威廉和玛丽永久冻土研究通过遥感数据得到加强

两颗串联卫星从不同角度拍摄同一北极地点的照片，形成三维图像。在距离该地点数千英里的地方，威廉和玛丽学院的学生研究人员从服务器上检索图像，以收集与永久冻土地貌有关的信息。

地质学助理教授Joanmarie Del Vecchio是一位地貌学家，专门研究永久冻土景观的地表过程。Del Vecchio和她实验室的学生除了使用传统的野外方法外，还使用遥感数据来研究北极永久冻土中的水流。

“我研究景观背后的物理学以及它如何应对气候变化，”Del Vecchio说。“这在永久冻土中尤其棘手。除了重力和水流之外，地球上很少有其他景观与温度如此紧密地联系在一起。

Del Vecchio对河流和溪流等明确定义的渠道与更难定义的水道流道之间的关系特别感兴趣，水道是由土壤表面下的水流形成的土壤水分增加的线性延伸。通过水路输送水的丘陵和山谷使土壤变得光滑和扩散，封存碳，而溪流和河流则穿过土壤，释放碳。

“通过弄清楚决定谁赢得将沉积物扩散和再次雕刻之间的拉锯战的过程和物理学，我们可以推断出在这些情况下碳会发生什么，”Del Vecchio说。

为了更好地了解这些过程，可靠的数据收集方法是关键。

“在过去的10年或20年里，地貌学一直是关于谁能在最陡峭的山上徒步走得最远，收集最偏远的样本，”Del Vecchio说。“在北极，你不能这样做。它太大了。它太广阔了。除非你有数百万美元，否则你必须弄清楚如何从太空中观察并做出推断或测量，而无需在现场。

因此，遥感数据现在在她的实验室中发挥着关键作用，让学生有机会学习如何使用大型数据集并利用这些信息做出有意义的发现。

“只要有一点编码知识和互联网连接，就可以进行非常有趣的研究，尤其是北极数据，”Del Vecchio说。“有大量的遥感数据可用，现在时机已经成熟。这改变了游戏规则。我们现在拥有以前从未有过的地方的地形数据。

Del Vecchio还指出，基于计算机的地质研究为那些可能无法徒步穿越崎岖地形的人创造了在野外收集数据的机会。

“我认为这是一股伟大的平等、民主化的力量，”她说。

轰轰烈烈的开局

Del Vecchio今年加入了地质系，学生们从一月份开始在她的实验室工作。

“这是全新的、有趣的数据，”Del Vecchio说。“据我所知，没有人走出去，对北极进行科学采样，以寻找水迹并记录其位置的任何趋势。学生们已经在用我们收集的有趣数据制作地图了。

Joanmarie Del Vecchio（琼玛丽·德尔维奇奥酒店）

在学期的前两周，她的研究生学会了如何可视化和解释大型数据集。然后，他们仔细检查了来自北极各地的图像，以找到水迹。

在八周内，学生们已经收集并解释了足够的数据，以做出新的发现，包括特定地点内水道的密度模式以及坡度如何影响水道密度。

“这是全新的、有趣的数据，”Del Vecchio说。“据我所知，没有人走出去，对北极进行科学采样，以寻找水迹并记录其位置的任何趋势。学生们已经在用我们收集的有趣数据制作地图了。

26岁的Aayla Kastning喜欢用电脑探索北极，并为对这些景观的科学理解做出贡献。

“我们对水道仍然知之甚少，成为推动这些界限的团队的一员非常令人兴奋，”Kastning 说。“我惊讶于我可以通过威廉斯堡的计算机访问和分析广泛的全球数据，所有这些都只需代码。由于北极和其他永久冻土景观是受气候变化影响最严重的地区之一，因此了解其环境如何应对非常重要。

Del Vecchio的实验室也提供了进行更传统研究的机会。一名学生正在测量DelVecchio在北极收集的苔原样本中各种根的大小，分布和强度。

“我们在实验室里有一个虎钳和一个弹簧秤设置，”Del Vecchio说。“你把一根根去，拉扯它直到它断裂，然后测量根部折断所需的力。”

Del Vecchio解释说，利用这些信息，可以确定根的大小与其强度之间的关系。计算样品中所有根系的综合强度可用于预测土壤稳定性、边坡破坏发生的频率以及它们如何影响碳储存。

Del Vecchio还在为她的研究生制定实地体验的后勤工作，包括在宾夕法尼亚州中部的一个项目。

大约 15,000 年前，阿巴拉契亚的部分地区是永久冻土，包括 Del Vecchio 在宾夕法尼亚州的研究地点。她解释说，从已经融化的景观中学习，可以帮助预测北极永久冻土变暖时会发生什么。

此外，Del Vecchio还安排了一次访问阿拉斯加北坡生态研究站的旅行。如果它非常适合暑期学生研究，学生最早可能在 2025 年夏天在那里从事项目。

Del Vecchio还为其他地质学专业的学生提供了学习她在实验室中使用的基于计算机的技术的机会。2024年秋季，她将教授一门新课程，计算机与地质学。

“这门课的目标是向学生展示他们如何快速收集遥感数据和政府时间序列，并对其进行处理以创建可视化和统计模型，”Del Vecchio说。“这非常有力量。如果学生具备这些技能，他们就可以开辟自己的道路并掌握自己的研究。我告诉他们，无论他们想做什么，只要让他们兴奋，他们都可以做到。

传播财富

在亲身体验了远程数据使用的广泛好处后，Del Vecchio 希望帮助其他机构的教师将计算机技术融入他们的课堂。

上周，她为全国地球科学教师协会主持了一次网络研讨会。来自两年制、四年制和政府机构的近50名教师参加了培训。许多人几乎没有使用遥感数据的经验。与会者希望为他们的学生提供编码，但不确定从哪里开始，因此 Del Vecchio 提供了指导，并为启动他们自己的基于计算机的课程提供了建议。

Del Vecchio的实验室还与阿巴拉契亚州立大学的地质学实验室合作，该实验室也进行了类似的研究。这些小组分享结果并讨论新研究方向的可能性。

随着新产品和新仪器的推出，Del Vecchio 的计划是将它们整合到工作流程中。她解释说，她的实验室并不专注于特定的产品或单一的数据来源。结合新的和不同的数据集可以进一步提高她实验室的研究效率和范围，提供有关北极碳封存的宝贵信息。

“我们对北极的碳将会发生什么知之甚少，”Del Vecchio说。“事实上，我们正在对这些景观中发生的事情进行初步观察，这是重要的第一步。

 编者按：水和数据是W&M战略计划“2026年愿景”中的四项基石举措中的两项。

劳拉·格罗夫（Laura Grove ），研究作家