Rekonstrukcja brakujących danych temperatury gruntu w Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie (SW Spitsbergen) w latach 1990-2013

Leszkiewicz, J.; Caputa, Z.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Rekonstrukcja brakujących danych temperatury gruntu w Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie (SW Spitsbergen) w latach 1990-2013

Autorzy

Leszkiewicz J. , Caputa Z.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Reconstruction of the missing data of the ground temperature in the Polish Polar Station in Hornsund (SW Spitsbergen) in the period of 1990-2013

Języki publikacji

Abstrakty

Temperatura gruntu jest ważnym wskaźnikiem stanu wieloletniej zmarzliny oraz warstwy czynnej szczególnie w okresie współczesnego ocieplenia klimatu. Oddziałuje na zjawiska geomorfologiczne, hydrologiczne i inne, które zachodzą głównie w warstwie czynnej, natomiast całkowite zamarznięcie gruntu wyraźnie hamuje ich przebieg. Stąd też duże zainteresowanie danymi temperatury gruntu. Jednak historyczne dane często cechują się brakami pomiarowymi lub krótkimi seriami a nawet błędami. Dlatego dająca pozytywne wyniki, metoda rekonstrukcji danych temperatury gruntu na różnych głębokościach może ułatwić badania nad termiką gruntu. Metoda warunków meteorologicznych poprzedzających (MWMP) pozwala z wysoką wiarygodnością statystyczną odtworzyć brakujące serie danych na podstawie temperatury powietrza lub innych. Użyteczność metody przedstawiono na podstawie brakujących pomiarów temperatury gruntu na Polskiej Stacji Polarnej. Stwierdzono wysoką korelację (r>0,9) oraz istotność statystyczną dla relacji temperatura powietrza poprzedzająca – temperatura gruntu. Długość czasu reakcji (połowa czasu poprzedzającego) wyniosła: 1-4 dni dla przypowierzchniowej temperatury gruntu (głębokości 5, 10 i 20 cm) oraz 8-26,5 dni dla temperatury gruntu z głębokości 100 cm. Analiza długich serii czasowych pozwoliła na określenie tendencji współczesnego ocieplenia gruntu, np. zanik temperatury gruntu -10°C na głębokości 100 cm od roku 2005.

The ground temperature is an important indicator of the state of permafrost and the active layer, especially during the contemporary warming. It affects geomorphological, hydrological and other phenomena, which occur mainly in the active layer, whereas the total freezing of the ground effectively inhibits their course. Hence the great interest in the ground temperature data. However, the historical data is often characterized by the lack of measurements or short series, or even errors. Therefore, adopting an effective method for the reconstruction of the data of the ground temperature at different depths can facilitate research on the ground temperature. The method of preceding weather conditions allows reconstruction of the missing statistical data series based on the air temperature or other factors with great efficiency. The effectiveness of the method is illustrated by the example of the missing ground temperature measurements at the Polish Polar Station. A high correlation (r >0.9) and statistical significance of the relationship between the preceding air temperature and the temperature of the ground. The length of the response time (half of the preceding time) was: 1-4 days for the subsurface ground temperature (a depth of 5, 10 and 20cm) and 8-26.5 days for the ground temperature at a depth of 100cm. The analysis of long time series allowed detecting the trends of the modern warming of the ground, for example the disappearance of the ground temperature of -10°C at a depth of 100cm since 2005.

Słowa kluczowe

temperatura gruntu Spitsbergen metoda statystyczna rekonstrukcja brakujących danych

ground temperature Spitsbergen statistical method reconstruction of missing data

Wydawca

Stowarzyszenie Klimatologów Polskich

Czasopismo

Problemy Klimatologii Polarnej

Rocznik

2015

Tom

Nr 25

Strony

201--210

Opis fizyczny

Bibliogr. 48 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Leszkiewicz J.

jan.leszkiewicz@us.edu.pl

Wydział Nauk o Ziemi, Uniwersytet Śląski, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

autor

Caputa Z.

zbigniew.caputa@us.edu.pl

Wydział Nauk o Ziemi, Uniwersytet Śląski, ul. Będzińska 60, 41-200 Sosnowiec

Bibliografia

1. Aalto J., Roux P.C., Luoto M., 2014. The meso-scale drivers of temperature extremes in high-latitude Fennoscandia. Climate Dynamics, 42: 237-252.
2. Angiel M., 1994. Heat flux in selected polar soils in spring and summer (Hornsund, Spitsbergen). Polish Polar Research 15(1-2): 51-70.
3. Araźny A., Migała K., Sikora S., Budzik T., 2010. Meteorological and biometeorological conditions in the Hornsund area (Spitsbergen) during the warm season. Polish Polar Research 31(3): 217-238.
4. Baranowski S., 1968. Termika tundry peryglacjalnej, SW Spitsbergen. Studia Geograficzne 10, Acta Universitatis Wratislaviensis 68: 77 s.
5. Bailey W.G., Oke T.R., Rouse W.R., 1997. The Surface Climates of Canada. McGill-Queen’s University Press, Montreal Kingston, London, Buffalo: 369 s.
6. Burke E.J., Hartley I.P., Jones C.D., 2012. Uncertainties in the global temperature change caused by carbon release from permafrost thawing. The Cryosphere, 6: 1063-1076.
7. Caputa Z., Głowacki, P., 1998. Shortwave solar radiation at Hornsund (South Spitsbergen) in the 1989-1994 period. [w:] J. Bednarek, Z. Caputa (red.): Materiały Konferencyjne, XXV Międzynarodowe Sympozjum Polarne. Komitet Badań polarnych PAN, Warszawa: 21.
8. Caputa Z., Głowacki P., 2002. Pomiary termiki gruntu oraz promieniowania słonecznego w latach 1989-1995 Hornsund, SW Spitsbergen. Problemy Klimatologii Polarnej, 8: 111-123.
9. Czeppe Z., 1966. Przebieg głównych procesów morfogenetycznych w południowo−zachodnim Spitsbergenie. Zeszyty Naukowe UJ, Prace Geograficzne, 13: 331-340.
10. Dobiński W., Grabiec M., Gądek B., 2011. Spatial relationship in interaction between glacier and permafrost In different mountainous environments of high and mid−latitudes, based on GPR research. Geological Quarterly, 55(4): 15-27.
11. Dolnicki P., 2010. Changes of thermic of the ground in Hornsund (SW Spitsbergen) in the period 1990-2009. Problemy Klimatologii Polarnej, 20: 121-127.
12. Dolnicki P., Grabiec M., Puczko D., Gawor Ł., Budzik T., Klementowski J., 2013. Variability of temperature and thickness of permafrost active layer at coastal sites of Svalbard. Polish Polar Research, 31(3): 217-238.
13. Etzelmüller B., Schuler T.V., Isaksen K., Christiansen H.H., Farbrot H., Benestad R., 2011, Modeling the temperature evolution of Svalbard permafrost during the 20th and 21st century, The Cryosphere, 5: 67-79.
14. Gądek B., Leszkiewicz J., 2007. Alpine snow cover influence on ground surface temperature in the zone of sporadic permafrost occurrence, Tatra Mts., Poland/Slovakia. International Symposium on Snow Science. International Glaciological Society 37, Moscow.
15. Gądek B., Leszkiewicz J.. 2009. Influence of snow cover on ground surface temperature in the zone of sporadic permafrost, Tatra Mountains, Poland and Slovakia. Cold Regions Science and Technology, 60: 205-211.
16. Gądek B., Leszkiewicz J., 2012. Impact of climate warming on the ground surface temperature in the sporadic permafrost zone of the Tatra Mountains, Poland and Slovakia. Cold Regions Science and Technology, 79-80: 75-83.
17. Głowacki P., 2007. Rola procesów fizyczno-chemicznych w kształtowaniu struktury wewnętrznej i obiegu masy lodowców Spitsbergenu. Publications of the Institute of Geophysics, Polish Academy of Science, Warszawa, Monographic M 30 (400): 147 s.
18. Głowicki B., 1985. Heat exchange in the subsurface of soil layer in the Hornsund area (Spitsbergen). Polish Polar Research 6(3): 331-340.
19. Gisnås K., EtzelmüllerB., Farbrot H., Schuler T.V., Westermann S., 2013. CryoGRID 1.0: Permafrost Distribution in Norway estimated by a Spatial Numerical Model. Permafrost and Periglacial Processess, 24: 2-19.
20. Gisnås K., Westermann S., Schuler T.V., Litherland T., Isaksen K., Boike J., Etzelmüller B., 2014. A statistical approach to represent small-scale variability of permafrost temperatures due to snow cover. The Cryosphere, 8: 2063-2074.
21. Grześ M., 1984. Charakterystyka warstwy czynnej wieloletniej zmarzliny na Spitsbergenie. [w:] Stankowski W. (red.), XI Sympozjum Polarne. Poznań: 65-83.
22. Harris C., Arenson L.U., Christiansen H.H., Etzelmüller B., Frauenfelder R., Gruber S., Haeberli W., Hauck C., Hölzl, M., Humlum O., Isakse, K., Kääb A., Kern-Lütschg M.A., Lehning M., Matsuoka N., Murton J.B., Nötzli J., Phillips M., Ross N., Seppälä M., Springman S.M., Vonder Mühll D., 2009, Permafrost and climate in Europe: Monitoring and modelling thermal, geomorphological and geotechnical responses. Earth-Sci. Rev., 92: 117-171.
23. Haasa T., Kleinhansa M.G., Carbonneaub P.E., Rubensdotterc L., Haubere E., 2015. Surface morphology of fans in the high-Arctic periglacial environment of Svalbard: Controls and processes. Earth-Science Reviews 146: 163-182.
24. Hipp T., Etzelmüller B., Farbrot H., Schuler T.V., Westermann S., 2012. Modelling borehole temperatures in Southern Norway – insights into permafrost dynamics during the 20th and 21st century. The Cryosphere, 6: 553-571.
25. Kamiński A., Wach J., 1993. The ground temperature of permafrost active layer in the Fugleberget catchment basin (SW Spitsbergen) in the winter season 1985/1986. [w:] Repelewska-Pękalowa J., Pękala K. (eds), XX Polar Symposium, Man Impact on Polar Environment, Lublin: 361-367.
26. Kwaśniewska E., Pereyma J., 2004. Termiczne pory roku w Hornsundzie (SW Spitsbergen). Problemy Klimatologii Polarnej, 14, 157-169.
27. Leszkiewicz J., 1987. Charakterystyczne cechy zlewni polarnych oraz próba modelowania statystycznego topnienia śniegu i odpływu ablacyjnego w zachodniej części Spitsbergenu. Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego 920: 84 s.
28. Leszkiewicz J., Caputa Z., 2004. The thermal condition of the active layer in the permafrost at Hornsund, Spitsbergen. Polish Polar Research, 25(3-4): 223-239.
29. Leszkiewicz J., Różkowski J., 2000. Response of karstic-fissured springs to infiltration recharge in the area of Ojców National Park (Cracow Upland, Southern Poland). Kras i Speleologia, 10: 27-44.
30. Leszkiewicz J., Różkowski J., Tyc A., 1991. Dynamika wahań zwierciadła wód podziemnych poziomu górno jurajskiego i jej związek z opadami atmosferycznymi na przykładzie wybranych studni położonych na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej. (Wyniki wstępne). [w:] Przeobrażenia stosunków wodnych na obszarach silnej antropopresji. Uniwersytet Śląski, Sosnowiec: 17-25.
31. Leszkiewicz J., Różkowski J., Tyc A., 1993. Reakcja zwierciadła wód podziemnych poziomu górno jurajskiego w południowej części Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej na zasilanie roztopowe. Kras i Speleologia, 7(16): 43-56.
32. MacDougall A., Avis C., Weaver A., 2012. Significant contribution to climate warming from the permafrost carbon feedback. Nature Geoscience, 5: 719-721.
33. Marsz A.A., Styszyńska A. (red.), 2007. Klimat rejonu Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie – stan, zmiany i przyczyny. Wydawnictwo Akademii Morskiej, Gdynia: 376 s.
34. Marsz A., Styszyńska A. (eds.), 2013. Climate and Climate Change at Hornsund, Svalbard. Gdynia Maritime University, Gdynia: 402 s.
35. Marsz A.A., Pękala K., Repelewska-Pękalowa J., Styszyńska A., 2011. Zmienność maksymalnej miąższości czynnej warstwy zmarzliny w rejonie Bellsundu (w Spitsbergen) w okresie 1986–2009. Problemy Klimatologii Polarnej, 21: 133-154.
36. Miętus M., 1992. Statistical characteristics of soil temperature at the depth of 5 cm in thermal seasons, Hornsund, Spitsbergen. Polish Polar Research, 13(2): 103-112.
37. Miętus M., Filipiak J., 2001. Temperatura gruntu w rejonie Stacji Polarnej w Hornsundzie. Problemy Klimatologii Polarnej, 11: 67-80.
38. Migała K., 1990. Active layer of permafrost in the light of Hornsund climatic conditions, SW Spitsbergen. [w:] Spitsbergen Geographical Expeditions of M. Curie-Skłodowska University, Materials of Polar Session, Periglacial Phenomena of Western Spitsbergen, UMCS, Lublin: 215-226.
39. Migała K., 1991. Effect of the winter season and snow cover on the active layer of permafrost in the region of Hornsund (SW Spitsbergen). [In:] Repelewska-Pękalowa J., Pękala K. (eds.), Spitsbergen Geographical Expeditions, Polar Session, Arctic Environment Research, UMCS, Lublin: 241-256.
40. Migała K., Głowacki P., Klementowski J., 2004. Dynamika rozmarzania warstwy aktywnej zmarzliny w rejonie Hornsundu (SW Spitsbergen) i jej przyczyny. Polish Polar Studies, 30: 251-262.
41. Niedźwiedź T., 1992. Extreme surface temperature of Arctic tundra (SW Spitsbergen). [w:] Repelewska-Pękalowa J., Pękala K. (eds.), Spitsbergen Geographical Expeditions of M. Curie-Sklodowska University, UMCS. Lublin: 39-51.
42. Pereyma J., 1983. Climatological problems of the Hornsund area, Spitsbergen. Acta Universitatis Wratislaviensis 714: 131 s.
43. Przybylak R., 2007. Recent air-temperature changes in the Arctic. Annals of Glaciology, 46: 316-324.
44. Repelewska-Pękalowa J., Magierski J., 1989. Permafrost active layer: dynamics and chemical properties of waters, Calypsostranda, the summer−autumn season of 1988. [w:] Spitsbergen Geographical Expeditions of M. Curie−Skłodowska University, UMCS. Lublin: 79-84.
45. Riseborough D., Shiklomanov N., Etzelmüller B., Gruber S., Marchenko S., 2008. Recent Advances in Permafrost Modelling. Permafrost and Periglacial Processess, 19: 137–156.
46. Sikora S., Puczko D., Soroka J., Głowacki P., 2010. Nowa automatyczna stacja meteorologiczna w Polskiej Stacji Polarnej im. Stanisława Siedleckiego (Hornsund, Svalbard). Problemy Klimatologii Polarnej, 20: 187-196.
47. Tam A., Gough W.A., Xie Ch., 2015. An Assessment of Potential Permafrost along a North-South Transect in Canada under Projected Climate Warming Scenarios from 2011 to 2100. International Journal of Climate Change: Impacts and Responses, 6(2): 1-18.
48. Wijngaarden W.A., 2014. Arctic temperature trends from the early nineteenth century to the present. Theoretical and Applied Climatology, 122(3): 567-580, DOI 10.1007/s00704-014-1311-z

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-5c85f2d1-5489-4e1b-be2a-781602dbd71f