Effect of surface cover on the heat flow to the soil on Spitsbergen

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Climate warming changes heat fluxes within the atmosphere-surface cover-soil system and affects the thermal state of permafrost. A comparison of heat fluxes from the atmosphere to the soil during the period with positive air temperatures and from the soil to the atmosphere during the cold period makes it possible to assess the stability of permafrost. Snow and moss cover are important factors influencing heat flows. The influence of surface fluxes on heat fluxes is estimated based on mathematical modeling and numerical experiments on the model. The processing of data from field measurements of soil temperature made it possible to determine the heat fluxes for the cold and partially warm periods of the year. A comparison of the data from model calculations and measurements of heat fluxes showed a satisfactory agreement. The difference between them from December to February did not exceed 4%, and in November and March – 9% and 8%, respectively. In 2023/24, during the period with negative air temperatures lasting 255 days with an average air temperature of −7 °C, soil heat losses amounted to 76.5 and 92.3 MJ/m2 with snow thickness of 1.14 m and 0.63 m, respectively, and the average values of heat fluxes from October to March were 4.9 and 5.9 W/m2. According to model calculations, with an average daily positive air temperature of 6.8 °C, the loss by the soil in winter is 10 MJ/m2 less than the heat flow into the soil in summer, leading to permafrost degradation. At snow cover depth of 0.5 m, heat input into the soil in summer coincides with heat loss in winter. With a higher snow cover depth, the heat flow from the soil to the atmosphere decreases, soil cooling decreases and permafrost degradation will occur. The same processes will occur when the snow cover is 1 m depth and the moss cover is less than 3 cm thick. For a moss cover of greater thickness, the thermal stability of permafrost rocks remains. Numerical experiments on the model estimated the heat fluxes and the thickness of the active layer for different snow and moss cover thicknesses and atmospheric air temperatures.

Авторлар туралы

A. Sosnovsky

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: alexandr_sosnovskiy@mail.ru
Moscow, Russia

N. Osokin

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: alexandr_sosnovskiy@mail.ru
Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Гляциологический словарь / Под ред. В.М. Котлякова. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 528 с.
  2. Гоман П.Н., Соболь В.Р., Бровка А.Г., Круплевич В.Ч. О влиянии влаги на теплопроводящие свойства зелёного мха соснового леса // Материалы 20-й научно-технич. конференции «Системы безопасности – 2011». М.: Академия ГПС МЧС России, 2011. С. 15–18. http://elib.bspu.by/handle/doc/4822
  3. Котляков В.М., Сосновский А.В., Осокин Н.И. Оценка коэффициента теплопроводности снега по его плотности и твёрдости на Западном Шпицбергене // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 3. С. 343–352. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-3-343-352
  4. Котляков В.М., Осокин Н.И., Сосновский А.В. Динамика сезонно-талого слоя на Шпицбергене и Антарктическом полуострове в ХХI в. по результатам моделирования // Лёд и Снег. 2020. Т. 60. № 2. С. 201–212. https://doi.org/10.31857/S2076673420020034
  5. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 751 с.
  6. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление // Лёд и Снег. 2013. Т. 53. № 3. С. 63–70. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-3-63-70
  7. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние динамики температуры воздуха и высоты снежного покрова на промерзание грунта // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX. № 1. С. 99–105.
  8. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние метеорологических условий на теплоизоляционные свойства мохового покрова по данным измерений на Шпицбергене // Криосфера Земли. 2021. Т. XXV. № 4. С. 17–25. https://doi.org/10.15372/KZ20210402
  9. Остроумов В.Е., Федоров–Давыдов Д.Г., Комаров И.А., Шевчик Ф.А., Колосков А.М., Волокитин М.П., Гончаров В.В., Быховец С.С., Шабаев В.П., Холодов А.Л., Еремин И.И., Кропачев Д.Ю., Давыдов С.П., Давыдова А.И. Методика оценки теплофизических свойств почв сезонномёрзлого и сезонноталого слоёв в природных условиях // Криосфера Земли. 2022. Т. XXVI. № 6. С. 15–23.
  10. Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск: Гео, 2008. 229 с.
  11. СНиП 2.02.04–88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: Изд. ГУП ЦПП, 1997. 52 с.
  12. Сосновский А.В., Осокин Н.И. Влияние мохового и снежного покровов на устойчивость многолетней мерзлоты на Западном Шпицбергене при климатических изменениях // Вест. Кольского научного центра. 2018. Т. 10. № 3. С. 179–185. https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5228.2018.10.3.179-185
  13. Сосновский А.В., Осокин Н.И. Влияние оттепелей на снежный покров и промерзание грунта при современных изменениях климата // Лёд и Снег. 2019. Т. 59. № 4. С. 475–482. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-4-433
  14. Степаненко В.М., Репина И.А., Федосов В.Э., Зилитинкевич С.С., Лыкосов В.Н. Обзор методов параметризации теплообмена в моховом покрове для моделей земной системы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56. № 2. С. 127–138.
  15. Тишков А.А., Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние синузий мохообразных на деятельный слой арктических почв // Изв. РАН. Сер. Геогр. 2013. № 3. С. 39–46.
  16. Федоров-Давыдов Д.Г., Остроумов В.Е., Давыдов С.П., Давыдова А.И., Волокитин М.П., Еремин И.И., Кропачев Д.Ю., Лупачев А.В. Динамика тепловых потоков и структура годовых теплооборотов в мерзлотной почве притундрового редколесья Колымской низменности // Мерзлотные почвы в антропоцене: сборник тезисов Всероссийской научно–практической конференции (Салехард – Лабытнанги, ЯНАО, Россия, 20–26 августа 2023) / Отв. ред. А.В. Лупачев, Е.М. Лаптева. Сыктывкар: ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, 2023. С. 98–99.
  17. Шерстюков А.Б. Корреляция температуры почвогрунтов с температурой воздуха и высотой снежного покрова на территории России // Криосфера Земли. 2008. Т. ХII. № 1. С. 79–87.
  18. Шмакин А.Б., Осокин Н.И., Сосновский А.В., Зазовская Э.П., Борзенкова А.В. Влияние снежного покрова на промерзание и протаивание грунта на Западном Шпицбергене // Лёд и Снег. 2013. № 4 (123). С. 52–59.
  19. Jan H., Streletskiy D., Doré G., Wu Q., Bjella K., Luoto M. Impacts of permafrost degradation on infrastructure // Nature Reviews Earth & Environmen. 2022. V. 3. № 1. P. 24–38. https://doi.org/10.1038/s43017-021-00247-8
  20. Park H., Launiainen S., Konstantinov P.Y., Iijima Y., Fedorov A.N. Modeling the Effect of Moss Cover on Soil Temperature and Carbon Fluxes at a Tundra Site in Northeastern Siberia // Journ. of Geophys. Research: Biogeosciences. 2018. V. 123. Issue 9. P. 3028–3044. https://doi.org/10.1029/2018JG004491
  21. Beringer J., Lynch A., Chapin F., Mack M., Bonan G. The Representation of Arctic Soils in the Land Surface Model: The Importance of Mosses // Journ. of Climate. 2001. V. 14. P. 3324–3335.
  22. Porada P., Ekici A., Beer C. Effects of bryophyte and lichen cover on permafrost soil temperature at large scale // The Cryosphere. 2016. V. 10. P. 2291–2315. https://doi.org/10.5194/tc-10-2291-2016
  23. Schneider von Deimling T., Lee H., Ingeman-Nielsen T., Westermann S., Romanovsky V., Lamoureux S., Walker D.A., Chadburn S., Trochim E., Cai L., Nitzbon J., Jacobi S., Langer M. Consequences of permafrost degradation for Arctic infrastructure – bridging the model gap between regional and engineering scales // The Cryosphere. 2021. V. 15. P. 2451–2471. https://doi.org/10.5194/tc-15-2451-2021
  24. Shiklomanov N.I., Streletskiy D.A., Swales T.B., Kokorev V.A. Climate change and stability of urban infrastructure in Russian permafrost regions: prognostic assessment based on GCM climate projections // Geogr. Rev. 2017. V. 107. P. 125–142.
  25. Snow and Climate: Physical Processes, Surface Energy Exchange and Modeling / R.L. Armstrong, E. Brun. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 2008. 256 p.
  26. Stieglitz M., Déry S.J., Romanovsky V.E., Osterkamp T.E. The role of snow cover in the warming of arctic permafrost // Geophys. Research Letters. 2003. V. 30. № 13. Р. 1721–1724.
  27. Suter L., Streletskiy D., Shiklomanov N. Assessment of the cost of climate change impacts on critical infrastructure in the circumpolar Arctic // Polar Geography. 2019. V. 42. P. 267–286. https://doi.org/10.1080/1088937X.2019.1686082

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025

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».