Zmienność maksymalnej miąższości czynnej warstwy zmarzliny w rejonie Bellsundu (W Spitsbergen) w okresie 1986-2009

• Autorzy: Marsz A. A , Pękala K. , Repelewska-Pękalowa J. , Styszyńska A.

Warianty tytułu

EN

Changeability of maximal thickness of active permafrost layer in the Bellsund region (W Spitsbergen) in the period 1986-2009

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przebadano wpływ temperatury powietrza, cyrkulacji atmosferycznej i temperatury powierzchni morza na Prądzie Zachodniospitsbergeńskim na zmiany maksymalnej miąższości czynnej warstwy zmarzliny na Calypsostrandzie (Bellsund) w latach 1986-2009. Stwierdzono, że podstawowym czynnikiem klimatycznym, regulującym tą zmienność jest temperatura powietrza w Svalbard-Lufthavn, co pozwala na rekonstrukcję przebiegu zmian miąższości czynnej warstwy zmarzliny na Calypsostrandzie w okresie 1911-2009. W badanym okresie nie zachodzą istotne związki między miąższości czynnej warstwy zmarzliny a zmiennością wskaźników cyrkulacji hemisferycznej (AO) i regionalnej (NAO). Bardzo silny wpływ na miąższość czynnej warstwy zmarzliny na Calypsostrandzie wywierają zmiany temperatury powierzchni Morza Grenlandzkiego w rejonie przepływu ciepłego Prądu Zachodniosptsbergeńskiego.

EN

The measurements of thickness of the sling part of permafrost thawing in summer i.e. permafrost active layer were made on Spitsbergen in the Bellsund region in 1986-2009 within the polar expedition programs accomplished by Maria Curie Skłodowska University, Lublin. The investigations included the seaside plain Calypsostranda situated on the western side of Recherche Fiord in the forefield of the glaciers Scott and Renard (Fig. 1) constituting a complex of raised marine terraces formed during the glacioisostatic movements. Maximal thickness of active permafrost (CWCmax) was determined using the sounding method in 10 chosen points localized within the geocomplexes typical of tundra (Fig. 2). The average many years' maximal values of active layer thickness are presented in Table 1. The paper presents the results of studies on the effect of air temperature, atmospheric circulation and sea surface temperature on Western Spitsbergen Current on the variation of maximal thickness of active permafrost layer. As follows from the studies the interyear changes of maximal thickness of the active layer on Calypsostranda are relatively susceptible to the changes of air temperature which indicates prompt susceptibility to changes. The tendency towards the increase of ground thawing depth on Calypsostranda in 23 years under consideration is not stable and can change significantly depending on temperature. Though there is no doubt that during the last 4-5 years there have appeared signs of quickened increase of active layer thickness on Calypsostranda (Fig. 4), the conclusion about permanent degradation of permafrost seems to be risky at present. Of the climatic factors the essential one affecting the interannual changeability of maximal thickness of the active layer on Calypsostranda is air temperature in Svalbard-Lufthaven. The regression analysis showed (Equation 1) that the variance CWmax is explained best by the merged May and June temperatures (SVsumT_V-VI) and the average March temperature (SVT_III) (Fig. 5). Changeability of these both variables accounts for 83% variance CWCmax. Equation [1] allows to reconstruct the course of changes of maximal thickness of the active layer on Calypsostranda in 1911-2009 (Fig. 6). In the studied period distinct and essential connections between CWCmax on Calypsostranda and changeability of hemispheric circulation indices (AO) or regional (NAO) were not found. However, temperature changes of Greenlandic Sea surface in the region of warm Western Spitsbergen Current flow (Table 3) affect significantly on air temperature on Spitsbergen and as a result on active layer thickness on Calypsostranda. As the hitherto course of maritime processes indicates a gradual decrease in heat resources carried by Western Spitsbergen Current, one can deduce that air temperature in the region of Spitsbergen will drop in near future. That will probably lead to a decrease in thawing depth on Calypsostranda. Differentiation in active layer thickness is dependent on local factors such as configuration, aspect of slopes, vegetation cover as well as kind and extent of water mobility in covers as it was reported earlier.

Słowa kluczowe

PL

wieloletnia zmarzlina; warstwa czynna; temperatura powietrza; cyrkulacja atmosferyczna; temperatura powierzchni morza; Spitsbergen

EN

Spitsbergen; permafrost; active layer; air temperature; atmospheric circulation; sea surface temperature

• Wydawca: Stowarzyszenie Klimatologów Polskich
• Czasopismo: Problemy Klimatologii Polarnej
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 21
• Strony: 133--154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 66 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Marsz A. A

autor

Pękala K.

autor

Repelewska-Pękalowa J.

autor

Styszyńska A.

• Katedra Meteorologii i Oceanografii Nautycznej, Akademia Morska w Gdyni ul. Sędzickiego 19, 81-374 Gdynia,

Bibliografia

• 1. Anisimov O., Fitzharris B., Hagen J.O., Jeffries R., Marchant H., Nelson F.E., Prowse T., Vaughan D.G., 2001. Polar Regions (Arctic and Antarctic). [w:] Climate Change: Impacts, Adaptation and Vulnerability, the Contribution of Work-Assessment Review. Cambridge, U.K.Cambridge University Press: 810–841.
• 2. Anisimov O.A., Vaughan D.G., Callaghan T.V., Furgal C., Marchant H., Prowse T.D., Vilhjálmsson H., Walsh J.E., 2007. Polar regions (Arctic and Antarctic). [w:] Parry M.L., Canziani O.F., Palutikof J.P., van der Linden P.J., Hanson C.E. (red.), Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change,. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York; 653–685.
• 3. Bartoszewski S., 1998. Reżim odpływu rzek Ziemi Wedel-Jarlsberga, Spitsbergen. Wydawnictwo Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie: 167 s.
• 4. Bartoszewski S., Gluza A., Siwek K., 2006. Wybrane problemy kształtowania się warunków meteorologicznych i hydrologicznych NW części Ziemi Wedela Jarlsberga (Spitsbergen). [w:] Stan i zmiany środowiska przyrod-niczego północno-zachodniej części Ziemi Weddella Jarlsberga (Spitsbergen) w warunkach zmian klimatu i antropopresji, Lublin: 53–60.
• 5. Birkenmajer K., 2006. Character of basal intraformational unconformities in the Calypsostranda Group (late Palaeogene), Bellsund, Spitsbergen. Polish Polar Research, 27 (2): 107–118.
• 6. Brown J., Hinkel K.M., Nelson F.E., 2000. The Circumpolar active layer monitoring (CALM) Program: Research designs and initial results. Polar Geography 24 (3): 165–258.
• 7. Christiansen H.H., Ǻkerman J.H., Repelewska-Pekalowa J., 2003. Active layer dynamics in Greenland, Svalbard and Sweden. 8thInternational Conference on Permafrost, Extended Abstracts, Report Current Research and New Information. Zurich: 19–20.
• 8. Christiansen H.H., Humlum O., 2008. Interannual variations in active layer thickness in Svalbard. [w:] Proceedings Ninth International Conference on Permafrost, University of Alaska Fairbanks, 29 June–3 July, 2008. Vol. 1, Kane DL, Hinkel KM (eds). Institute of Northern Engineering, University of Alaska: Fairbanks: 257–262.
• 9. Dallman W., Hjelle A., Ohta Y., Salvigsen O., Bjornerud M., Hauser E.C., Maher H.D., Craddock C., 1990. Geological Map of Svalbard 1:100 000, Sheet B 11G, Van Keulenfjorden, Norskpolarinstitutt, Oslo, Temakart 15.
• 10. Dickson R.R., Osborn T.J., Hurrell J.W., Meincke J., Blindheim J., Adlandsvik B., Vinje T., Alekseev G., Maslowski W., 2000. The Arctic Ocean Response to the North Atlantic Oscillation. Journal of Climate, 13 (15): 2671–2696.
• 11. Etzelmüller B., Hagen J.O., 2005. Glacier-permafrost interaction in Arctic and alpine mountain environments with examples from southern Norway and Svalbard. [w:] Harris C., Murton J.M. (red.), Cryospheric Systems: Glaciers and Permafrost. Geological Society of London Special Publication, vol. 242; 11–28.
• 12. Etzelmüller B., Schuler T.V., Isaksen K., Christiansen H.H., Farbrot H., Benestad R., 2011. Modeling the tempe-rature evolution of Svalbard permafrost during the 20th and 21st century. The Cryosphere 5: 67–79.
• 13. Flood B., Nagy J., Winsnes T.S., 1971. Geological Map of Svalbard 1:500 000, Sheet 1G, Spitsbergen southern part, Norskpolarinstitutt, Oslo.
• 14. Gluza A., Repelewska-Pękalowa J., Dąbrowski K., 1988. Thermic of permafrost active layer – Spitsbergen. Proceedings of the 5th International Conference on Permafrost, Trondheim 1: 754–758.
• 15. Grześ M., 1984. Charakterystyka warstwy czynnej wieloletniej zmarzliny na Spitsbergenie. [w:] Materiały XI Sym-pozjum Polarnego, UAM, Poznań: 65–83.
• 16. Grześ M., 1985. Warstwa czynna wieloletniej zmarzliny na zachodnich wybrzeżach Spitsbergenu. Przegląd Geo-graficzny, 57 (4): 671–691.
• 17. Haldorsen S., Heima M., Dale B., , Landvik J.Y., Martine van der Ploeg M., Leijnse A., Salvigsen O., Hagen J.O., Banks D., 2010. Sensitivity to long-term climate change of subpermafrost groundwater systems in Svalbard. Quaternary Research 73: 393–402.
• 18. Harris C., Arenson L.U., Christiansen H.H., Etzelmüller B., Frauenfelder R., Gruber S., Haeberli W., Hauck C., Hölzle M., Humlum O., Isaksen K., Kääb A., Kern-Lütschg M.A, Lehning M.A., Matsuoka M., Murton N., Nötzli J.B., Phillips J., Ross M., Seppälä N., Springman M., Vonder S.M., Muühll D., 2009. Permafrost and climate in Europe: Monitoring and modeling thermal, geomorphological and geotechnical responses. Earth Science Reviews 92 (3-4): 117–171.
• 19. Holland M.M., 2003. The North Atlantic Oscillation – Arctic Oscillation in the CCSM2 and Its Influence on Arctic Climate Variability. Journal of Climate 16 (16): 2767–2781.
• 20. Humlum O., 2005. Holocene permafrost aggradation in Svalbard. [w:] Harris C., Murton J.B. (red.),Cryospheric Systems: Glaciers and Permafrost. Special Publication 242, Geological Society Publishing House, Bath; 119–130.
• 21. Humlum O., Instanes A., Sollid J.L., 2003. Permafrost in Svalbard: a review of research history, climatic background and engineering challenges. Polar Research, 22 (2): 191–215.
• 22. Isaksen K., Benestad R.E., Harris C., Sollid J.L., 2007. Recent extreme near-surface permafrost temperatures on Svalbard in relation to future climate scenarios. Geophysical Research Letters, 34 (17), L17502, doi:10.1029/2007GL031002.
• 23. Isaksen K., Humlum O., Sollid J.L., Harris C., 2003. Permafrost temperature monitoring at Janssonhaugen, Svalbard: a five year series. EGS - AGU - EUG Joint Assembly, Abstracts from the meeting held in Nice, France, 6 - 11 April 2003, abstract #10765.
• 24. Isaksen K., Vonder-Mühll D., Gubler H., Kohl T., Sollid J.L., 2000. Ground surface temperature reconstruction based on data from a deep borehole in permafrost at Janssonhaugen, Svalbard. Annals of Glaciology, 31 (1): 287–294.
• 25. Johannessen O.M., Bengtsson L., Miles M.W., Kuzmina S.I., Semenov V.A., Alekseev G.V., Nagurnyi A.P., Zakharov V.F., Bobylev L.P., L.H. Pettersson, Hasselman K., Cattle H.P., 2004. Arctic Climate Change: observed and modelled temperature and sea-ice variability. Tellus A, 56 (4): 328–341.
• 26. Jones P.D., Jónsson T., Wheeler D., 1997. Extension to the North Atlantic Oscillation using early instrumental pressure observations from Gibraltar and South-West Iceland. International Journal of Climatology, 17 (13): 1433–1450.
• 27. Kristensen M., 1988. Climatic conditions and permafrost development on the Svalbard Archipelago. Proceedings of 5thInternational Conference on Permafrost, Trondheim, 3: 24–26.
• 28. Landvik J.Y., Mangerud J., Salvigsen O., 1988. Glacial history and permafrost in the Svalbard area. Proceedings 5th International Conference on Permafrost, Trondheim 1: 194–198.
• 29. Marsz A.A., 2007a. Temperatura powietrza [w:] Marsz A.A. i Styszyńska A. (red.), Klimat rejonu Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie; stan, zmiany i ich przyczyny. Wyd. AM, Gdynia: 131–143, 273–279.
• 30. Marsz A.A., 2007b. Związki między elementami klimatycznymi i model zmian warunków klimatycznych rejonu Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie. [w:] Marsz A.A. i Styszyńska A. (red.), Klimat rejonu Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie; stan, zmiany i ich przyczyny. Wyd. AM, Gdynia: 249–258.
• 31. Marsz A., Styszyńska A., 2005. Czynniki "arktyczne" i "pozaarktyczne" kształtujące zmienność przebiegu rocznej temperatury powietrza na Spitsbergenie (1980-2003). Polish Polar Studies, 31: 115–124.
• 32. Marsz A., Styszyńska A., 2007. Zmiany powierzchni lodów morskich i kształtowanie się temperatury powierzchni otaczających mórz. [w:] Marsz A.A. i Styszyńska A. (red.), Klimat rejonu Polskiej Stacji Polarnej w Horn-sundzie; stan, zmiany i ich przyczyny. Wyd. AM, Gdynia: 22–44.
• 33. Miętus M., Filipiak J., 2004. Wieloletnia zmienność temperatury gruntu w Hornsundzie (SW Spitsbergen) na tle zmian warunków termicznych w Arktyce Norweskiej. Polish Polar Studies, 30: 237–250.
• 34. 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.
• 35. Mysak L.A., Venegas S.A., 1998. Decadal climate oscillations in the Arctic: A new feedback loop for atmosphere-ice-ocean interactions. Geophysical Research Letters, 25 (19): 3607–3610.
• 36. Niedźwiedź T., 1992. Wybrane problemy klimatologii synoptycznej Spitsbergenu. Problemy Klimatologii Polarnej, 2: 77–87.
• 37. Niedźwiedź T., 1997a. Częstość występowania typów cyrkulacji nad Spitsbergenem (1951-1995). Problemy Klimatologii Polarnej, 7: 9–18.
• 38. Niedźwiedź T., 1997b. Wieloletnia zmienność wskaźników cyrkulacji atmosfery nad Spitsbergenem i ich rola w kształtowaniu temperatury powietrza. Problemy Klimatologii Polarnej, 7: 19–40.
• 39. Niedźwiedź T., 2001. Zmienność cyrkulacji atmosfery nad Spitsbergenem w drugiej połowie XX wieku. Problemy Klimatologii Polarnej, 11: 7–26.
• 40. Niedźwiedź T., 2002. Wpływ cyrkulacji atmosfery na wysokie opady w Hornsundzie (Spitsbergen). Problemy Klimatologii Polarnej, 12: 65–76.
• 41. Niedźwiedź T., 2003. Współczesna zmienność cyrkulacji atmosfery, temperatury powietrza i opadów atmosfe-rycznych na Spitsbergenie. Problemy Klimatologii Polarnej, 13: 79–92.
• 42. Niedźwiedź T., 2007. Załącznik 3. Kalendarz typów cyrkulacji atmosferycznej T. Niedźwiedzia występujących w rejonie Spitsbergenu. [w:] Marsz A.A. i Styszyńska A. (red.), Klimat rejonu Polskiej Stacji Polarnej w Hornsundzie; stan, zmiany i ich przyczyny. Wyd. AM, Gdynia: 371–376.
• 43. Osterkamp T.E., Jorgenson J.C., 2006. Warming of permafrost in the Arctic Widlife Refuge, Alaska. Permafrost and Periglacial Processes, 17 (1): 65–69.
• 44. Osterkamp T.E., Romanovsky V.E., 1999. Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in Alaska. Permafrost and Periglacial Processes, 10 (1): 17–37.
• 45. Overland J.E., Wang M., 2005. The Arctic climate paradox: The recent decrease of the Arctic Oscillation. Geo-physical Research Letters, 32; L06701, doi:10.1029/2004GL021752, 2005.
• 46. Pavlov A.V., 1997. Permafrost-Climatic monitoring of Russia: methodology, results of observation and forecast. Kriosfera Ziemli. Russian Academy of Sciences, 1(1): 47–58.
• 47. Pękala K., 1987. Rzeźba i utwory czwartorzędowe przedpola lodowców Scotta i Renarda. XIV Sympozjum Polarne, Lublin: 84–87.
• 48. Pękala K., Repelewska-Pękalowa J., 1990. Relief and stratigraphy of Quaternary deposits in the region of Recherche Fiord and Southern Bellsund (Western Spitsbergen). Wyprawy Geograficzne na Spitsbergen, UMCS, Lublin: 9–20.
• 49. Polyakov I., Bekryaev R.V., Alekseev G.V., Bhatt U.S., Colony R.L., Johnson M.A., Makshtas A.P., Walsh D., 2003. Variability and trends of air temperature and pressure in the maritime Arctic, 1875-2000. Journal of Climate, 16 (12): 2067–2077.
• 50. Repelewska-Pękalowa J., 1996. Development of relief affected by contemporary geomorphological processes in NW part of Wedel Jarlsberg Land (Bellsund, Spitsbergen - Svalbard. Biuletyn Peryglacjalny, 35: 153–195.
• 51. Repelewska-Pękalowa J., 2002. Międzynarodowy program monitoringu czynnej warstwy zmarzliny (CALM). Polish Polar Studies. [w:] Kostrzewski A. i Rachlewicz G. (red.), Funkcjonowanie i monitoring geoekosystemów obszarów polarnych, Poznań: 255–265.
• 52. Repelewska-Pękalowa J., 2004. Dynamika czynnej warstwy zmarzliny w różnych geoekosystemach (Spitsbergen). [w:] Michalczyk Z. (red.), Badania geograficzne w poznawaniu środowiska. Wyd. UMCS Lublin: 239–245.
• 53. Repelewska-Pękalowa J., Bartoszewski S., 2006. Dwadzieścia lat Wypraw Polarnych Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej na Spitsbergen. [w:] Stan i zmiany środowiska przyrodniczego północno-zachodniej części Ziemi Wedela Jarlsberga (Spitsbergen) w warunkach zmian klimatu i antropopresji. Lublin: 15–22.
• 54. Repelewska-Pękalowa J., Gluza A., 1988. Dynamic of permafrost active layer – Spitsbergen. Proceedings of the 5th International Conference on Permafrost, Trondheim 1: 448–453.
• 55. Repelewska-Pękalowa J., Pękala K., 2003. Spatial and temporal variation in active layer thickness, Calypso-stranda, Spitsbergen. [w:] Proceedings of the 8thInternational Conference on Permafrost, Zurich, Switzerland, 2: 941–945.
• 56. Repelewska-Pękalowa J., Pękala K., 2004a. Active layer dynamics at the Calypsostranda CALM Site, Recherche Fiord Region, Spitsbergen. Polar Geography, 59 (2): 326–343.
• 57. Repelewska-Pękalowa J., Pękala K., 2004b. Procesy soliflukcji w strefie obrzeżenia fiordu Recherche (Spitsbergen). Polish Polar Studies, 30: 321–331.
• 58. Repelewska-Pękalowa J., Pękala K., 2006. Rzeźba peryglacjalna rejonu Bellsundu (Spitsbergen) w aspekcie badań Wypraw Polarnych UMCS. [w:] Stan i zmiany środowiska przyrodniczego północno-zachodniej części Ziemi Weddella Jarlsberga (Spitsbergen) w warunkach zmian klimatu i antropopresji, UMCS Lublin: 25–33.
• 59. Repelewska-Pękalowa J., Pękala K., 2007. Reakcja wieloletniej zmarzliny na zmiany klimatu. [w:] Styszyńska A. i Marsz A.A. (red.), Zmiany klimatyczne w Arktyce i Antarktyce w ostatnim pięćdziesięcioleciu XX wieku i ich implikacje środowiskowe, Akademia Morska, Gdynia: 279–288.
• 60. Rigor I.G., Colony R.L., Martin S., 2000: Variations in surface air temperature observations in Arctic, 1979-1997. Journal of Climate, 13 (5): 896–914.
• 61. Smith S.L., Burgess M.M., Taylor A.E., 2003. High Arctic permafrost observatory environment. [w:] Proceedings of 8th International Conference on Permafrost. 2: 1073–1078.
• 62. Styszyńska A., 2005. Przyczyny i mechanizmy współczesnego (1982-2002) ocieplenia atlantyckiej Arktyki. Wyd. Uczelniane AM, Gdynia, 109 s.
• 63. Styszyńska A., 2007. Zmiany klimatyczne w Arktyce a procesy oceaniczne. [w:] Zmiany klimatyczne w Arktyce i Antarktyce w ostatnim pięćdziesięcioleciu XX wieku i ich implikacje środowiskowe. AM Gdynia: 111–144.
• 64. Thompson D.W.J., Wallace J.M., 1998. The Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fields. Geophysical Research Letters, 25 (9): 1297–1300.
• 65. Thompson, D. W. J., Wallace J.M., 2000: Annular modes in the extratropical circulation. Part I: Month-to-month variability. Journal of Climate, 13 (5): 1000–1016.
• 66. Troitsky L., Punning J.M., Hütt G., Rajamäe R., 1979. Pleistocene glaciation chronology of Spitsbergen. Boreas, 8 (4): 401–407.