Land surface temperature analysis and active layer changes in Terkh River Valley

Authors

  • Temuujin Khurelbaatar Division of Permafrost Research, Institute of Geography and Geoecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia https://orcid.org/0000-0002-0042-5653
  • Yondonrentsen Purevdulam Division of Permafrost Research, Institute of Geography and Geoecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia
  • Dashtseren Avirmed Division of Permafrost Research, Institute of Geography and Geoecology, Mongolian Academy of Sciences, Ulaanbaatar, Mongolia

DOI:

https://doi.org/10.5564/mjgg.v60i44.3065

Keywords:

N-factor, FDD, TDD, MSAVI, MNDWI, NDMI

Abstract

In this study, we identified the relationship between Ground Surface Temperature (GST) with the geography and environmental factors in the Terkh River Valley, Mongolia, and explored the possibility of using satellite data to determine active layer thickness and seasonally frozen ground changes. We obtained data from three boreholes for the permafrost monitoring, and ten GST measuring instruments that we installed in the valley. According to the results, the active layer thickness at the three boreholes varied between 2.8 and 6.22 m. In the Terkh Ar borehole, the active layer thickness increased by 5 cm per year, while the seasonally frozen ground depth in the Terkh Uvur borehole decreased by 12 cm during the study period. When comparing mean GST with geographic factors such as elevation, slope, and aspect, the correlation was weak (R2 = 0.026-0.23). However, when comparing mean GST in the summer season with indices such as MSAVI, MNDWI, and NDMI, the correlation was high (R2 = 0.37-0.91). The highest value of the thawing degree days (TDD) was 2708°C and observed at T-10, while the lowest value of the TDD was 1174°C and observed at T-1. The minimum value of freezing degree days (FDD) was -3020°C and observed at the T-n point, while the maximum value of FDD was -1553°C and observed at the T-10 point. The N-factor derived from the FDD and TDD values revealed a high correlation with the MSAVI index (R2 = 0.77). It is indicated that the MSAVI index can be one of the factors modeling the active layer thickness.

Тэрхийн голын хөндийн гадаргын температурын анализ болон улирлын хөлдөлт, гэсэлтийн өөрчлөлт

ХУРААНГУЙ: Бид энэхүү судалгаагаар Тэрхийн голын хөндийн гадаргын температурын үйл явцыг газарзүй болон байгалийн хүчин зүйлстэй хамаарлыг судлах, мөн ул хөрсний улирлын хөлдөлт гэсэлтийн өөрчлөлтийг мониторинг цооногийн мэдээ ашиглан тогтоох, цаашлаад улирлын хөлдөлт гэсэлтийн загварчлалыг хийхэд хиймэл дагуулын мэдээг ашиглах боломж зэргийг судаллаа. Судалгаанд ашигласан мэдээг энэхүү голын хөндийд байрлах цэвдгийн мониторингийн 3 цэг болон гадаргын температур хэмжигч 10 багажаас авсан. Судалгааны үр дүнгээс үзэхэд улирлын хөлдөлтийн гүн цэвдгийн мониторингийн 3 цэгт 2.8 – 6.22 м-ийн гүнд хэлбэлзэж байсан. Харин улирлын гэсэлтийн гүн Тэрх ар цооногт жилд 5 см-аар нэмэгдэж байсан бол Тэрх ар цооногт улирлын хөлдөлтийн гүн жилд 12 см-аар буурч байна гэсэн үр дүн гарсан. Гадаргын жилийн дундаж температурыг газарзүйн хүчин зүйлс болох өндөршил, зүг зовхис, гадаргын налуу зэрэг хүчин зүйлстэй харьцуулж үзэхэд бага хамааралтай байв (R2 = 0.026-0.23). Харин зуны улирлын гадаргын дундаж температурыг MSAVI, MNDWI, NDMI зэрэг индексүүдтэй харьцуулж үзэхэд хоорондын хамаарал өндөр байна (R2 = 0.37-0.91). Хамгийн өндөр TDD утгыг Т-10 цэгт 2708°С байгаа бол хамгийн бага нь Т-1 дээр 1174°С байна. Хүйтний улирал буюу FDD-ийн хамгийн бага утга нь T-n цэгт -3020°С байсан бол хамгийн их нь Т-10 цэгт -1553°С тус тус байна. Дээрх утгуудаас гаргаж авсан N-факторыг MSAVI индекстэй харьцуулж үзэхэд R2 нь 0.77 буюу сайн гэж гарсан нь цаашид энэхүү индексийг улирлын хөлдөлт гэсэлтийн загварчлалд ашиглах боломжтой гэдгийг харуулж байна.

Түлхүүр үгс: N-фактор, Улирлын хөлдөлт, Улирлын гэсэлт, MSAVI, MNDWI, NDMI

Abstract
43
PDF
45

References

. A. Dashtseren, K. Temuujin, S. Westermann, A. Batbold, Y. Amarbayasgalan, and D. Battogtokh, "Spatial and Temporal Variations of Freezing and Thawing Indices From 1960 to 2020 in Mongolia," Front. Earth Sci., vol. 9, p. 713498, Nov. 2021, https://doi.org/10.3389/feart.2021.713498

. Z.-L. Li et al., "Satellite-derived land surface temperature: Current status and perspectives," Remote Sens. Environ., vol. 131, pp. 14-37, Apr. 2013, https://doi.org/10.1016/j.rse.2012.12.008

. F. Taripanah and A. Ranjbar, "Quantitative analysis of spatial distribution of land surface temperature (LST) in relation Ecohydrological, terrain and socio- economic factors based on Landsat data in mountainous area," Adv. Space Res., vol. 68, no. 9, pp. 3622-3640, Nov. 2021, https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.07.008

. G. Gravis, "Geographic extent and thickness of permafrost," in Geocryological conditions Mongolian Peoples Republic, 1971, pp. 30-48.

. Я. Жамбалжав, Монгол орны цэвдгийн тархалт, өөрчлөлт. Улаанбаатар хот, 2017.

. N. Sharkhuu and others, "Recent changes in the permafrost of Mongolia," in Proceedings of the 8th International Conference on Permafrost, AA Balkema Brookfield, Vt., 2003, pp. 2003-1029.

. M. Ibrahim and H. Abu-Mallouh, "Estimate Land Surface Temperature in Relation to Land Use Types and Geological Formations Using Spectral Remote Sensing Data in Northeast Jordan," Open J. Geol., vol. 08, no. 02, pp. 174-185, 2018, https://doi.org/10.4236/ojg.2018.82011

. Е. Батчулуун, Монгол орны физик газарзүй, Анхны хэвлэл. Улаанбаатар: Мөнхийн үсэг ХХК, 2020.

. N. Sharkhuu, "Long-term monitoring of permafrost in Mongolia," presented at the Second International Symposium on Mountain and Arid Land Permafrost, Ulaanbaatar, Mongolia, 2011, pp. 22-26.

. А. Дашцэрэн, Хүйтэн мандал. Улаанбаатар хот: ТЭПЭ ХХК, 2018.

. T. Khurelbaatar, D. Avirmed, S. Westermann, N. Nyam-Osor, and P. Tserengunsen, "Surface temperature analysis on the eastern shore of Khuvsgul Lake," Mong. J. Geogr. Geoecology, pp. 195-202, 2022. https://doi.org/10.5564/mjgg.v59i43.2527

. The European Space Agency, "Sentinel 2 MSI user guide." [Online]. Available: https://sentinel.esa.int

. Д. Амарсайхан, М. Ганзориг, А. Мөнх-эрдэнэ, and Д. Энхжаргал, Зайнаас тандах хиймэл дагуулууд болон төхөөрөмжүүд. Улаанбаатар хот, 2015.

. J. Qi, A. Chehbouni, A. R. Huete, Y. H. Kerr, and S. Sorooshian, "A modified soil adjusted vegetation index," Remote Sens. Environ., vol. 48, no. 2, pp. 119-126, May 1994, https://doi.org/10.1016/0034-4257(94)90134-1

. H. Xu, "Modification of normalised difference water index (NDWI) to enhance open water features in remotely sensed imagery," Int. J. Remote Sens., vol. 27, no. 14, pp. 3025-3033, Jul. 2006, https://doi.org/10.1080/01431160600589179

. B. Gao, "NDWI-A normalized difference water index for remote sensing of vegetation liquid water from space," Remote Sens. Environ., vol. 58, no. 3, pp. 257-266, Dec. 1996, https://doi.org/10.1016/S0034-4257(96)00067-3

. Д. Төмөрбаатар, "Монгол орны улирлын ба олон жилийн цэвдэг чулуулаг," Улаанбаатар Урлах Эрдэм 155х, 2004.

. A. Klene, F. Nelson, and N. Shiklomanov, "The n-factor as a tool in geocryological mapping: seasonal thaw in the Kuparuk River Basin, Alaska," Phys. Geogr., vol. 22, no. 6, pp. 449-466, 2001. https://doi.org/10.1080/02723646.2001.10642754

. A. E. Klene, F. E. Nelson, N. I. Shiklomanov, and K. M. Hinkel, "The N-factor in Natural Landscapes: Variability of Air and Soil-Surface Temperatures, Kuparuk River Basin, Alaska, U.S.A.," Arct. Antarct. Alp. Res., vol. 33, no. 2, pp. 140-148, May 2001, https://doi.org/10.1080/15230430.2001.12003416

Downloads

Published

2023-12-28

How to Cite

Khurelbaatar, T., Purevdulam, Y., & Avirmed, D. (2023). Land surface temperature analysis and active layer changes in Terkh River Valley. Mongolian Journal of Geography and Geoecology, 60(44), 173–185. https://doi.org/10.5564/mjgg.v60i44.3065

Issue

Section

Articles