Sentinel-1-Based Soil Freeze–Thaw Detection in Agro-Forested Areas: A Case Study in Southern Québec, Canada
Notice bibliographique
Résumé
Nearly 50 million km2 of global land experiences seasonal transitions from predominantly frozen to thawed conditions, significantly impacting various ecosystems and hydrologic processes. In this study, we assessed the capability to retrieve surface freeze–thaw (FT) conditions using Sentinel-1 synthetic aperture radar (SAR) data time series at two agro-forested study sites, St-Marthe and St-Maurice, in southern Québec, Canada. In total, 18 plots were instrumented to monitor soil temperature and derive soil freezing probabilities at 2 and 10 cm depths during 2020–21 and 2021–22. Three change detection algorithms were tested: backscatter differences (∆σ) derived from thawed reference (Delta), the freeze–thaw index (FTI), and a newly developed exponential freeze–thaw algorithm (EFTA). Various probabilistic mixed models were compared to identify the model and predictor variables that best predicted soil freezing probability. VH polarization backscatter signals processed with the EFTA and used as predictors in a logistic model led to improved predictions of soil freezing probability at 2 cm (Pseudo-R2 = 0.54) compared to other approaches. The EFTA could effectively address the limitations of the Delta algorithm caused by backscatter fluctuations in the shoulder seasons, resulting in more precise estimates of FT events. Furthermore, the inclusion of crop types as plot-level effects within the probabilistic model also slightly improved the soil freezing probability prediction at each monitored plot, with marginal and conditional R2 values of 0.59 and 0.61, respectively. The model accurately classified observed binary ‘frozen’ or ‘thawed’ states with 85.2% accuracy. Strong cross-level interactions were also observed between crop types and the EFTA derived from VH backscatter, indicating that crop type modulated the backscatter response to soil freezing. This study represents the first application of the EFTA and a probabilistic approach to detect frozen soil conditions in agro-forested areas in southern Quebec, Canada.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».