VU mokslininkų sukurtas metodas pelkių gruntinio vandens lygio svyravimams stebėti pristatytas prestižiniame mokslo žurnale

Straipsnis apie Vilniaus universiteto (VU) Chemijos ir geomokslų fakulteto mokslininkų doc. Lauryno Juknos, Elzės Buslavičiūtės, dr. Rasos Janušaitės ir dr. Tomo Railos sukurtą nuotoliniais duomenimis grįstą SARTRAM metodą, leidžiantį tiksliau nustatyti pelkių gruntinio vandens lygio svyravimus atkuriamose pelkėse, publikuotas prestižiniame mokslo žurnale „Geo-spatial Information Science“.

Kodėl pelkės yra svarbu? 

Aukštapelkėse, kurių didžioji dalis išsidėsčiusi šiaurinėse platumose (~45°–70°), susitelkusios apie 25 proc. pasaulio dirvožemio anglies atsargų, o tai prilygsta maždaug pusei anglies kiekio, esančio Žemės atmosferoje CO₂ pavidalu. Dirvožemio drėgmė paviršiniuose durpių sluoksniuose ir gruntinio vandens lygio gylis (WTD) yra pagrindiniai veiksniai, lemiantys ribą tarp aerobinių ir anaerobinių sąlygų. Tai savo ruožtu gali smarkiai paveikti aukštapelkių vaidmenį anglies cikle, potencialiai paverčiant jas iš vienų pagrindinių žemės anglies išteklių ir „kaupėjų“ į CO₂ šaltinį.

Aukštapelkės taip pat atlieka svarbų vaidmenį kontroliuojant potvynius, palaikant vandens kokybę, yra kertinės buveinės įvairioms, tarp jų – ir saugomoms, augalų ir gyvūnų rūšims. 

Ilgus šimtmečius aukštapelkės buvo veikiamos intensyvios žmogaus ūkinės veiklos (melioracija, durpių gavyba, žemės ūkis). Šiandien žmogaus poveikį dar labiau sustiprina klimato kaita. Vis dėlto pastaraisiais dešimtmečiais eksploatuotų ir paveiktų aukštapelkių atkūrimas pripažįstamas kaip svarbi klimato kaitos švelninimo strategija, o dauguma pastangų sutelkiama į gruntinio vandens lygio atkūrimą.

SARTRAM iliustracija

Kas yra SARTRAM? 

SARTRAM (sintetinės apertūros radaro trapezoidinis modelis) – tai trapezoidinio modelio adaptacija, sukurta SAR (sintetinės apertūros radaro) tipo palydovų duomenų interpretacijai pelkių vandens lygio svyravimams stebėti. 

Trapezoidinių modelių koncepcija, lyginant su kitais pelkių vandens lygio stebėjimo metodais, yra sąlyginai nauja (siekia keliasdešimt metų) ir pasižymi tam tikrais privalumais. Vienas pagrindinių – augalijos struktūros ir sezoniškumo poveikio signalui pašalinimas. Pati koncepcija nuo pat pradžių buvo sukurta optiniams duomenims (sukurti tokie modeliai kaip OPTRAM – optinis trapezoidinis modelis), o jos adaptacijos bandymų SAR tipo palydovams iki šiol nebuvo. Būtent į šią problemą orientuotasi moksliniame tyrime.

Dauguma esamų metodų, skirtų gruntinio vandens lygio gyliui bei svyravimams matuoti, remiasi optiniais metodais. Ypač gerais vandens lygio prognozavimo parametrais pasižymi OPTRAM modelis, kuris naudoja ryšius tarp spektrinių augmenijos indeksų ir trumpųjų bangų infraraudonųjų spindulių atspindžio, kad nustatytų dirvožemio drėgmę ir netiesiogiai – gruntinio vandens lygio gylį. Vis dėlto, nors optiniai metodai yra veiksmingi, jie turi keletą jų taikymą ribojančių trūkumų. Vienas esminių – optiniai palydovai Žemę stebėti gali tik giedromis oro sąlygomis ir dienos metu, todėl bendras stebėjimų skaičius kai kuriose platumose, lyginant su SAR palydovais, mažėja dešimtimis kartų.

Tuo tarpu SARTRAM naudoja sintetinės apertūros radaro (SAR) technologiją, kuri gali „matyti“ per debesis ir veikti tiek dieną, tiek naktį, todėl metodas leidžia generuoti nuoseklius, nuo atmosferos sąlygų nepriklausančius, rezultatus.

Skirtingai nuo tradicinių vandens lygio stebėjimo metodų, pagrįstų SAR atspindžio signalu, SARTRAM naudoja du signalus: informaciją apie augmenijos struktūrą, gaunamą iš radaro vegetacinių indeksų, ir informaciją apie drėgmę, gaunamą iš SAR atgalinės sklaidos signalo 𝛾o. SARTRAM remiasi dviem prielaidomis: (i) tiesine sąsaja tarp dirvožemio drėgmės ir 𝛾o bei (ii) tiesine sąsaja tarp dirvožemio (šiuo atveju durpių) ir augmenijos drėgmės kiekio. Jei tenkinamos abi prielaidos, SARTRAM reikšmės apskaičiuojamos projektuojamoje dvimatėje 𝛾o-RVI erdvėje.

Sukurtas metodas pritaikytas Pelkių atkūrimo ir apsaugos fondo užsakytame tyrime (studijoje), kur vertintas Lietuvoje atkurtų pelkių atkūrimo efektyvumas. Daugiau apie tai skaitykite čia.