио, Канада
ВАН С.Колледж ресурсов и экологии Хэбэйского педагогического университета, г. Шицзячжуан, пров. Хэбэй, Китай
ФРЕЙЗЕР Р.Канадский центр дистанционного зондирования Министерства природных ресурсов Канады, г. Оттава, пров. Онтарио, Канада
ОЛТХОФ И.Канадский центр дистанционного зондирования Министерства природных ресурсов Канады, г. Оттава, пров. Онтарио, Канада
ЧЭНЬ В.Канадский центр дистанционного зондирования Министерства природных ресурсов Канады, г. Оттава, пров. Онтарио, Канада
МАКЛЕННАН Д.Агентство парков Канады, р-н Халл, г. Гатино, пров. Квебек, Канада
У В.Северный сервисный центр для Северо-Западных территорий Канады Агентства парков Канады, г. Виннипег, пров. Манитоба, Канада

Аннотация: Представляем немного сокращенный адаптированный перевод объемной статьи «Моделирование и картирование влияния изменений климата на многолетнюю мерзлоту в регионе со сложным рельефом с высоким пространственным разрешением». Эта статья была написана группой авторов из Канады и Китая (Zhang et al., 2013). Она была опубликована в 2013 году в журнале The Cryosphere («Криосфера») и находится в открытом доступе по лицензии CC BY 3.0, которая позволяет распространять, переводить, адаптировать и дополнять ее при условии указания типов изменений и ссылки на первоисточник. В нашем случае полная ссылка на источник для представленного перевода (Zhang et al., 2013) приводится в конце.

Пространственное моделирование влияния изменений климата на многолетнюю мерзлоту до подготовки и публикации переведенной статьи в 2012–2013 гг. в основном проводилось при разрешении по широте и долготе не лучше чем в полградуса. При таком грубом разрешении не может быть точно учтено влияние топографии на инсоляцию, поэтому оно не подходит для планирования освоения земель и экологических оценок. В данной статье сопоставлены воздействия изменений климата на многолетнюю мерзлоту с 1968 по 2100 год при разрешении 10 м с использованием модели, основанной на процессах, для национального парка «Иввавик» – арктического региона со сложным рельефом на севере Юкона (территории на северо-западе Канады). Характеристики грунта и его дренируемость определялись на основе типов экосистем, которые были закартированы с помощью изображений, полученных со спутников SPOT. Индексы листовой поверхности (LAI) картировались на основе снимков со спутников Landsat, и карт экосистем.

Пространственное распределение климата оценивалось на основе высотных отметок и наблюдений на метеорологических станциях, а влияние топографии на инсоляцию рассчитывалось на основе основе оценок крутизны склонов, их экспозиции и зон видимости. Чтобы сократить время вычислений, распределение климатических параметров и влияние топографии на инсоляцию группировались по отдельным типам/классам/кластерам.

Смоделированная толщина слоя сезонного протаивания/промерзания (деятельного, активного) и распределение многолетней мерзлоты были сопоставимы с результатами полевых наблюдений и других исследований. Полученная карта отобразила большие вариации в мощности деятельного слоя, причем наиболее важной контролирующей переменной были типы экосистем, за которыми следовали локальные климатические условия, включая влияние топографии на инсоляцию.

Результаты показали увеличение толщины активного слоя и прогрессирующую деградацию многолетней мерзлоты, хотя последняя сохранится на большей части территории парка в течение всего XXI века. Выполненные исследования также показали, что основными источниками неопределенности при картировании распределения многолетней мерзлоты с высоким разрешением являются грунтовые условия и сценарии изменений климата.

Ключевые слова: многолетняя мерзлота; климат; изменения климата; топография; грунтовые условия; деятельный слой; моделирование; картирование

DOI: https://doi.org/10.58339/2949-0677-2025-7-1-54-75

УДК : 551.583; 551.581.1

 

Ссылка для цитирования: Чжан Ю., Ван С., Фрейзер Р., Олтхоф И., Чэнь В., Макленнан Д., Пономаренко С., У В. Моделирование и картирование влияния изменений климата на многолетнюю мерзлоту в регионе со сложным рельефом с высоким пространственным разрешением (пер. с англ.) // Геоинфо. 2025. Т. 7. № 1. С. 54–75. DOI:10.58339/2949-0677-2025-7-1-54-75.

 

Финансирование: Представленное в статье исследование было поддержано Канадским космическим агентством в рамках проекта ParkSPACE GRIP и Министерством природных ресурсов Канады в рамках Программы дистанционного зондирования (вклада сектора наук о Земле № 20120211). Редактировал статью (исходную статью на английском языке. – Ред.) Т. Чжан.

 

БИБЛИОГРАФИЯ:

  1. ACIA. Impact of a Warming Arctic: Arctic Climate Impact Assessment. Cambridge University Press, 2005. 1042 p.
  2. Vitt D.H., Halsey L.A., Zoltai S.C. The changing landscape of Canada’s western boreal forest: the current dynamics of permafrost // Can. J. Forest Res. 2000. Vol. 30. P. 283–287.
  3. Smith S.L., Romanovsky V.E., Lewkowicz A.G., Burn C.R., Allard  M., Clow G.D., Yoshikawa K., Throop J. Thermal state of permafrost in North America: a contribution to the International Polar Year // Permafrost Periglac. 2010. Vol. 21. P. 117–135. DOI:10.1002/ppp.690,
  4. Riseborough D., Shiklomanov N., Etzelmuller B., Gruber S., Marchenko S. Recent advances in permafrost modelling // Permafrost Periglac. 2008. Vol. 19. P. 137–156. DOI:10.1002/ppp.615.
  5. Shiklomanov N.I., Anisimov O.A., Zhang T., Marchenko S., Nelson F.E., Oelke C. Comparison of model produced active layer fields: results for northern Alaska // J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. Paper F02S10. DOI:10.1029/2006JF000571.
  6. Osterkamp T.E. The recent warming of permafrost in Alaska // Global Planet. Change. 2005. Vol. 49. P. 187–202. DOI:10.1016/j.gloplacha.2005.09.001.
  7. Zhang Y., Chen W., Riseborough D.W. Disequilibrium response of permafrost thaw to climate warming in Canada over 1850–2100 // Geophys. Res. Lett. 2008. Vol. 35. Paper L02502. DOI:10.1029/2007GL032117.
  8. Anisimov O., Reneva S. Permafrost and changing climate: the Russian perspective // Ambio. 2006. Vol. 35. P. 169–175.
  9. Marchenko S., Romanovsky V., Tipenko G. Numerical modeling of spatial permafrost dynamics in Alaska // Proceedings of the 9th International Conference on Permafrost (edited by Kane D. L., Hinkel K.M.). US: Institute of Northern Engineering, University of Alaska Fairbanks, 2008. P. 190–204.
  10. Zhang Y. Chen W., Riseborough D.W. Temporal and spatial changes of permafrost in Canada since the end of the Little Ice Age // J. Geophy. Res. 2006. Vol. 111. Paper D22103. DOI:10.1029/2006JD007284.
  11. Jafarov E.E., Marchenko S.S., Romanovsky V.E. Numerical modeling of permafrost dynamics in Alaska using a high spatial resolution dataset // The Cryosphere. 2012. Vol. 6. P. 613–624. DOI:10.5194/tc- 6-613-2012.
  12. Duchesne C., Wright J.F., Ednie M. High-resolution numerical modeling of climate change impacts on permafrost in the vicinities of Inuvik, Norman Wells, and Fort Simpson, NT, Canada // Proceedings of the 9th  International Conference on Permafrost (edited by Kane D.L., Hinkel K.M.). US: Institute of Northern Engineering, University of Alaska Fairbanks, 2008. P. 385–390.
  13. Zhang Y., Li J.,Wang X., Chen W., Sladen W., Dyke L., Dredge L., Poitevin J., McLennan D., Stewart H., Kowalchuk S., Wu W., Kershaw G.P., Brook R.K. Modelling and mapping permafrost at high spatial resolution in Wapusk National Park, Hudson Bay Lowlands // Can. J. Earth Sci. 2012. Vol. 49. P. 925–937. DOI:10.1139/E2012-031.
  14. Zhang Y. Spatio-temporal features of permafrost thaw projected from long-term high-resolution modeling for a region in the Hudson Bay Lowlands in Canada // J. Geophys. Res.-Earth. 2013. Vol. 118. P. 1–11. DOI:10.1002/jgrf.20045.
  15. Canadian Parks Service: Northern Yukon National Park Resource Description and Analysis: RM REPORT 93-01/INP. Natural Resources Conservation Section, Canadian Parks Service, Prairie and Northern Region. Winnipeg, 1993.
  16. Heginbottom J.A., Dubreuil M.A., Harker P.A. Canada Permafrost // National Atlas of Canada (5th edn.). Ottawa, Canada: Natural Resources Canada, 1995.
  17. Mackenzie W., MacHutchon A.G. Habitat Classification for the Firth River Valley, Ivvavik National Park, Yukon, Western Arctic District. Inuvik, Parks Canada, 1996. 81 p.
  18. Zhang Y., Chen W., Cihlar J. A process-based model for quantifying the impact of climate change on permafrost thermal regimes // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108. Paper 4695. DOI:10.1029/2002JD003354.
  19. Zhang Y., Chen W., Smith S.L., Riseborough D.W., Cihlar J. Soil temperature in Canada during the twentieth century: complex responses to atmospheric climate change // J. Geophys. Res. 2005 . Vol. 110. Paper D03112. DOI:10.1029/2004JD004910.
  20. Zhang Y., Li C., Trettin C.C., Li H., Sun G. An integrated model of soil, hydrology and vegetation for carbon dynamics in wetland ecosystems // Global Biogeochem. Cy. 2002. Vol. 16. Paper 1061. DOI:10.1029/2001GB001838.
  21. Wang T., Hamann A., Spittlehouse D., Aitken S.N. Development of scale-free climate data for western Canada for use in resource management // Int. J. Climatol. 2006 . Vol. 26. P. 383–397. DOI:10.1002/joc.1247.
  22. McKenney D.W., Hutchinson M.F., Papadopol P., Lawrence K., Pedlar J., Campbell K., Milewska E.M., Hopkinson R.F., Price D., Owen T. Customized spatial climate models for North America // B. Am. Meteorol. Soc. 2011. Vol. 92. P. 1611–1622. DOI:10.1175/2011BAMS3132.1.
  23. Fraser R., McLennan D., Ponomarenko S., Olthof I. Image-based predictive ecosystem mapping in Canadian Arctic Parks // Int. J. Appl. Earth Obs. 2012. Vol. 14. P. 129–138. DOI:10.1016/j.jag.2011.08.013.
  24. Walsh J.E., Chapman W.L., Romanovsky V., Christensen J.H., Stendel M. Global climate model performance over Alaska and Greenland // J. Climate. 2008. Vol. 21. P. 6156–6174. DOI:10.1175/2008JCLI2163.1.
  25. Lunardini V. Heat Transfer in Cold Climates. New York: Van Nostrand Reinhold, 1981. 731 p.
  26. Fu P., Rich P.M. The Solar Analyst 1.0 Manual. USA: Helios Environmental Modeling Institute (HEMI), 2000.
  27. Hossain M.F., Zhang Y., Chen W., Wang J., Pavlic G. Soil organic carbon content in northern Canada: a database of field measurements and its analysis // Can. J. Soil Sci. 2007. Vol. 87 . P. 259–268.
  28. Agriculture Canada Expert Committee on Soil Survey: The Canadian System of Soil Classification, 2nd edn. Ottawa, Canada: Agriculture Canada, 1987. Publication 1646. 164 p.
  29. Walmsley M., Utzig G., Vold T., Moon D., Van Barneveld J. (eds.). Describing Ecosystems in the Field. RAB Technical Paper 2. Victoria, BC Canada: Resource Analysis Branch, British Columbia Ministry of Environment and British Columbia Ministry of Forests, 1980. Rep. № 7.
  30. Pollack H.N., Hurter S.J., Johnson J.R. Heat flow from the earth’s interior: analysis of the global data set // Rev. Geophys. 1993. Vol. 31. P. 267–280.
  31. Jessop A.M., Lewis T.J., Judge A.S., Taylor A.E., Drury M.J. Terrestrial heat flow in Canada // Tectonophysics. 1984. Vol. 103. P. 239–261.
  32. Majorowicz J.A., Skinner W.R., Safanda J. Large ground warming in the Canadian Arctic inferred from inversions of temperature logs // Earth Planet. Sc. Lett. 2004. Vol. 221. P. 15–25.
  33. Chen W., Zorn P., Chen Z., Latifovic R., Zhang Y., Li J., Quirouette J., Olthof I., Fraser R., Mclennan D., Poitevin J., Stewart H.M., Sharma R. Propagation of errors associated with scaling foliage biomass from field measurements to remote sensing data over a Canada’s northern national park // Remote Sens. Environ. 2013 . Vol. 130. P. 205–218. DOI:10.1016/j.rse.2012.11.012.
  34. Kattge K., Diaz S. Lavorel S., Prentice I.C., Leadley P., et al. TRY-a global database of plant traits // Glob. Change Biol. 2011. Vol. 17. P. 2905–2935. DOI:10.1111/j.1365-2486.2011.02451.x.
  35. Wang X., Zhang Y., Fraser R., Chen W. Evaluating the major controls on permafrost distribution in Ivvavik National Park based on process-based modelling // Proceeding of The 63rd Canadian Geotechnical Conference and the 6th Canadian Permafrost Conference (GEO2010) . Calgary, Canada, 2010. P. 1235–1241.
  36. Tarnocai C. Soil Landscapes of the Firth River Area, Northwest Territories – Yukon Territory. Ottawa, Canada, Research Branch, Agriculture Canada, 1986. 1:1 million map.
  37. Smith S.L. Burgess M.M. A Digital Database of Permafrost Thickness in Canada. Ottawa, Canada: Geological Survey of Canada, 2002. Open File № 4173. P. 38.
  38. Burn C.R., Zhang Y. Permafrost and climate change at Herschel Island (Qikiqtaruq), Yukon Territory, Canada // J. Geophys. Res. 2009. Vol. 114. Paper F02001. DOI:10.1029/2008JF001087.
  39. Burn C.R., Kokelj S.V. The environment and permafrost of the Mackenzie Delta area // Permafrost Periglac. 2009 . Vol. 20. P. 83–105. DOI:10.1002/ppp.655.
  40. Bonnaventure P.P., Lewkowicz A.G., Kremer M., Sawada M.C. A permafrost probability model for the southern Yukon and northern British Columbia, Canada // Permafrost Periglac. 2012. Vol. 23. P. 52–68. DOI:10.1002/ppp.1733.
  41. Goudriaan J. Crop Micrometeorology: a Simulation Study // Simulation Monographs. Wageningen, Netherlands: PUDOC, 1977. 236 p.
  42. Wang S., Chen W., Cihlar J. New calculation methods of diurnal distribution of solar radiation and its interception by canopy over complex terrain // Ecol. Model. 2002. Vol. 155. P. 191–204.
  43. Boland J., Ridley B., Brown B. Models of diffuse solar radiation // Renew. Energ. 2008. Vol. 33. P. 575–584.
  44. Environment Canada and the National Research Council of Canada. Canadian Energy and Engineering Data Sets (CWEEDS) and Canadian Weather for Energy Calculations (CWEC). 2007. CD-ROM.
  45. Ruth D.W., Chant R.E. The relationship of diffusive radiation to total radiation in Canada // Sol. Energy. 1976. Vol. 18. P. 153–154.

 

Ссылка в РИНЦ: https://elibrary.ru/item.asp?id=82518759