Мелкомасштабное TTOP-моделирование среднегодовой температуры многолетнемёрзлых пород (на примере Западной и Средней Сибири)

Оценка мерзлотных условий, в частности, температуры многолетнемёрзлых пород (ММП), является важной задачей, так как от этого зависят особенности проектирования и строительства объектов промышленной и транспортной инфраструктуры. Большинство методик оценки температуры ММП на глубине нулевых годовых колебаний предполагает использование большого объёма данных, полученных в полевых условиях, а также трудоёмких вычислений, поэтому актуальным становится использование методики TTOP-моделирования (temperature at the top of permafrost equilibrium approach) (Smith, Riseborough, 1996), которое позволяет получить температуры грунтов на основе данных климатического моделирования, дистанционного зондирования и эмпирических коэффициентов. В качестве методической основы для исследования была принята работа международного коллектива авторов (Obu et al, 2019), в которой представлено применение TTOP-моделирования для территории Северного полушария.
Целью работы является вычисление среднегодовой температуры грунта на подошве слоя сезонных колебаний температур на территории Западной и Средней Сибири на основе разных исходных данных с использованием TTOP-модели. В качестве исходных данных были использованы климатические данные, полученные по станционным метеонаблюдениям ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД» и климатическим моделям ERA5-Land и WorldClim, а также карта наземного растительного покрова «Land Cover Map», созданная Европейским космическим агентством по мозаике спутниковых снимков. В качестве основных параметров модели по данным WorldClim путём осреднения были получены положительные и отрицательные суммы отклонений среднесуточной температуры от 0 °C в градусоднях за период с 2000 г. по 2021 г. К этим параметрам для получения температуры ММП применялись корректирующие коэффициенты, основанные на отношении теплопроводности грунта в мёрзлом и талом состоянии, а также на свойствах растительного покрова. Для вычисления коэффициентов теплопроводности по данным метеонаблюдений и сведениям о высоте снежного покрова из ERA5-Land применялась интерполяция методом кригинга. Ландшафтная дифференциация территории в модели отражена при помощи коэффициентов, выявленных другими исследователями по карте наземного растительного покрова «Land Cover Map» (Obu et al, 2019).
В ходе реализации расчётов по модели были получены покрытия среднегодовых температур ММП в пределах сезонномёрзлого и сезонноталого слоёв. Для территорий Западной и Средней Сибири минимальная температура составила −16,5 °C, а максимальная – +9,4 °С.
При сопоставлении результатов моделирования с температурой по скважинам проекта GTN-P оказалось, что модель наиболее достоверна при использовании данных о снежном покрове с метеостанций, так как в среднем разность моделированной и измеренной температур составила −0,5 °C при СКО равном 1,5 °C, тогда как по данным предыдущих исследований (Obu et al, 2019) для Азиатской части России оно соответствует 2,4 °C. Таким образом, посредством использования альтернативных входных данных удалось улучшить результат TTOP-моделирования для территории Западной и Средней Сибири.