Spatial Data: Science, Research and Technology Spatial Data: Science, Research and Technology Пространственные данные: наука и технологии 2782-6678 6a9c162f32807fdbab8723f0 10.30533/scidata-2025-16-03 Геоэкология Geoecology Геоэкология Interseasonal Variations in Soil Temperature and Moisture in 2024 at the Kentor Minipolygon Test Site (Northern Tien Shan) Based on Remote Sensing Data Межсезонные колебания температуры и влажности почвы в 2024 году на мини-полигоне Кентор (Северный Тянь-Шань) по данным дистанционного зондирования Земли https://orcid.org/0000-0003-0725-8023 Непеина Ксения Сергеевна Nepeina Kseniia Sergeevna nepeina.k@mail.ru

кандидат геолого-минералогических наук;

candidate of geological and mineralogical sciences;

 ФГБУН Научная станция РАН в г. Бишкеке Бишкек Киргизия FSBIS Reseacrh Station RAS in Bishkek Bishkek Kyrgyzstan 27 06 2025 27 06 2025 16 1 77 92 11 06 2025 23 06 2025 © 2025 Непеина К.С. © 2025 Nepeina K.S. 2025 Непеина Ксения Сергеевна Nepeina Kseniia Sergeevna https://vre.unitech-mo.ru/en/nauka/publications/6a9c162f32807fdbab8723f0/view

В работе исследуются возможности дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для восстановления почвенных метеорологических условий при проведении магнитотеллурического мониторинга мини-полигона Кентор (Иссык-Атинский район, Чуйская область, Кыргызстан), где регулярные измерения проводятся с 2014 г., и связь с межсессионными вариациями влажности и температуры. С помощью спектрального анализа данных ДЗЗ определены характеристики поверхностного слоя Земли в одном из центральных пунктов магнитотеллурического зондирования. Для изучения параметров земной поверхности выбран период наблюдений с марта до октября 2024 г. На примере календарного интервала (март–октябрь 2024 г.) выявлены различия метеорологических условий весной и осенью: в мае наблюдалась более влажная погода, тогда как к сентябрю повышалась температура поверхности и уменьшалась влажность почвы. Построены графики изменения параметра влажности (англ. Normalized Difference Moisture Index, NDMI) по данным спутника Sentinel‑2 и температурных колебаний по данным спутника Landsat-9 (Thermal InfraRed Sensor) за полугодовой период при условии 50%-ной облачности. Сделан вывод о разных состояниях почвенного слоя в межсезонье. Сопоставление данных NDMI и тепловых измерений подтвердило сезонные вариации, влияющие на достоверность интерпретации электромагнитных параметров. Показано, что использование ДЗЗ является перспективным инструментом для восстановления метеоусловий и учета сезонных фак‑ торов при расчетах электрического сопротивления почв, что повышает точность геофизического мониторинга и проектирования заземляющих устройств.

The paper examines the capabilities of Remote Sensing of Environment (RSE) to reconstruct soil meteorological conditions during magnetotelluric monitoring of the Kentor minipolygon test site (Issyk -Ata district, Chu region, Kyrgyzstan), where regular measurements have been carried out since 2014, and its relationship with intersessional variations in moisture and temperature. Using spectral analysis of RSE data, the characteristics of the surface layer were determined at one of the central points of magnetotelluric sounding. On the example of a calendar interval (March–October 2024), differences in meteorological conditions in spring and autumn were revealed: humid weather was observed in May, while by September the surface temperature increased and soil moisture decreased. The graphs of changes in the Normalized Difference Moisture Index (NDMI) were constructed based on Sentinel-2 satellite data and temperature fluctuations based on Landsat-9 Thermal InfraRed Sensor (TIRS) satellite data for a sixmonth period under 50% cloudiness. This comparison confirms seasonal variations affecting the reliability of the interpretation of electromagnetic parameters. It was shown that the RSE application is a promising tool for restoring meteorological conditions and taking into account seasonal factors when calculating the electrical resistivity of soils, which increases the accuracy of geophysical monitoring and design of grounding devices.

 температура почвы сезонные вариации электросопротивление влажность TIRS Sentinel Landsat temperature soils seasonal variations electrical resistivity moisture TIRS Sentinel Landsat Работа подготовлена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания Научной стации Российской академии наук в г. Бишкеке (№ 1021052806445-4-1.5.1).

Смагин А.В. Термодинамическая концепция физического качества почв // Почвоведение. 2021. Т. 55. № 9. С. 1033–1050. DOI:10.31857/S0032180X21090094. https://doi.org/10.31857/S0032180X21090094 Smagin A.V. Termodinamicheskaya koncepciya fizicheskogo kachestva pochv // Pochvovedenie. 2021. T. 55. № 9. S. 1033–1050. DOI:10.31857/S0032180X21090094. https://doi.org/10.31857/S0032180X21090094 Ivanova I. Soil moisture forecasting from sensors-based soil moisture, weather and irrigation observations: A systematic review // Smart Agricultural Technology. 2025. Vol. 10. 100692. DOI:10.1016/j.atech.2024.100692. https://doi.org/10.1016/j.atech.2024.100692 Ivanova I. Soil moisture forecasting from sensors-based soil moisture, weather and irrigation observations: A systematic review // Smart Agricultural Technology. 2025. Vol. 10. 100692. DOI:10.1016/j.atech.2024.100692. https://doi.org/10.1016/j.atech.2024.100692 Lin W., Yang B., Han B., et al. A review of subsurface electrical conductivity anomalies in magnetotelluric imaging // Sensors. 2023. Vol. 23. 1803. DOI:10.3390/s23041803. https://doi.org/10.3390/s23041803 Lin W., Yang B., Han B., et al. A review of subsurface electrical conductivity anomalies in magnetotelluric imaging // Sensors. 2023. Vol. 23. 1803. DOI:10.3390/s23041803. https://doi.org/10.3390/s23041803 Afa J.T., Anaele C.M. Seasonal Variation of Soil Resistivity and Soil Temperature in Bayelsa State // American Journal of Engineering and Applied Sciences. 2010. Vol. 3. No. 4. P. 704–709. DOI:10.3844/ajeassp.2010.704.709. https://doi.org/10.3844/ajeassp.2010.704.709 Afa J.T., Anaele C.M. Seasonal Variation of Soil Resistivity and Soil Temperature in Bayelsa State // American Journal of Engineering and Applied Sciences. 2010. Vol. 3. No. 4. P. 704–709. DOI:10.3844/ajeassp.2010.704.709. https://doi.org/10.3844/ajeassp.2010.704.709 Асанов А.К., Джолдошбеков Б.Ж., Джусупбекова Н.К. и др. Исследование влияния сопротивления грунта на сопротивление заземляющих устройств (на примере Нарынской области) // Проблемы автоматики и управления. 2022. Т. 2. № 44. С. 70–76. Asanov A.K., Dzholdoshbekov B.Zh., Dzhusupbekova N.K. i dr. Issledovanie vliyaniya soprotivleniya grunta na soprotivlenie zazemlyayuschih ustroystv (na primere Narynskoy oblasti) // Problemy avtomatiki i upravleniya. 2022. T. 2. № 44. S. 70–76. Дещеревский А.В., Модин И.Н., Сидорин А.Я. Сезонные вариации удельного электрического сопротивления в верхних слоях земной коры // Вопросы инженерной сейсмологии. 2018. Т. 45. № 3. С. 68–83. DOI:10.21455/VIS2018.3-6. https://doi.org/10.21455/VIS2018.3-6 Descherevskiy A.V., Modin I.N., Sidorin A.Ya. Sezonnye variacii udel'nogo elektricheskogo soprotivleniya v verhnih sloyah zemnoy kory // Voprosy inzhenernoy seysmologii. 2018. T. 45. № 3. S. 68–83. DOI:10.21455/VIS2018.3-6. https://doi.org/10.21455/VIS2018.3-6 Непеина К.С., Юнусов А.И., Валуйский А.Ю. Количественные оценки корреляции суточных вариаций кажущегося сопротивления верхней части разреза по данным комплекса «Скала-48» // Проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов: тезисы докладов IX Международного симпозиума, Бишкек, 24–29 июня 2024 г. Бишкек: Научная станция РАН в г. Бишкеке, 2024. С. 299. Nepeina K.S., Yunusov A.I., Valuyskiy A.Yu. Kolichestvennye ocenki korrelyacii sutochnyh variaciy kazhuschegosya soprotivleniya verhney chasti razreza po dannym kompleksa «Skala-48» // Problemy geodinamiki i geoekologii vnutrikontinental'nyh orogenov: tezisy dokladov IX Mezhdunarodnogo simpoziuma, Bishkek, 24–29 iyunya 2024 g. Bishkek: Nauchnaya stanciya RAN v g. Bishkeke, 2024. S. 299. Баталева Е.А., Рыбин А.К., Баталев В.Ю. Вариации кажущегося сопротивления горных пород как индикатор напряженно-деформированного состояния среды // Геофизические исследования. 2014. Т. 15. № 4. С. 54–63. Bataleva E.A., Rybin A.K., Batalev V.Yu. Variacii kazhuschegosya soprotivleniya gornyh porod kak indikator napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya sredy // Geofizicheskie issledovaniya. 2014. T. 15. № 4. S. 54–63. Рыбин А.К., Баталева Е.А., Баталев В.Ю. и др. Вариации электросопротивления земной коры по результатам магнитотеллурического мониторинга сейсмоактивных зон Тянь-Шаня // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. 2011. Т. 11. № 4. С. 29–40. Rybin A.K., Bataleva E.A., Batalev V.Yu. i dr. Variacii elektrosoprotivleniya zemnoy kory po rezul'tatam magnitotelluricheskogo monitoringa seysmoaktivnyh zon Tyan'-Shanya // Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo Slavyanskogo universiteta. 2011. T. 11. № 4. S. 29–40. Кириченко А.В., Кондрашкин Б.Е., Егоров Ю.В. и др. Изучение почвенно-грунтовой толщи с помощью новой технологии электроразведки // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2010. № 4. С. 36–40. Kirichenko A.V., Kondrashkin B.E., Egorov Yu.V. i dr. Izuchenie pochvenno-gruntovoy tolschi s pomosch'yu novoy tehnologii elektrorazvedki // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 17: Pochvovedenie. 2010. № 4. S. 36–40. Мучкинова Л.И. Метод оценки электрического потенциала влажных почвогрунтов // Вестник Учебно-методического объединения по образованию в области природообустройства и водопользования. 2014. № 6. С. 235–247. Muchkinova L.I. Metod ocenki elektricheskogo potenciala vlazhnyh pochvogruntov // Vestnik Uchebno-metodicheskogo ob'edineniya po obrazovaniyu v oblasti prirodoobustroystva i vodopol'zovaniya. 2014. № 6. S. 235–247. Abdulraheem M.I., Zhang W., Li S., et al. Advancement of Remote Sensing for soil measurements and applications: a comprehensive review // Sustainability. 2023. Vol. 15. No. 21. 15444. DOI:10.3390/su152115444. https://doi.org/10.3390/su152115444 Abdulraheem M.I., Zhang W., Li S., et al. Advancement of Remote Sensing for soil measurements and applications: a comprehensive review // Sustainability. 2023. Vol. 15. No. 21. 15444. DOI:10.3390/su152115444. https://doi.org/10.3390/su152115444 Рыбин А.К., Баталева Е.А., Матюков В.Е. Детализация геоэлектрической структуры зоны сочленения Чуйской впадины и Киргизского хребта (Миниполигон Кентор) // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. 2018. Т. 18. № 12. С. 134–140. Rybin A.K., Bataleva E.A., Matyukov V.E. Detalizaciya geoelektricheskoy struktury zony sochleneniya Chuyskoy vpadiny i Kirgizskogo hrebta (Minipoligon Kentor) // Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo Slavyanskogo universiteta. 2018. T. 18. № 12. S. 134–140. Рыбин А.К., Баталев В.Ю., Баталева Е.А. и др. Особенности применения методов магнитотеллурического и магнитовариационного зондирования в горах Тянь-Шаня // Наука и технологические разработки. 2023. Т. 102. № 2-3. С. 4–39. DOI:10.21455/std2023.2-3-1. https://portal.ifz.ru/ntr/soderzhanie/tom-102-nomer-2-3-2023/01 Rybin A.K., Batalev V.Yu., Bataleva E.A. i dr. Osobennosti primeneniya metodov magnitotelluricheskogo i magnitovariacionnogo zondirovaniya v gorah Tyan'-Shanya // Nauka i tehnologicheskie razrabotki. 2023. T. 102. № 2-3. S. 4–39. DOI:10.21455/std2023.2-3-1. https://portal.ifz.ru/ntr/soderzhanie/tom-102-nomer-2-3-2023/01 Matiukov VE, Bataleva EA. Analysis of synchronous magnetotelluric and magnetovariational regime observations for the Kentor mini test polygon // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 929. 012023. DOI:10.1088/1755-1315/929/1/012023. http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/929/1/012023 Matiukov VE, Bataleva EA. Analysis of synchronous magnetotelluric and magnetovariational regime observations for the Kentor mini test polygon // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 929. 012023. DOI:10.1088/1755-1315/929/1/012023. http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/929/1/012023 Матюков В.Е., Баталева Е.А. Анализ синхронных магнитотеллурических и магнитовариационных данных для миниполигона «Кентор» // Проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов: тезисы докладов VIII Международного симпозиума, Бишкек, 28 июня – 2 июля 2021 г. Бишкек: Научная станция Российской академии наук в г. Бишкеке, 2021. С. 231–233. Matyukov V.E., Bataleva E.A. Analiz sinhronnyh magnitotelluricheskih i magnitovariacionnyh dannyh dlya minipoligona «Kentor» // Problemy geodinamiki i geoekologii vnutrikontinental'nyh orogenov: tezisy dokladov VIII Mezhdunarodnogo simpoziuma, Bishkek, 28 iyunya – 2 iyulya 2021 g. Bishkek: Nauchnaya stanciya Rossiyskoy akademii nauk v g. Bishkeke, 2021. S. 231–233. Fisher J.B., Lee B., Purdy A.J., et al. ECOSTRESS: NASA’s Next Generation Mission to measure evapotranspiration from the International Space Station // Water Resources Research. 2020. Vol. 56. No. 4. e2019WR026058. DOI:10.1029/2019WR026058. https://doi.org/10.1029/2019WR026058 Fisher J.B., Lee B., Purdy A.J., et al. ECOSTRESS: NASA’s Next Generation Mission to measure evapotranspiration from the International Space Station // Water Resources Research. 2020. Vol. 56. No. 4. e2019WR026058. DOI:10.1029/2019WR026058. https://doi.org/10.1029/2019WR026058 Жантаев Ж.Ш., Ахмеджанов А.Х., Каипов И.В. Определение температурных полей земной поверхности по данным спутникового зондирования // Гидрометеорология и экология. 2010. № 2(57). C. 17–23. Zhantaev Zh.Sh., Ahmedzhanov A.H., Kaipov I.V. Opredelenie temperaturnyh poley zemnoy poverhnosti po dannym sputnikovogo zondirovaniya // Gidrometeorologiya i ekologiya. 2010. № 2(57). C. 17–23. Samouëlian A., Cousin I., Tabbagh A., et al. Electrical resistivity survey in soil science: a review // Soil and Tillage Research. 2005. Vol. 83. No. 2. P. 173–193. DOI:10.1016/j.still.2004.10.004. http://dx.doi.org/10.1016/j.still.2004.10.004 Samouëlian A., Cousin I., Tabbagh A., et al. Electrical resistivity survey in soil science: a review // Soil and Tillage Research. 2005. Vol. 83. No. 2. P. 173–193. DOI:10.1016/j.still.2004.10.004. http://dx.doi.org/10.1016/j.still.2004.10.004 Li Y., Song Y., Orozbaev R., et al. Moisture evolution in Central Asia since 26 ka: Insights from a Kyrgyz loess section, Western Tian Shan // Quaternary Science Reviews. 2020. Vol. 249. 106604. DOI:10.1016/j.quascirev.2020.106604. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106604 Li Y., Song Y., Orozbaev R., et al. Moisture evolution in Central Asia since 26 ka: Insights from a Kyrgyz loess section, Western Tian Shan // Quaternary Science Reviews. 2020. Vol. 249. 106604. DOI:10.1016/j.quascirev.2020.106604. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106604