(问题) 土壤冻融是地表水分在冰与液态水之间反复转换的过程,直接牵动地表能量平衡、水循环与碳通量变化,对生态系统生产力、植被返青与枯黄节律、河流径流过程乃至工程设施稳定性均有重要影响。
尤其在高寒、高纬地区,冻融时序的提前或推后往往被视为气候变化的敏感“指示器”。
然而在较长时期内,全球与重点区域冻融过程的连续、精细观测仍存在缺口:一方面地面站点分布不均,难以覆盖广阔而复杂的地形与下垫面;另一方面,不同传感器、不同算法与不同时间尺度之间的结果差异,使长期序列难以保持一致性,限制了对冻融“记忆效应”等关键机制的识别与归因研究。
(原因) 业内专家指出,冻融过程受地表温度、积雪覆盖、土壤含水量、植被与地形条件等多因素共同控制,呈现强烈的空间异质性和季节变化。
以青藏高原为例,地形起伏大、气候梯度明显,近年来暖湿化趋势增强,冻融边界变化更为复杂;同时,云雨雪等天气条件对光学遥感可用性造成约束,微波遥感虽然具有全天时能力,但在不同地表类型下反演精度与一致性仍需提升。
上述因素叠加,导致过去难以构建“既看得清、又看得久、还能对得齐”的冻融观测产品。
(影响) 近日,中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球全国重点实验室联合北京师范大学及国内外多家科研机构,研制并发布全球高精度长时序冻融数据集,为破解上述难题提供了新的数据底座。
据介绍,此次发布的数据集包括两项核心产品:其一为全球近地表土壤冻融数据集(FT-HiDFA),覆盖2002年至2023年,空间分辨率约5公里,可呈现全球陆地土壤冻结与消融的动态变化;其二为青藏高原近地表土壤冻融数据集(TP-DFA-STA),时间跨度从1979年至2023年,空间分辨率约25公里,为青藏高原近半个世纪冻融演变提供高一致性历史档案。
相关数据面向全球科研用户开放共享。
多位科研人员表示,这一数据集的发布,将在三方面产生直接推动作用:一是为气候变化背景下冻土退化、冻结期缩短、解冻期延长等现象的定量评估提供统一尺度依据,有助于提高跨区域、跨学科研究的可比性;二是为水文模型、陆面过程模型与碳循环模型提供关键边界条件,可改进对融雪径流、土壤水热传输及温室气体通量变化的模拟能力;三是为生态系统物候变化监测、荒漠化与草地退化评估、重大工程选址与运维风险识别等应用提供支撑,助力相关部门提升风险预警与精细化管理水平。
(对策) 业内建议,在数据集开放共享的基础上,进一步强化“天—空—地”协同验证与业务化应用转化:一方面,推动与地面观测网络、野外试验站点的联合对比,持续改进在复杂地形、积雪覆盖和植被变化条件下的反演稳定性;另一方面,鼓励科研团队与水利、生态、交通、能源等领域用户开展联合应用,将冻融指标纳入流域管理、草地保护、冻土区基础设施运维等业务流程。
同时,在数据使用层面应加强不确定性表征与规范化说明,推动形成可追溯、可复现的数据应用链条,提升科研成果服务公共决策的透明度与可信度。
(前景) 面向未来,随着卫星遥感观测能力与算法体系持续升级,冻融监测有望向更高分辨率、更短更新周期与更强机理约束方向发展。
特别是在全球变暖与极端事件增多背景下,冻融过程可能通过改变土壤水热条件影响植被生长季长度、加剧或缓解部分地区干旱与洪涝风险,并对高寒地区碳源汇格局产生长期影响。
该数据集提供的长时序记录,将为识别趋势、解析机制、评估风险提供重要基线,也为开展多源数据融合与情景预测研究奠定基础。
土壤冻融虽然是一个微观的物理过程,但其宏观影响涉及气候、生态、水文等多个领域。
此次全球高精度长时序冻融数据集的发布,标志着我国在地球系统科学观测领域取得了重要进展。
这套数据不仅为科学研究提供了有力工具,更体现了我国在应对全球气候变化、推进生态文明建设中的科技担当。
随着数据的广泛应用和深入分析,必将为人类更好地认识地球、保护地球提供新的科学视角。