多年冻土活动层土壤含水量对多年冻土区热力、水文及生态过程具有关键调控作用，但其空间量化仍具挑战性。多年冻土活动层土壤含水量显著影响寒区水热过程。首先，活动层土壤含水量直接调控冻融转换持续时间，影响土壤解冻与冻结进程；其次，湿润土壤与干燥土壤的热力学特性差异会改变活动层内部及向多年冻土层的热传导速率；此外，它决定了解冻过程消耗的热量，并最终控制传递至多年冻土层的能量——含水量增加将消耗更多融化潜热。作为多年冻土区维系植被和生态系统的重要水源，活动层含水量通过调节适生植物种类影响生态系统结构与功能，同时制约植被生长和土壤微生物活性。该参数还是碳分解速率的关键控制因子，并通过影响层上地下水流量调控融化多年冻土释放溶解有机碳和氮的速度。因此，准确认知活动层含水量对模拟和预测多年冻土环境对气候变化的响应至关重要。

我站联合南京信息工程大学首次利用地表形变数据估算青藏高原中部高寒草地环境下的多年冻土活动层含水量，并系统分析反演精度及其影响因素。同时基于Sentinel-1 SBAS-InSAR监测获取地表形变曲线，构建水深度-形变模型描述冻融循环中冰水相变引起的理论冻胀与融沉曲线，进而估算活动层有效水深度（EALWD）即参与相变的水量。研究人员探索了利用InSAR形变数据估算青藏高原高寒草地环境活动层水深度（ALWD）的潜力。通过建立ALWD与形变过程的关联模型，旨在描述活动层冰-水相变引发的理论地表形变曲线，并分析形变数据估算ALWD的影响因素。基于Sentinel-1 SBAS-InSAR分析获取位移时间序列，结合提出的水深度-形变模型从形变曲线反演有效活动层水深度（EALWD，即相变水量）。反演结果与60条GPR剖面解译值及3个原位站点实测数据进行对比，发现EALWD虽与ALWD呈正比关系，但较GPR解译ALWD平均偏低254.7 mm。该差异主要源于冻结期未冻水存在及土壤水分饱和状态——形变反演的EALWD仅表征参与季节性形变的水量组分，因此在活动层较厚且未冻水含量较高区域尤为显著。研究区活动层平均厚度2.9 m，导致约0.1 m³/m³的体积含水量（主要对应冻结期未冻水）未贡献地表形变。分析表明：土壤水分近饱和区域（NSE>0.9）能获得高置信度EALWD估算；而形变非冰-水相变主导区域（如斜坡或极低含水量区，季节性形变<10 mm且NSE<0.5）反演不确定性较大；中等非饱和含水量区域则呈现比例关系但EALWD偏低。相较于正弦模型和度日模型，当季节性形变>20 mm时，本水深度模型表现更优。研究表明InSAR形变数据在估算冻土环境活动层含水量（特别是相变水量）方面具有重要价值，但需重点考虑未冻水存在和土壤水分饱和状态两个关键因素。

图 1. 研究区景观。（a） Landsat 卫星影像，标记显示了探地雷达（GPR）剖面位置、原位监测点、干涉合成孔径雷达（InSAR）参考点以及沱沱河气象站。（b）研究区在青藏高原上的位置。（c）显示了沱沱河站记录的气温，虚线表示本研究中使用的 Sentinel-1 卫星影像的获取日期。浅红色阴影区域表示融化季节。

图2.（a）2018 年融化季至 2021 年融化季七个完整冻融季的平均季节性变形。（b-e）展示了每个冻融季的季节性变形与 2020 年 10 月至 11 月通过探地雷达（GPR）测量获得的活动层水深（ALWD）之间的散点图及关系

该研究成果以Quantifying the soil water content of the permafrost active layer using InSAR deformation为题，近日发表在地学Top期刊Journal of Hydrology。我站杜二计高级工程师为论文第一作者，南京信息工程大学的汪凌霄副教授为通讯作者。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169425009989

图文：杜二计   审核：吴通华