Характеристика неоднородностей теплоизоляционных свойств тундрового почвенно-растительного покрова по вариациям температуры поверхности

Теплоизоляционные свойства (ТС) почвенно-растительного покрова (ПРП) криогенных тундровых ландшафтов относятся к числу факторов, характеризующих состояние многолетнемерзлых пород (ММП). Информация о пространственной неоднородности и изменчивости ТС ПРП может быть полезной при проектировании и строительстве объектов в районах распространения ММП, а также при прогнозировании развития опасных геокриологических процессов в местах их расположения. В данном случае под ПРП понимается верхняя часть деятельного слоя, не превышающая глубину проникновения суточных колебаний температуры (СКТ) и включающая напочвенный или растительный покров, а также слои субстрата и/или грунта. В арктических и субарктических районах глубина проникновения СКТ составляет несколько десятков сантиметров. К тундровому напочвенному покрову относятся дерново-кустарничковые, травяные, моховые и лишайниковые покровы. Картирование неоднородности теплофизических свойств ПРП и мерзлых грунтов в слое нестационарных тепловых процессов может быть осуществлено на основе данных о суточных, сезонных и годовых колебаниях температуры поверхности, получаемых с помощью средств дистанционного зондирования Земли в тепловом диапазоне длин волн. Учитывая существенную неоднородность ПРП по видовому составу, влажности, а также возможное влияние эффектов транспирации, выпадения росы и адвективного теплопереноса, для развития метода необходимы дополнительные сведения, характеризующие связь колебаний температуры поверхности тундрового ПРП с его ТС.
Приведены результаты наблюдений суточного и сезонного хода температуры ПРП в районе Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения (зона субарктических тундр) в летние периоды 2013-1015 гг. Измерения температуры осуществлялись с помощью автономных датчиков температуры (логгеров) с интервалами в 30 минут. Исследования проводились в двух пунктах на участке дренированных торфяных отложений с моховым и лишайниковым покровом толщиной 12 см, а также в двух пунктах на участке дренированных супесчаных грунтов с кустарничково-мохово-травяным покровом толщиной 2 и 5 см, соответственно. Датчики устанавливались на глубине 12 см от поверхности ПРП и непосредственно на его поверхности с затенением чувствительного элемента. Пункт наблюдений с моховым покровом располагался непосредственно на ледяной жиле. В обработке использовались данные выборочных суток наблюдений, характеризующихся ясной погодой, без осадков, со среднесуточной температурой воздуха более 15 град.С, что для этих широт в наибольшей степени соответствует условиям кондиционной воздушной или космической съемки. Различия ТС слоя ПРП глубиной 12 см оценивались по средним значениям разности (перепадам) максимальных и минимальных температур в течение суток на этой глубине. Для тех же суток определялись средние значения перепадов температуры на поверхности ПРП.
Результаты наблюдений показали, что участки с более высокими ТС ПРП (более низкая эффективная температуропроводность слоя) характеризуются более низкими перепадами температуры под ПРП и более высокими перепадами температуры на его поверхности. Сравнение средних значений перепадов температуры на глубине и на поверхности ПРП показало их достаточно высокую и значимую обратную корреляцию, что свидетельствует об отсутствии ощутимого маскирующего влияния транспирации, выпадения росы и адвективного теплопереноса. Суточные перепады температуры на поверхности ПРП и на глубине 12 см в среднем отличаются на порядок. Отсюда следует, что затухание суточных колебаний температуры на 80-90 % зависит от теплофизических свойств поверхностного слоя ПРП толщиной 10-15 см. Сделан вывод о том, что в данных условиях неоднородности ТС поверхностного ПРП до глубины 12 см, включающего напочвенный покров толщиной от 2 до 12 см, могут быть охарактеризованы по суточным перепадам температуры поверхности. Подобная оценка может проводиться при идентичных условиях интенсивности потока солнечной радиации и колебаниях температуры воздуха в пределах района исследований.
Отмеченный высокий разброс значений суточного перепада температуры поверхности ПРП на обоих участках, свидетельствует о существенной неоднородности ТС верхнего слоя СКТ даже в пределах отдельных фаций. Выявлена достаточно высокая значимая корреляция между суточными перепадами температуры поверхности ПРП и разницей полуденных значений температуры поверхности ПРП, полученных в разные дни летнего периода, что свидетельствует о возможности характеристики неоднородностей ТС ПРП по нескольким измерениям температуры в дневное время суток. Полученные предварительные результаты свидетельствуют также о принципиальной возможности оценки толщины некоторых видов тундрового растительного и напочвенного покрова по суточным перепадам температуры на их поверхности.
По данным дневной и ночной (условно) съемки со спутника Landsat 8 территории площадью около 1200 кв.км в районе Малыгинского нефтегазоконденсатного месторождения на севере п-ова Ямал построена карта кажущейся тепловой инерции КТИ, характеризующей теплофизические (теплоизоляционные) свойства ПРП слоя СКТ. Приведены результаты сравнения параметра КТИ с распределением индекса NDWI, характеризующего влажность поверхности, а также распределением типов поверхности, построенным по алгоритму неконтролируемой классификации Isodata. Дана оценка информативности параметра КТИ для характеристики неоднородностей ТС ПРП в границах однотипных геоморфологических зон и однотипного тундрового ПРП. Полученные результаты показывают, что суточные вариации температуры поверхности и распределение КТИ, построенное по данным космической съемки, позволяют оценить неоднородности теплоизоляционных свойств тундрового ПРП и, в целом, в комплексе с другими параметрами более достоверно характеризовать состояние криогенных тундровых ландшафтов.