荷兰Midden-Delfland地区泥炭地沉降动态研究：基于时间序列InSAR分析与SPAMS模型

《Geoderma》：Peat subsidence and dynamics in Midden-Delfland, the Netherlands, from time series InSAR analysis and the SPAMS model

本研究针对荷兰Midden-Delfland地区泥炭地沉降问题，采用Sentinel-1卫星数据结合SPAMS模型，通过时间序列InSAR分析揭示了地表位移的时空变化规律。研究发现该区域平均沉降速率为-5.4±0.7 mm/年，并发现不可逆沉降与气候条件密切相关，特别是在2018和2022年干旱期间沉降最为显著。该研究为泥炭地高程监测、水资源管理和减缓泥炭地退化提供了重要工具。

　　

在荷兰低洼的沿海地区，一片片绿意盎然的牧场下隐藏着一个持续下沉的秘密——泥炭地沉降。这片由地质历史时期形成的湿地，经过人类数百年的开垦和排水改造，已成为重要的农业和居住区。然而，当泥炭土壤与空气接触时，就会引发一系列复杂的变化：土壤固结、收缩、氧化，不仅导致地面沉降，还释放出大量的二氧化碳。

这种"悄悄的下沉"给荷兰这个低地国家带来了严峻挑战。传统的监测方法如水准测量和伸缩仪虽然精确，但成本高昂、覆盖范围有限，难以实现大范围、高频次的监测。更重要的是，泥炭土壤的动态特性使得常规的合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术面临信号失相干等难题，导致监测精度大打折扣。

面对这些挑战，代尔夫特理工大学的研究团队开展了一项创新性研究。他们利用2016年至2024年的Sentinel-1卫星数据，结合新开发的SPAMS（土壤运动简单参数化）模型，对Midden-Delfland区域的1127个地块进行了精细化的地表位移监测。这项研究最近发表在《Geoderma》期刊上，为理解泥炭地沉降机制提供了新的视角。

研究方法主要包括利用多轨道Sentinel-1 SAR数据进行时间序列分析，采用分布式散射体（DS）处理方法，并结合SPAMS模型区分可逆与不可逆沉降分量。研究还整合了土壤类型、地下岩性、水位管理和气象数据等多元信息，通过参数化方法估计降水（x_P）、蒸散（x_E）和沉降速率（x_I）等关键参数。

研究区域特征

Midden-Delfland地区面积约160平方公里，高程在-6.4至+3米之间波动。该区域以草场为主，用于乳制品 farming，地块间由沟渠网络分隔。土壤以泥炭和粘土为主，泥炭厚度在1-3米之间。研究区包含两种主要的地下水管理等级，控制着最高和最低地下水位。

地表位移时间序列分析

通过对三个典型站点的深入分析，研究发现地表位移呈现明显的季节性波动：冬季因降水过剩出现抬升，夏季因水分亏缺而发生沉降。2018年和2022年的极端干旱事件导致沉降峰值达到50-70毫米。不同地块的沉降行为受到土壤分层结构的显著影响，特别是表层是否有粘土覆盖层至关重要。

线性沉降速率空间分布

整个研究区的平均沉降速率为-5.4±0.7毫米/年，空间分布范围在-2.3至-8.2毫米/年之间。这些速率与荷兰其他泥炭地区以及瑞典、英国等国的观测结果具有可比性，表明研究方法的可靠性和结果的普遍适用性。

SPAMS参数与估计质量

SPAMS模型参数显示出明显的空间变异性：x_P为0.060-0.132，x_E为0.093-0.294，x_I为-0.031至-0.0234毫米/天。研究发现不可逆沉降与气候条件密切相关，年均不可逆沉降与标准化降水蒸散指数（SPEI）的相关系数达0.79。特别是在干旱年份，不可逆沉降贡献显著增加。

研究意义与启示

该研究不仅证实了SPAMS模型在无地面真值区域的有效性，还揭示了土壤分层结构对沉降行为的关键影响。缺乏粘土覆盖层的泥炭地块表现出更高的蒸散敏感性和沉降速率，这为针对性的水资源管理提供了科学依据。研究强调，在干旱期间保持土壤含水量是减缓泥炭地沉降的关键措施。

这项研究的创新之处在于将InSAR观测与物理机制模型相结合，实现了从单纯位移监测向参数化预测的转变。通过量化气候条件与沉降过程的关系，为预测未来气候变化情景下的泥炭地行为提供了有力工具。对于荷兰及其他低地国家而言，这些成果对制定适应海平面上升和气候变化的长期策略具有重要参考价值。

然而，研究也指出了一些局限性，如气象数据的空间代表性不足，以及排水系统人为调控的影响尚未充分考虑。未来的研究可以进一步细化模型，纳入更多局部环境因素，提高预测精度。总体而言，这项工作为理解和管理泥炭地系统这一复杂的人地关系提供了新的思路和方法。