Časoprostorová variabilita teploty permafrostu na ostrově Jamese Rosse

Bc. Lucia Pastíriková

Master's thesis

Spatio-temporal variability of permafrost temperature on James Ross Island

Abstract:

The large deglaciated area on the Ulu Peninsula in the north of James Ross Island provides suitable conditions for the study of the properties of the permafrost and the active layer. The region is located in the eastern part of the Antarctic Peninsula, where less is known about permafrost temperature regime than in the western part. Data from four meteorological stations (Abernethy Flats, Berry Hill slopes, Johann Gregor Mendel, Johnson Mesa) were analysed to study air and soil temperature, but also permafrost. In addition to air temperature, permafrost is significantly affected by thermal properties and soil moisture. The data from stations were used to model the temperature of the upper layer of the permafrost, which was performed in the main part of the thesis using the TTOP model. It is a simpler and verified model, through which a relatively small number of parameters can be used to obtain more accurate information about temperature and its year-on-year changes from the upper layer of frozen soil, and whose applicability has proven itself in several parts of the world. Average values of the modelled temperatures of the upper part of permafrost in the reference period (2011/12-2016/17) ranged from -5,6 to -7,0 °C, while most of them were slightly overestimated compared to the measurements. Average differences between measured and modelled soil temperatures in the reference period ranged from -0,4 °C to 0,3 °C. After the validation, TTOP model was used for reconstructions of permafrost temperature based on the soil surface temperature and air temperature. Overall, results indicate a warming of sites, with the exception of Johann Gregor Mendel, although most of trends are not statistically significant. The increase in average values, including the impact on the temperature trend, is caused by the extremely warm year 2016/17.

Abstract:

Rozsáhlejší odledněná plocha v oblasti poloostrova Ulu na severu ostrova Jamese Rosse poskytuje vhodné podmínky pro zkoumání vlastností permafrostu a aktivní vrstvy. Region spadá do východní části Antarktického poloostrova, pro kterou je ve srovnání se západní částí dostupných méně informací týkající se permafrostu. Pro studium teploty vzduchu a půdy, respektive permafrostu, byla analyzována data ze čtyř meteorologických stanic (Abernethy Flats, Berry Hill slopes, Johann Gregor Mendel, Johnson Mesa). Kromě teploty vzduchu mají na permafrost významný vliv termální vlastnosti a vlhkost půdy. Údaje ze stanic byly použity při modelování teploty svrchní části permafrostu, které bylo provedeno v hlavní části práce pomocí modelu TTOP. Jde o jednodušší a ověřený model, jehož prostřednictvím pomocí relativně malého množství parametrů lze získat přesnější informace ohledně teploty a její meziročních změn ze svrchní části zmrzlé půdy a jehož aplikovatelnost se navzdory jeho omezením osvědčila ve více částech světa. Průměrné hodnoty modelovaných teplot svrchní části permafrostu se v referenčním období (2011/12-2016/17) pohybovaly v rozmezí -5,6 až -7,0 °C, přičemž většina z nich byla mírně nadhodnocena oproti měřením. Hodnoty průměrných diferencí mezi naměřenými a modelovanými teplotami půdy v referenčním období se pohybovaly od -0,4 °C do 0,3 °C. Po validaci modelu TTOP byly provedeny i rekonstrukce teploty permafrostu podle povrchové teploty půdy, a také podle teploty vzduchu. Celkové výsledky poukazují na oteplování lokalit, s výjimkou stanice Johann Gregor Mendel, i když většina trendů není statisticky významná. Zvyšování průměrných hodnot, včetně vlivu na trend teploty způsoboval extrémně teplý rok 2016/17.

Keywords

permafrost, aktivní vrstva, termální vlastnosti, modelování teploty permafrostu, model TTOP, ostrov Jamese Rosse, Antarktický poloostrov, active layer, thermal properties, permafrost temperature modelling, TTOP model, James Ross Island, Antarctic Peninsula

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 8. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 3. 9. 2020
• Supervisor: Mgr. Filip Hrbáček, Ph.D.
• Reader: doc. Mgr. Kamil Láska, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Geography and Cartography / Physical Geography