Представляем вниманию читателей немного сокращенный и адаптированный перевод статьи норвежских исследователей «Достижения в проведении оперативного мониторинга многолетней мерзлоты на Шпицбергене и на материковой части Норвегии» (Isaksen et al., 2022). Она была опубликована в журнале Environmental Research Letters («Записки по исследованиям окружающей среды») издательством британской благотворительной научной организации IOP (Institute of Physics – «Институт физики»), ставшей фактически международной. Эта статья находится в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0, 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 (Isaksen et al., 2022) приведена в конце.
Веб-портал по криосфере, поддерживаемый Норвежским метеорологическим институтом (https://cryo.met.no), предоставляет доступ к новейшим оперативным данным по текущему состоянию морского льда, снега и многолетней мерзлоты (ММ) в Норвегии, Арктике и Антарктике. В данной статье представлены последние дополнения к этому порталу по оперативному мониторингу ММ, проводимому указанным институтом, и результаты визуализации полученных данных по температуре ММ в режиме реального времени.
Новейшие данные по температуре многолетней мерзлоты сравниваются с климатологической информацией, полученной с метеостанций, включая медианные значения, доверительные интервалы, экстремальные величины и тренды. В местах наблюдений, выполняемых Норвежским метеорологическим институтом, работают дополнительные метеостанции с расширенными программами измерений. Система комплексного мониторинга предоставляет ежедневно обновляемые данные для изучения текущего состояния, трендов и воздействий, например влияния экстремальных климатических явлений на температуру ММ.
Изменения температуры грунта, полученные на основе многолетних наблюдений в зоне более теплой многолетней мерзлоты, обнаруженной в Норвегии, обычно составляют 0,1–0,2 °C за десятилетие. А в зоне более холодной ММ в высоких широтах Арктики на архипелаге Шпицберген наблюдается потепление на величины до 0,7 °C за десять лет.
Оперативный мониторинг позволяет получать информацию быстрее, чем когда-либо прежде, что потенциально может помочь в раннем обнаружении, например, рекордно высокой толщины деятельного слоя (слоя сезонного оттаивания) и заметного повышения температуры многолетней мерзлоты. Он также может стать краеугольным камнем систем раннего предупреждения о природных опасностях, связанных с потеплением и деградацией ММ.
В настоящее время результаты этого мониторинга передаются вручную в международную Глобальную наземную сеть наблюдений за многолетней мерзлотой (GTN-P), для которой планируется интеграция с оперативными службами Всемирной метеорологической организации ( WMO) через Глобальную службу наблюдений за криосферой WMO.
В отличие от морского льда и снежного покрова многолетняя мерзлота (ММ) не видна на поверхности земли. Измерения температуры грунта в скважинах – наилучший способ мониторинга долговременных изменений ММ. Самыми непосредственными и сопоставимыми показателями этих изменений являются температура ММ и мощность деятельного слоя (слоя сезонного оттаивания) [1]. По данным Глобальной системы наблюдений за климатом (Global Climate Observing System), эти две переменные отражают важнейшие климатические изменения [2, 3].
Многолетняя мерзлота является крупнейшим поглотителем углерода на суше. Она удерживают 1070–1360 млрд метрических тонн (Пг – петаграмм) замороженного и тающего углерода, из которых 300–400 Пг находятся в первых верхних метрах, а остальная часть – на более глубоких уровнях [4]. Таяние ММ грозит мобилизацией этих запасов и выбросом их в атмосферу в составе углекислого газа или метана и превращению Арктики из поглотителя углерода в его источник [5].
Измерения показывают, что многолетняя мерзлота нагревается в глобальном масштабе [6, 7] и подвергается деградации с обширными и потенциально быстрыми последствиями, влияющими как на естественные [8–11], так и на антропогенные [12, 13] системы. Последние модели CMIP6 (по Шестому международному проекту сравнения объединенных моделей – Coupled Model Intercomparison Project 6) прогнозируют глобальное сокращение среднегодового объема замороженной многолетней мерзлоты примерно на 10–40% на 1 °C глобального изменения приземной температуры воздуха [14].
Систематический долговременный мониторинг ММ в Северной Европе начался в основном в рамках финансируемого Европейским Союзом проекта PACE (Permafrost and Climate in Europe – «Многолетняя мерзлота и климат в Европе») [15] с установки приборов для измерений температуры грунта в глубоких скважинах на мерзлотной станции Янссонхауген на Шпицбергене в 1998 году и на станции Юввашё на юге материковой части Норвегии в 1999 году [16, 17]. Они были одними из первых опорных станций для мониторинга многолетней мерзлоты в Европе [15] и предоставили первую возможность для анализа трендов изменений ММ во времени, добавив критически важные измерения нового типа к современным знаниям о состоянии ММ в Северной Европе [18, 19].
С 2000 года на архипелаге Шпицберген и на материковой части Норвегии было пробурено более 35 дополнительных скважин, оснащенных измерительной аппаратурой. Например, в 2001 году в Снёхейм-Йеркинне (Доврефьеле) на юге Норвегии была создана сеть мониторинга из неглубоких скважин [20]. В этом же районе в августе 2008 года на разных высотных отметках по градиенту континентальности было пробурено еще 12 неглубоких скважин [21]. В ходе Международного полярного года (2007/2008 г.) были созданы сети мониторинга ММ на севере материковой части Норвегии, а также на Шпицбергене [22]. В последние годы (2019–2021 гг.) в удаленных местах Шпицбергена были созданы новые скважины в рамках проектов SIOS (Svalbard Integrated Arctic Earth Observing System – «Интегрированная арктическая система наблюдений за Землей на Шпицбергене», https://sios-svalbard.org/) и COAT (Climate-Ecological Observatory for Arctic Tundra – «Климатоэкологическая станция наблюдений за арктической тундрой», www.coat.no/en/) [23]. В тех же местах также были созданы действующие метеостанции с расширенными программами измерений. Благодаря такому совмещенному мониторингу ежедневно предоставляются точные данные для изучения текущего состояния, трендов и воздействий, например экстремальных климатических явлений, на температуру многолетнемерзлых грунтов.
В настоящее время проводится обширный мониторинг для сбора информации о распространении, состоянии и изменениях ММ на долговременной основе [6, 7]. Эти данные отслеживаются во всем мире с помощью нескольких национальных и международных программ. Однако сбор данных по большей части выполняется вручную примерно раз в год с каждой точки наблюдений. Из-за медленности дополнения баз данных или предоставления доступа к ним самая последняя информация в них может оказаться двухлетней или более давности. Поэтому доступность данных по многолетней мерзлоте в реальном времени в настоящее время очень ограниченна. Это является существенным препятствием для непрерывного мониторинга и оценки криосферы, проводимых, например, Глобальной службой наблюдений за криосферой (Global Cryosphere Watch, GCW) Всемирной метеорологической организации (World Meteorological Organisation, WMO).
Вклад авторов настоящей статьи позволяет разработчикам моделей и исследователям значительно улучшить доступ, анализ и оценку последних данных по многолетней мерзлоте. Такие данные также будут важны для разработки эффективных систем раннего предупреждения, а также для оценки природных опасностей и рисков в отношении ущерба инфраструктуре из-за потепления и таяния ММ.
Веб-портал по криосфере (https://cryo.met.no) предоставляет информацию о текущем состоянии морского льда, снега на суше и многолетней мерзлоты в Норвегии, Арктике и Антарктике, мониторинг которых осуществляет Норвежский метеорологический институт (НМИ). Новейшие оперативные данные и продукты их обработки и анализа визуализируются в виде ежедневно обновляемых графиков с инструкциями о том, где получить доступ к этим данным. Указанный веб-портал был создан в 2019 году для сбора и более хорошей визуализации работы и наблюдений НМИ в отношении криосферы. Легкий открытый доступ к результатам наблюдений за криосферой, проводимым практически в режиме реального времени, необходим для того, чтобы сосредоточить внимание на быстро меняющемся климате и лучше понять эти изменения.
Работа, лежащая в основе различных данных и продуктов их обработки и анализа, осуществляется с помощью нескольких источников, обеспечиваемых НМИ, крупными норвежскими проектами, такими как SIOS и COAT, и крупными европейскими программами – например, Европейской организации по эксплуатации метеорологических спутников (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites, EUMETSAT), Центра спутникового мониторинга океана и морского льда (Ocean and Sea Ice Satellite Application Facility, OSI SAF), Инициативы Европейского космического агентства в области изменений климата (European Space Agency Climate Change Initiative, ESA СCI), служб программы Европейского союза по наблюдениям за Землей «Коперник» (Copernicus services).
Настоящая статья посвящена оперативному мониторингу многолетней мерзлоты, осуществляемому НМИ, и материалам по ММ, доступным на сайте https://cryo.met.no/en/permafrost. Различные информационные продукты по ММ доступны по данным первых норвежских эталонных мерзлотных станций Янссонхауген и Юввашё и шести других станций на материковой части Норвегии и на Шпицбергене.
Работающие мерзлотные станции
Норвежский метеорологический институт располагает обширной сетью оперативных метеорологических наблюдений, охватывающей материковую часть Норвегии и архипелаг Шпицберген. Стратегия мониторинга многолетней мерзлоты заключается в создании полномасштабных метеостанций (вкупе с мерзлотными станциями в тех же местах), чтобы проводить наблюдения эффективно, экономично и обеспечивать быстрый и легкий доступ к данным. Такую сеть институт выстраивал много лет. В целом, данные по температуре грунта передаются в режиме реального времени с восьми объектов для обеспечения оперативного мониторинга состояния ММ (рис. 1, таблица).
Рис. 1. Расположение мерзлотных станций на материковой части Норвегии и на Шпицбергене (источник фоновой карты: https://cryo.met.no/en/permafrost по состоянию на август 2022 г.; авторы фотографий: Бернт Энге Ларсен (1), Штейн Торе Педерсен (3–5, 7–8), Кетил Исаксен (6), Тоне Хусебай) 
Таблица. Список мерзлотных станций (источник: https://cryo.met.no/ по состоянию на июль 2022 г.)
Рис. 2. Многолетние тренды изменений температуры грунта на мерзлотной станции Янссонхауген за 1998–2022 гг.: а – долговременные изменения температурного режима многолетней мерзлоты на глубине 10 и 20 м; б – сезонные колебания температуры грунта на глубине 0,2; 1,6; 5; 10 м; в – максимальные за год глубины изотермы 0 °C с указанием на диаграмме соответствующих дат; г – профили среднегодовой температуры грунта и средняя глубина нулевой годовой амплитуды . Примечание: временные ряды за 2022 год включают данные до 05.08.2022
На трех других станциях с многолетними наблюдениями, расположенных на материковой части Норвегии, температура многолетней мерзлоты также повышалась (рис. 3). В Юввашё на глубинах 10 и 20 м она увеличивалась со скоростью 0,2 °C за десятилетие, в Снёхейме на глубинах 4,5 и 8,5 м она повышалась со скоростью 0,1 °C за десятилетие, тогда как в Искорасе (рис. 4, г) температура грунта на глубинах 10 и 20 м увеличивалась со скоростью 0,5 и 0,1 °C за десятилетие соответственно.
Рис. 3. Многолетние тренды изменений температуры грунта на станции Юввашё за период мониторинга 1999–2022 гг. (а) и в Снёхейме за период мониторинга 2001–2022 гг. (б). Примечание: временной ряд за 2022 год включает данные до 14.08.2022 
Рис. 4. Таяние многолетней мерзлоты в Снёхейме (а, б) и Искорасе (в, г): температура грунта в кровле многолетней мерзлоты на глубине 8,5 м (а); среднегодовые профили температуры грунта и средняя глубина нулевой годовой амплитуды (б); максимальные за год глубины изотермы 0 °C с указанием на диаграмме соответствующих дат (в); многолетние изменения термического состояния многолетней мерзлоты на глубинах 10 и 20 м (г). Примечание: временной ряд за 2022 год включает данные до 14.08.2022 
Мониторинг деградации многолетней мерзлоты в Норвегии
Станции Искорас и Снёхейм соответственно на севере и на юге материковой части Норвегии расположены в районах прерывистой многолетней мерзлоты, где ММ в настоящее время тает.
На рисунке 4 представлены четыре графических изображения, иллюстрирующих деградацию ММ. В Снёхейме температура грунта на поверхности многолетней мерзлоты на глубине 8,5 м уже очень близка к 0 °C, причем в последние годы она повысилась. Среднегодовые профили температуры грунта в Снёхейме похожи на профили в Янссонхаугене. Первые признаки деградации ММ и появления «островов» талых грунтов (таликов) или водных систем можно было увидеть после чрезвычайно теплой осени в 2006 году на близлежащих участках мониторинга многолетней мерзлоты между Снёхеймом и Йеркинном (на горном хребте Доврефьель) [29].
В Искорасе таяние наиболее заметно для максимальной за год глубины изотермы 0 °С, которая увеличилась примерно с 17 до 22 м. К тому же там повысилась температура грунта на глубине 10 и 20 м. В начале серии наблюдений на этой станции в годовой амплитуде температур на глубине 10 м преобладал скрытый теплообмен. Быстрая реакция температуры грунта на деградацию многолетней мерзлоты и увеличение годовой амплитуды температуры обусловлена таянием подземного льда, что приводит к более сухому слою вблизи поверхности земли и, следовательно, к изменениям в теплообмене вблизи поверхности [29]. Тренд скорости роста температуры на глубине 10 м составляет 0,5 °C за десятилетие, что в три раза превышает скорость потепления, наблюдаемую на станции Юввашё, и является одной из самых высоких среди станций, рассматриваемых в настоящей статье.
Экстремально теплая погода на юге материковой части Норвегии в 2005 и 2006 годах
На рисунке 5 показаны временные ряды температуры грунта на глубине 0,2 и 2,5 м в Юввашё (на юге материковой части Норвегии) за 2005 и 2006 годы. В оба этих года было по нескольку месяцев с температурой грунта выше среднего или даже выше бывшего максимума (январь, февраль, июль, октябрь, ноябрь и декабрь 2005 года; январь, февраль, ноябрь и декабрь 2006 года).
Рис. 5. Ход температуры грунта на станции Юввашё за 2005 год (а, в) и 2006 год (б, г): а, б – температура в кровле многолетней мерзлоты на глубине 2,5 м; в, г – температура грунта вблизи поверхности земли на глубине 0,2 м 
Особенно в конце лета и осенью 2006 года весьма продолжительная теплая погода затронула некоторые зоны Европы, включая южную часть материковой части Норвегии [30, 31], и привела к рекордно высоким температурам многолетней мерзлоты вблизи поверхности земли на станции Юввашё и к длительному замерзанию деятельного слоя. Необычное потепление привело к экстремальному таянию близлежащих высокогорных ледяных участков [32]. Это таяние выявило несколько археологических артефактов, таких как обувь возрастом 3400 лет [33, 34], и имело экологические последствия, такие как вспышка смертельного зоонозного заболевания (пастереллеза) в популяции овцебыков, что привело к гибели значительной части этих животных [35].
Экстремально теплая погода на Шпицбергене осенью 2016 года
На рисунке 6 показаны изменения глубины изотермы 0 °C в Янссонхаугене на Шпицбергене за 2016 год. Видно, что положение изотермы 0 °C уже в конце мая и начале июня находится глубже медианы предыдущих лет для конца мая и начала июня. В июле она достигает новой рекордно большой глубины и остается ниже предыдущей максимальной глубины до октября. Это означает рекордно высокую толщину деятельного слоя грунта в этом месте. Обычно слой сезонного оттаивания замерзал в течение сентября или первых дней октября каждый год с момента начала измерений в Янссонхаугене. В 2016 году деятельный слой не замерзал до начала ноября. Такая экстремальная глубина оттаивания и длительное замерзание сопровождались аномально большим количеством дождевых осадков, что привело к нескольким оползням и селевым потокам в близлежащем городе Лонгйирбиен и его окрестностях [36]. Жители домов, которые раньше были безопасными, были срочно эвакуированы. Местность, в которой раньше обычно совершались пешие прогулки, стала опасной. Дороги, которыми пользовались в предыдущие годы, были закрыты до тех пор, пока неустойчивые склоны над ними не промерзли.
Рис. 6. Определение глубины изотермы 0 °C для станции Янссонхауген за 2016 год 
Экстремальное потепление многолетней мерзлоты вблизи поверхности на Шпицбергене в 2006 году
На рисунке 7 показаны профили температуры грунта в конце января и в апреле 2006 года для станции Янссонхауген на Шпицбергене. В слоях многолетней мерзлоты вблизи поверхности (до глубины 5–10 м) наблюдались очень высокие температуры, существенно превышавшие их максимальные значения в предыдущие годы. Температура грунта составляла минус 7 °С в январе и минус 3 °С в апреле (обычно в те же дни и на той же глубине средние температуры были на 6 °C ниже).
Рис. 7. Профили температуры грунта для станции Янссонхауген 31 января 2006 года (а) и 30 апреля 2006 года (б)
Эти экстремальные температуры грунта в сочетании с высокими температурами вблизи поверхности летом 2006 года (в статье они графически не показаны) повлияли на глубину оттаивания деятельного слоя. Начало оттаивания было самым ранним за всю предыдущую историю наблюдений, а максимальная толщина слоя сезонного оттаивания увеличилась на 11% по сравнению со средним показателем за предыдущие годы [37]. Авторы работы [37] также пришли к выводу, что наиболее показательными в этом отношении месяцами в 2006 году на Шпицбергене были январь и апрель, когда средняя температура воздуха была выше средней температуры за 1961–1990 годы на 12,6 и 12,2 °C соответственно. Апрель 2006 года был теплее мая во все предыдущие годы наблюдений, а январь 2006 года был теплее апреля во все предыдущие годы. Эта аномалия совпала с наличием открытой воды в большинстве фьордов на протяжении всей зимы, а необычно раннее таяние снегов привело к экстремальным расходам талых вод в долинах.
Новые станции с короткими временными рядами наблюдений
На рисунке 8 показаны некоторые графические изображения для четырех самых новых мерзлотных станций Норвежского метеорологического института. Они разбросаны по всему Шпицбергену, и для них к моменту написания данной статьи имелись ряды измерений температуры грунта за 1–3 года. Несмотря на непродолжительные наблюдения, удалось обнаружить весьма необычное потепление в марте 2022 года. Временные ряды температур грунта вблизи поверхности на станциях Квадехукен и Недре Сассендален говорят о значительном повышении температуры в середине марта. Среднесуточные профили температуры для станций Клаува и Верлегенхукен также говорят об очень высоких температурах вблизи поверхности. В это время года обычен профиль с понижением температуры по направлению к поверхности земли. Это показали измерения предыдущих лет на станции Верлегенхукен, где в 2020 году температура составляла минус 24 °C. В 2022 же году температура была значительно выше – минус 10 °C.
Рис. 8. Температура грунта вблизи поверхности в 2021 и 2022 годах (а, б) и ее изменения с глубиной 16 марта 2022, 2021, 2022 годов (в, г) на Шпицбергене: на станции Квадехукен на глубине 0,05 м (а); на станции Недре Сассендален на глубине 0,05 м (б); на станции Клаува (в); на станции Ферлегенхукен (д)
Значительное потепление и заметная деградация многолетней мерзлоты наблюдались на всех рассмотренных в статье мерзлотных станциях на материковой части Норвегии и на Шпицбергене, где температура ММ измерялась в течение многих лет. Это соответствует самым современным глобальным оценкам температуры ММ [6, 7]. Однако имеется значительная региональная изменчивость в величине этого потепления, связанная главным образом с различиями в отношении близости температуры многолетней мерзлоты к 0 °C [7] и различий в климатических условиях. Самые большие изменения наблюдаются на станциях Шпицбергена, где в настоящее время потепление идет в 7 раз быстрее, чем в среднем в мире [38].
Подходы к многолетним наблюдениям за ММ всегда были и будут совершенствоваться благодаря новым открытиям и опыту [39]. Оперативный мониторинг ММ требует эффективных стратегий наряду со стандартами обработки результатов измерений, контроля их качества, архивирования и отчетности во всех национальных и международных сетях, а также определения основных параметров наблюдений [39].
В настоящее время данные и метаданные передаются в международную Глобальную сеть мониторинга криолитозоны (Global Terrestrial Network for Permafrost – GTN-P) вручную. Ведется работа по развитию оперативных сервисов по получению данных, касающихся ММ, через Глобальную службу наблюдений за криосферой (Global Cryosphere Watch – GCW) Всемирной метеорологической организации (World Meteorological Organisation, WMO). Управление данными GCW интегрируется с Информационной системой WMO, которая в настоящее время использует Глобальную систему телесвязи (Global Telecommunication System – GTS) в рамках WMO для обмена данными в реальном времени, но находится в процессе перехода к Информационной системе WMO (WMO Information System – WIS 2.0), которая заменит существующий функционал GTS на телеметрическую передачу информации в режиме очереди сообщений (Message Queue Telemetry Transport – MQTT) [40]. По сути, это означает, что обмен данными в реальном времени основан на подходе «публикация/подписка», при котором заинтересованные потребители данных подписываются на обновления набора данных. GCW выполняет и публикует оценки состояния криосферы и активно работает над улучшением доступности данных на этом сервисе.
Усилия, производимые GCW в рамках WMO заключаются в разработках и публикациях по поводу наилучших практических подходов в отношении приборов и методов наблюдений за многолетней мерзлотой и сезонно-мерзлыми грунтами в целях определения эталонных методов размещения и эксплуатации мерзлотных станций в высокогорьях и полярных регионах. Опыт, полученный в ходе оперативного мониторинга ММ, описанный в данной статье, может быть здесь полезен, поскольку он устраняет некоторые пробелы в существующих системах наблюдений за ММ и определяет методы повышения доступности и наглядности данных по температуре многолетней мерзлоты как в режиме реального времени, так и обновленных. Кроме того, этот опыт позволяет решать ряд проблем в отдаленных районах, где выработка и потребление энергии, связь и поддержание сбора данных имеют решающее значение для проведения мониторинга в промежутках между посещениями станций людьми.
На материковой части Норвегии и на Шпицбергене имеются большие преимущества в том, что мерзлотные станции размещаются рядом с существующими и новыми официальными метеостанциями. Они стали частью национальной метеорологической инфраструктуры, обеспечивающей длительную стабильную работу и техническое обслуживание. При этом стандартная программа наблюдений на официальных метеостанциях, расположенных рядом с мерзлотными станциями, была расширена за счет наблюдений за влажностью грунта, глубиной снежного покрова, температурой снега и параметрами освещенности поверхности. Это обеспечивает согласованность и тесное сотрудничество между крупными национальными и международными инициативами, минимизацию воздействия оборудования на окружающую среду, а инвестиции в новые станции добавляют ценности тому, что уже существует. Данные по ММ становятся более доступными и лучше связанными с сообществами по моделированию климата, снежного покрова и многолетней мерзлоты, а также с сообществом по дистанционному зондированию, например необходимому для калибровки и валидации данных и результатов их обработки и анализа.
Оперативный мониторинг многолетней мерзлоты (https://ryo.met.no/) предоставляет уникальную возможность отслеживать данные по температуре грунта в восьми местах на юге и севере материковой части Норвегии, а также на Шпицбергене, получая информацию быстрее, чем когда-либо прежде. Результаты измерений визуализируются и сравниваются с данными предыдущих лет с использованием восьми различных продуктов обработки и анализа. Но еще не все продукты можно получить для каждой мерзлотной станции. Они выбираются таким образом, чтобы охватить наиболее важные уровни грунта и характеристики ММ.
Ежедневное обновление продуктов позволяет заблаговременно обнаруживать, например, рекордно большую толщину деятельного слоя, выраженное повышение температуры ММ и другие экстремальные условия в многолетнемерзлых грунтах. Это уже дает четкие доказательства потепления многолетней мерзлоты по всей территории материковой части Норвегии и Шпицбергена со скоростью потепления до 0,7 °C за десятилетие на глубине нулевой годовой амплитуды температуры, а также обеспечивает тщательный мониторинг таяния и в конечном итоге исчезновения ММ на двух станциях наблюдений. Кроме того, визуализация данных позволяет обнаружить несоответствия и сбои в измерениях.
Данные, подтверждающие выводы авторов представленного исследования, находятся в открытом доступе по следующему адресу: https://frost.met.no/index.html.
Авторы данной статьи хотели бы в будущем дополнить портал другими пунктами наблюдений за многолетней мерзлотой, в том числе станциями внешних владельцев, а также другими продуктами, чтобы сделать его полезным для оценок ММ.
—
Норвежские мерзлотные станции создаются в сотрудничестве с Университетом Осло, Университетским центром на Шпицбергене, Норвежским полярным институтом и Норвежским университетом наук и технологий. Четыре такие станции, расположенные в отдаленных местах на Шпицбергене (Верлегенхукен, Квадехукен, Недре-Сассендален и Клаува), были недавно созданы в рамках проектов Комплексной арктической системы наблюдений за Землей на Шпицбергене (Svalbard Integrated Arctic Earth Observing System) «Развитие инфраструктуры норвежского узла» (SIOS InfraNOR, https://siossvalbard. org/, Исследовательский совет Норвегии, проект № 269927) и Климатоэкологической обсерватории арктической тундры (Climate-ecological Observatory for Arctic Tundra – COAT, www.coat.нет/ru/). Часть работ, связанных с разработкой новых продуктов по многолетней мерзлоте, была выполнена при поддержке Программы мониторинга и оценки Арктики (Arctic Monitoring and Assessment Programme – AMAP).
Работающие мерзлотные станции (дополнительная информация)
Все восемь скважин для наблюдений за многолетнемерзлыми грунтами были пробурены путем ударно-вращательного бурения и имели диаметр 56–110 мм. Шлам выбрасывался наверх избытком воздуха при работе пневмоударника, что позволяло отбирать валовые пробы грунта и образцы в пробоотборных мешочках [41, 42].
Глубина скважин варьирует от 9 м (на станции Снёхейм) до 129 м (на станции Юввашё), и все они обсажены водонепроницаемыми полиэтиленовыми трубами, герметичными в основании, чтобы защитить скважины от засорения рыхлым мусором, камнями и льдом. Обсадные трубы также защищают датчики от влаги, в то же время обеспечивая легкий доступ к приборам при техническом обслуживании и периодической повторной калибровке. Кроме того, скважины остаются доступными для установки других приборов в будущем. Влияние конвекции воздуха внутри скважин считается незначительным [24].
Обсадные колонны скважин, датчики и оборудование для регистрации данных были смонтированы в соответствии с руководящими принципами финансируемого Европейским Союзом проекта PACE (Permafrost and Climate in Europe – «Многолетняя мерзлота и климат в Европе») [15] для стандартизации процедур и обеспечения сопоставимости данных с разных станций [15]. Это также обеспечило надежность и удобство обслуживания.
Система измерений температуры многолетней мерзлоты и их выполнение (дополнительная информация)
На двух первых буровых площадках (Янссонхауген и Юввашё), было пробурено по одной контрольной скважине глубиной 15–20 м на расстоянии 5–20 м от основной [16]. Эти неглубокие скважины были созданы для обнаружения теплового воздействия защитной конструкции, расположенной наверху основных скважин, а также для обеспечения хорошего разрешения и контроля качества (например, для контроля долговременной стабильности термисторов) определения годовых вариаций температуры грунта.
На мерзлотных станциях Янссонхауген и Юввашё температура грунта в скважинах измеряется с помощью аналоговых струнных датчиков температуры YSI 44006 с отрицательными температурными коэффициентами (производства компании Yellow Spring Instruments). Оценка абсолютной точности составляет плюс-минус 0,05 °C, а относительной – плюс-минус 0,02 °C [43]. На остальных станциях температура грунта в скважинах измеряется с помощью цифровых датчиков производства компании Beadedstream (США) с абсолютной точностью плюс-минус 0,1 °C и разрешением плюс-минус 0,063 °C.
Глубина размещения термисторов на станциях Юввашё и Янссонхауген соответствует общим инструкциям для скважин по проекту PACE [15]: 0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 5,0; 7,0; 9,0; 10,0; 13,0; 15,0; 20,0; 25,0; 30,0 м; далее интервал между датчиками составляет 10 м вплоть до глубины 80,0 м; далее он снова становится меньше вплоть до глубины 100,0 м. Для скважин на остальных станциях были установлены датчики температуры на дополнительных уровнях – с интервалом 0,5 м
на глубине от 2,0 до 6,0 м и c интервалом 1 м на глубине от 6,0 до 11,0 м. Это обеспечивает более хорошую точность определения глубины изотермы 0 °C в деятельном слое и более точное обнаружение мест, подверженных деградации многолетней мерзлоты.
Система оперативной передачи данных и управления ими (дополнительная информация)
Недостатком вывода данных через программный интерфейс (API) Frost является то, что формат получаемого файла не соответствует четырем основополагающим руководящим принципам – возможности поиска, доступности, взаимодействия и повторного использования (Findability, Accessibility, Interoperability, Reusability – FAIR [44]) на уровнях обнаружения и использования. К счастью, в архиве результатов наблюдений (Observation Data Archive – ODA) Норвежского метеорологического института для идентификации переменных используются стандартные названия из Конвенции по климату и прогнозам (CF, https://cfconventions.org). С помощью этого и API Frost данные извлекаются в формате CF-NetCDF с использованием дискретной геометрии выборки, предусмотренной Конвенцией CF. Ведется разработка предоставления доступа к этим файлам через информационные порталы проекта SIOS (Svalbard Integrated Arctic Earth Observing System – «Интегрированная арктическая система наблюдений за Землей на Шпицбергене») и Глобальной службы наблюдений за криосферой (Global Cryosphere Watch, GCW).
Использование файлов в формате CF-NetCDF также позволяет автоматически визуализировать данные при их передаче через Проект с открытым исходным кодом для протокола доступа к сетевым данным (Open-source Project for a Network Data Access Protocol – OPeNDAP). Описанные в статье наборы данных на веб-порталах SIOS и GCW являются первыми известными к моменту написания статьи массивами данных по многолетней мерзлоте, доступными практически в реальном времени. В настоящее время осуществляется извлечение информации в формате CF-NetCDF. Помимо доступности на веб-порталах SIOS и GCW наборы данных также будут доступны через стандартные интерфейсы метаданных для машинного обнаружения, такие как OAI-PMH и OGC CSW, обслуживающие форматы GCMD DIF и в соответствии со стандартом ISO19115 (последние соответствуют требованиям инициативы Европейской комиссии «Инфраструктура для пространственной информации в Европе» (Infrastructure for spatial information in Europe – INSPIRE) и Всемирной метеорологической организации (World Meteorological Organisation – WMO)).
наверх
Поделиться
Поделиться
Скопировать ссылку
Оформить подписку