永久冻土数据变化的景观

作者:Nick Brown，新的科学传播者

随着永久冻土研究的升温，国家和地区地质调查正在挖掘旧数据，以帮助回答有关加拿大寒冷地区的新问题。

加拿大永久冻土数据的需求

永冻层随着地球气候变暖，至少两年低于0°C的地面正在发生变化。在加拿大北部，影响已经很明显:缓慢移动的山体滑坡威胁着高速公路，建筑物正在下沉而且崩溃,传统的食物来源受到威胁．西北地区永久冻土融化的年度成本估计是5100万美元．在育空地区，一条高速公路的额外维护费用估价20万美元每年。

为了预测和减轻这些变化及其影响，科学家们使用计算机模型来预测如何进行地面温度而且冰的内容下个世纪将会发生很大变化。

在一个模型中对永久冻土的准确描述需要对地面的详细描述:包括它储存或传导热量的能力，以及含水量如何随深度变化。还需要多年的地温观测评估和改进模型．

然而，这些数据并不总是可用的。

收集新的永久冻土数据

由于永久冻土发生在地下，有关永久冻土的数据收集困难且成本高昂。科学家们使用钻头提取地下的长岩芯，并记录地下的冰——有多少，是分散的、间歇性的，还是呈厚带状。

这些特征决定了永久冻土如何受到气候变化的影响和对气候变化的响应。

一旦他们钻了一个洞，科学家就会插入仪器，定期记录地面温度，有时每小时收集一次测量结果。

这正是永久冻土建模者所需要的信息。

然而，一旦这些数据被用于特定的实验，它们可能不会以其他研究人员容易访问的方式共享。事实上，它们可能根本不被共享。

挖掘档案

在怀特霍斯，育空地区地质调查局的地表地质学家潘亚·利波夫斯基一直致力于改变这一现状。她与来自育空政府和育空学院的同事一起工作为育空地区建立永久冻土数据库．

“最初我们只是成立了这个工作组，”她说，“我们只是头脑风暴，看看那里有什么，谁愿意分享他们所拥有的，并创建了一个类似于中央存储库的地方来转储所有原始数据。”

这个项目就是从那里发展起来的。

这项工作是加拿大全国范围内使历史永久冻土数据集更容易获得的趋势的一部分。这两个西北地区地质调查和加拿大地质调查局我们还在开发历史永久冻土数据的网络可访问数据库。

这些举措的最大限制之一是资源分配．尽管这些数据很重要，但通常情况下，政府预算和研究拨款都不会优先考虑它们。

组织和标准化历史数据也需要时间、精力和合适的人员。

利波夫斯基说:“工作量太大了。“但有些东西是有生命的，而且还在继续改进，这很有趣。”

从数据涓涓细流到数据洪流

对更好的数据共享的需求至少在一定程度上是由现在收集数据的相对容易引起的。

渥太华大学教授Antoni Lewkowicz自20世纪70年代末以来一直在收集永久冻土数据。在他职业生涯的早期，“他们会有一张纸，当它被针扎时，会留下一条线，这样你就会得到一张图表，”他说。“夏天结束的时候，你会小心翼翼地把所有这些图表放在托运行李里带回家。”

即使在1980年代初引入了数据记录仪(自动记录观测结果的小型计算机)之后，产生的数据量也不多，仍然存在严重的挑战。

“将这些信息转化为结果仍然不容易，”Lewkowicz说。“这样做仍然需要大量的手工工作。我知道这一点，因为我们不相信任何东西。我们会实地考察，写下CR 21上的所有数字[早期的数据记录者之一因为如果出了问题，所有的钱都没了怎么办?”

然而，现在正在创建的数据量是巨大的。仅西北地区数据库就包含了从1994年至今的2200多万地温观测数据和15,000多个钻孔的描述。

不断变化的数据共享文化和实践

Lewkowicz说，从历史上看，如果研究人员共享数据，那是通过与其他可能感兴趣的研究人员的个人接触。

“他们在另一个岛上工作，而你在这个岛上工作，”他说。“也许你们有话可以对彼此说。”

他还说，即使在当时，共享数据“几乎是不可能的，因为人们使用的是独特的技术。因此，你设计了一种技术来收集测量数据——为特定项目收集数据——这些数据有望回答你所问的问题。但这并不意味着它们对其他人有任何用处。”

研究文化和实践已经转变为包括数据共享和发表。的Tri-Council加拿大主要的研究资助机构之一，强烈建议公开研究数据在公共领域——即不通过专有知识产权限制数据的使用。已经确立了指导原则，描述了科学数据应该如何共享。这些原则被称为FAIR原则，它们建议数据是可发现、可访问、可互操作和可重用．

第三个原则，互操作性，描述了来自不同来源的多个数据集可以轻松组合。这可以通过使用一致的术语和不需要专有软件的文件格式，并提供数据如何收集的详细描述来实现。在处理如此多的数据源时，即使是很小的差异也会妨碍数据集集成。

最近推动发布和共享数据集的原因是对永久冻土数据的需求增加，数据量越来越多。它正在改变加拿大永久冻土数据和研究的格局。

向气候建模人员提供历史和当前的永久冻土数据集，对于帮助加拿大北部社区预测和适应未来几十年面临的变化至关重要。

专题图片:育空地区道森市的历史建筑，永久冻土的变化已经开始破坏基础设施。图片来源:Bo Mertz, CC BY-SA

尼克·布朗(Nick Brown)是一名数据科学家NSERC PermafrostNet在那里，他开发了支持永久冻土模拟和数据处理的工具，并推动了永久冻土数据标准的采用。他写这篇文章是北方科学2022年冬季Pitch & Polish的一部分，这是一个导师计划，将学生和研究人员与我们经验丰富的编辑之一配对，以产生一篇精美的科学写作。

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