Different trends in the dynamics of Arctic lakes in North Siberia under climate change in 1985–2021

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The methods and results of a comparative analysis of the effects of climate changes on the dynamics of the areas of thermokarst lakes over the past 36 years in the Arctic regions on the Yamal, Gydan, and Taimyr peninsulas are considered, the areas of which are 114, 175 and 426 thousand km2, respectively. All three regions are located within the permafrost zone of the Siberian Arctic. Using images of the Landsat 4, 5, 7, and 8 satellites, time series of data on average values of lake areas for the indicated regions were obtained on the basis on averaging areas of lakes over 23 test (key) areas. The total area of the test sites is about 800 km2. Using the ERA5 reanalysis system, time series of data on the mean annual air temperature in these territories have been generated, which show a rise of the temperature over the studied period 1985–2021. A comparison of trends in changes in regional mean areas of lakes and mean annual air temperature shows that with approximately the same rate of the temperature rise on these peninsulas, different trends in the dynamics of the lake areas are observed, which are manifested, on the one hand, in a noticeable reduction in the areas of lakes in the territories of Yamal and Gydan and, on the other hand, in their growth in Taimyr. Air temperature averaged over the period 1985–2021 and coefficients of the linear trend of changes in the lake areas in each of the above regions were compared. The results show that on the territories of Yamal and Gydan, where the lake areas decrease, the mean air temperature for the same period is equal to –8.1±0.9 and –8.9±0.9 °С, respectively. On the Taimyr territory, where the lake areas increase, the mean air temperature is significantly lower: –12.8±0.94 °С. Thus, this makes possible to make a conclusion that these considered regions differ significantly from each other by values of mean air temperature, and respectively, they are characterized by different trends in changes in areas of the thermokarst lakes.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Y. M. Polishchuk

Ugra Research Institute of Information Technologies

Author for correspondence.
Email: yupolishchuk@gmail.com
Russian Federation, Khanty-Mansijsk

M. A. Kupriyanov

Ugra Research Institute of Information Technologies

Email: yupolishchuk@gmail.com
Russian Federation, Khanty-Mansijsk

V. Y. Polishchuk

Institute of Monitoring of Climate and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Science; Tomsk Polytechnic University

Email: yupolishchuk@gmail.com
Russian Federation, Tomsk; Tomsk

References

  1. Viktorov A. S., Kapralova V. N., Orlov T. V., Trapeznikova O. N., Arkhipova M. V., Berezin P. V., Zverev A. V., Panchenko E. N., Sadkov S. A. Regularities in the size distribution of thermokarst lakes. Doklady Akademii Nauk SSSR. Reports of the Academy of Sciences. 2017, 474 (5): 625–627. https://doi.org/10.7868/S0869565217170212 [In Russian].
  2. Polischuk V. Yu., Kupriyanov M. A., Polischuk Y. M. Analysis of relationship between climate change and dynamics of thermokarst lakes in Arctic zone of Taimyr. Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. Current problems of remote sensing of Earth from space. 2021, 18 (5): 193–200. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-5-193-200 [In Russian].
  3. Brown J., Ferrians O., Heginbottom J. A., Melnikov E. Circum-Arctic Map of Permafrost and Ground-Ice Conditions, Version 1 Boulder, Colorado USA. National Snow and Ice Data Center. 2014. DATA SET ID: GGD318. https://doi.org/10.7265/8d57-9f79
  4. Kirpotin S., Polishchuk Y., Zakharova E., Shirokova L., Pokrovsky O., Kolmakova M., Dupre B. One of the possible mechanisms of thermokarst lakes drainage in West-Siberian North. Intern. Journ. Environmental Studies. 2008, 65 (5): 631–635.
  5. Permafrost in the Northern hemisphere. European Environment Agency (EEA). Retrieved from: https://www.eea.europa.eu/ds_resolveuid/N9M4KCR6UP (Last access: 23 July 2023).
  6. Polishchuk Y. M., Bogdanov A. N., Muratov I. N., Polishchuk V. Y., Lim A., Manasypov R. M., Shirokova L. S., Pokrovsky O. S. Minor contribution of small thaw ponds to the pools of carbon and methane in the inland waters of the permafrost — affected part of the Western Siberian lowland. Environmental Research Letters. 2018, 13: 1–16. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aab046
  7. Serikova S., Pokrovsky O. S., Laudon H., Krickov I. V., Lim A. G., Manasypov R. M., Karlsson J. High carbon emissions from thermokarst lakes of Western Siberia. Nature Communications. 2019, 10: 1552. https://doi.org/10.1038/s41467-019-09592-1
  8. Turetsky M. R., Abbott B. W., Jones M. C., Walter Anthony K., Olefeldt D., Schuur E. A., Grosse G., Kuhry P., Hugelius P., Koven C., Lawrence D., Gibson C., Sannel A., McGuire A. D. Carbon release through abrupt permafrost thaw. Nature Geoscience. 2020, 13: 138–143. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0526-0
  9. Smith L. C., Sheng Y., MacDonald G.M., Hinzman L. D. Disappearing Arctic Lakes. Science. 2005, 308 (3): 111–154.
  10. Veremeeva A., Nitze I., Gunter F., Rivkina E. Geomorphological and climatic drivers of thermokarst lake area increase trend (1999–2018) in the Kolyma Lowland Yedoma region, north-eastern Siberia. Remote Sensing. 2021, 13: 178.
  11. Walter Anthony K., Schneider T., Nitze I., Frolking S., Edmond A., Daanen R., Anthony P., Lindgren P., Jones B., Grosse G. 21st-century modeled permafrost carbon emissions accelerated by abrupt thaw beneath lakes. Nature Communications. 2018, 9: 3262. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05738-9
  12. Webb E. E., Liljedahl A. K. Diminishing lake area across the northern permafrost zone. Nature Geoscience. 2023, 16: 202–209. https://doi.org/10.1038/s41561-023-01128-z
  13. Zabelina S., Shirokova L., Klimov S., Chupakov A., Lim A., Polishchuk Y., Polishchuk V., Bogdanov A., Muratov I., Guerin F., Karlsson J., Pokrovsky O. Carbon Emission Related to Thermokarst Processes in Wetlands of NE European Tundra. Limnology and Oceanography. 2020, 9999: 1–15. https://doi.org/10.1002/Ino.11560

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Location of test sites and boundaries of the studied territories Yamal (1), Gydan (2) and Taimyr (3) on the map-scheme of geocryological zoning (а) and a fragment of a satellite image of the territory of Taimyr with a marked border of the test area (б).

Download (410KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Time series of data on the average (for all test areas of the region) area of lakes (a, в, д) and average annual temperature (б, г, е) in the regions of Yamal (а, б), Gydan (в, г), Taimyr (д, е).

Download (505KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Comparison of the values of the coefficients of the linear trend of changes in the area of lakes and the average (for the period 1985–2021) air temperature in the territories of Yamal (1), Gydan (2) and Taimyr (3).

Download (92KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».