Polski Svalbardzki Program Śnieżny

Polski Svalbardzki Program Śnieżny jest propozycją wykorzystania potencjału badawczego poprzez integrację polskiej aktywności i skoordynowania badań śnieżnych na Svalbardzie, w rejonach polskich stacji i laboratoriów naukowych, jako części szerszego programu panarktycznego organizowanego w ramach priorytetów ICARP III i zadań wyznaczonych przez WMO w sieci CryoNet.

Program powstał z inicjatywy Centrum Studiów Polarnych KNOW pod auspicjami Polskiego Konsorcjum Polarnego (PKPol), a jego założenia są zgodne ze statutowymi celami PKPol, zwłaszcza w zakresie koordynacji badań i logistyki oraz wzmocnienia pozycji polskich stacji badawczych. Polski Svalbardzki Program Śnieżny zyskał akceptację Central European Polar Partnership (Austria, Czechy, Polska).

Zaproponowane w ramach Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego zadania definiują, w oparciu o rozpoznanie deficytów wiedzy, priorytetowe obszary badawcze. Realizacja wspólnych działań w tych obszarach zapewni wszystkim przesunięcie granic poznania w poszczególnych dziedzinach, da szansę na poważny sukces naukowy. Zintegrowanie aktywności zespołu  jednostek badawczych pozwoli na badania szeroko zakrojone terytorialnie i merytorycznie. Kolejną cechą programu jest jego cross-dyscyplinarność, a przekraczanie granic tradycyjnych obszarów poznania oraz ich nowatorskie łączenie pozwoli na uzyskanie nowej jakości danych oraz dostarczy istotnych wniosków naukowych. W dalszym etapie planowana jest współpraca zespołów zgromadzonych wokół Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego nad opracowaniem mechanizmów logistycznych i finansowych jego realizacji. Program zamierza ściśle współpracować z podmiotami koordynującymi i wspierającymi badania naukowe, m.in. z: Komitetem Badań Polarnych, Polskim Konsorcjum Polarnym, Centrum Studiów Polarnych KNOW, Narodowym Centrum Badań i Rozwoju, Narodowym Centrum Nauki, International Arctic Science Committee i in. Planowane jest przygotowanie wspólnych wniosków projektowych, działalność na rzecz promocji i edukacji. Ramy Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego są otwarte na współpracę z innymi polskimi i zagranicznymi jednostkami badawczymi, edukacyjnymi i gospodarczymi zainteresowanymi kwestiami śnieżnymi w rejonie Arktyki.

 

 

Organizacja Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego  dofinansowana została z środków Krajowego Naukowego Ośrodka Wiodącego (KNOW) otrzymanych przez Centrum Studiów Polarnych na lata 2014-2018 

Korzyści wynikające z realizacji programu:

  • wzmocnienie polskiej pozycji w programach i projektach międzynarodowych;
  • integrowanie krajowych oraz zagranicznych ośrodków naukowych w zakresie wszystkich aspektów środowiska uwarunkowanych cechami pokrywy śnieżnej;
  • pełniejsze wykorzystanie potencjału polskiej aktywności na Spitsbergenie poprzez współkorzystanie z aparatury i infrastruktury badawczej dla wspólnych projektów badawczych;
  • dostęp do danych z szerokiej sieci stanowisk reprezentatywnych dla różnych regionów i typów podłoża pozyskanych synchronicznie za pomocą jednolitych metod;
  • koordynacja logistyki prac terenowych, unifikacja metod badań terenowych, wspólna baza danych.

Obszary polskiej aktywności badawczej na Svalbardzie

Obszary polskiej aktywności badawczej na Svalbardzie

 

Główne cele programu:

  • ocena stanu środowiska polarnego oraz analiza przebiegu procesów z (jednoczesnym) wykorzystaniem metod fizycznych, chemicznych, mikrobiologicznych, przestrzennych (teledetekcyjnych i GIS) i innych poprzez ich synergię;
  • zdefiniowanie roli śniegu w funkcjonowaniu współczesnego środowiska polarnego poprzez wskazanie sprzężeń zwrotnych z pozostałymi elementami środowiska;
  • stwierdzenie podobieństw i różnic cech pokrywy śnieżnej w różnych warunkach środowiskowych Svalbardu, jako podstawa poszukiwania prawidłowości przestrzennych, a także znaczenia środowiskowego;
  • określenie reakcji poszczególnych cech pokrywy śnieżnej na zmiany środowiskowe (klimatyczne, oceaniczne, biologiczne, zanieczyszczenia);
  • kalibracja i walidacja danych teledetekcyjnych oraz modeli środowiskowych;
  • adaptacja i rozwój nowych metod badawczych niestosowanych dotąd w badaniach śniegu.

Schemat wzajemnych powiązań oraz sprzężeń zwrotnych, których rdzeniem jest pokrywa śnieżna, w obrębie środowiska polarnego. W oparciu o powyższy schemat opracowane zostały priorytety badawcze Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego

Schemat wzajemnych powiązań oraz sprzężeń zwrotnych, których rdzeniem jest pokrywa śnieżna, w obrębie środowiska polarnego. W oparciu o powyższy schemat opracowane zostały priorytety badawcze Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego

 

Podstawowy zakres prac terenowych dotyczących badań śniegu, rekomendowanych do realizacji w oparciu o istniejącą aktywność wszystkich regionalnych stacji badawczych na Spitsbergenie:

  • określenie cech fizycznych pokrywy śnieżnej (gęstość, miąższość, temperatura itd.) oraz rozkład przestrzenny na polach testowych w okresie maksimum akumulacji w referencyjnych punktach zlewni zlodowaconych i niezlodowaconych;
  • pobór prób (zbiorcza próba z profilu śnieżnego), magazynowanie i transport dla określenia właściwości chemicznych (pH, przewodność itd.) i mikrobiologicznych;
  • pomiary tła meteorologicznego (temperatura i wilgotność powietrza);
  • obserwacje tempa rozwoju i zaniku pokrywy śnieżnej ze zdjęć poklatkowych.

 

MOTYWACJA

Pokrywa śnieżna jest istotnym i dynamicznie reagującym na zmiany klimatu elementem środowiska. Jako ważny komponent ekosystemów polarnych pozostaje w interakcji zarówno z warunkami klimatycznymi, jak również z procesami biologicznymi, abiotycznymi i aktywnością człowieka. Właściwości fizyko-chemiczne śniegu powodują, że jest on katalizatorem szeregu procesów np. meteorologicznych, glacjalnych, geomorfologicznych, wegetacji i in., regulując funkcjonowanie środowiska polarnego. Obserwowane zmiany klimatu i ewolucja systemu arktycznego rodzą zapotrzebowanie na pogłębioną wiedzę o procesach determinowanych przez pokrywę śnieżną (Cooper i in. 2012, Callaghan i in. w druku).

Doniosłość problematyki zmian środowiskowych, których osią jest śnieg została podkreślona przez szereg inicjatyw międzynarodowych, których celem było wypracowanie spójnej strategii badań. Studia śnieżne znalazły się wśród priorytetów na „mapie drogowej” zdefiniowanej w trakcie International Conference on Integrating Arctic Research Planning (ICARP III). Podobny zapis znalazł się również w rezolucji 17 Światowego Kongresu Meteorologicznego (WMO Genewa, 2015), nawiązującej do programu Global Cryosphere Watch (GCW) i sieci CryoNet, tworzonej przez Światową Organizację Meteorologiczną. Seria spotkań dotyczących koordynacji multidyscyplinarnych badań pokrywy śnieżnej zainicjowana była przez Svalbard Science Forum (Oslo 2012, Sosnowiec 2015). Potrzebę międzydziedzinowych studiów śnieżnych w Arktyce dostrzegł również International Arctic Science Committee (IASC) planując zorganizowanie w roku 2016 warsztatów: „Cutting barriers in snow knowledge”. W dotychczasowych dyskusjach w trakcie serii warsztatów i konferencji aktywnie uczestniczyli przedstawiciele polskiego środowiska naukowego.

Polska aktywność na Spitsbergenie posiada swoją długą historię, opartą zarówno o działalność Polskiej Stacji Polarnej im. S. Siedleckiego w Hornsundzie, jak również sieci stacji badawczych prowadzonych przez uniwersytety. Charakterystyczna, rozproszona terytorialnie działalność polskich grup badawczych na Spitsbergenie daje unikatową możliwość studiów nad procesami mającymi miejsce w kluczowym obszarze Arktyki.

REDAKCJA

Krzysztof Migała1Mariusz Grabiec2,4Jacek Jania2,4

AUTORZY

w kolejności alfabetycznej:
Tomasz Budzik2,4, Marta Bystrowska2,4, Bartłomiej Luks3,4, Piotr Dolnicki14, Mariusz Grabiec2,4, Dariusz Ignatiuk2,4, Katarzyna Jankowska5, Ewa Łupikasza2,4, Łukasz Małarzewski2,4, Krzysztof Migała1, Adam Nawrot3,4, Żaneta Polkowska6, Ireneusz Sobota7, Waldemar Walczowski8,4, Michał Węgrzyn9, Agata Zaborska8,4, Tymon Zieliński8,4

WSPÓŁPRACA

w kolejności alfabetycznej:
Ewa Bednorz10, Jacek Jania2,4, Daniel Kępski3,4, Grzegorz Karasiński3,4, Marek Kasprzak1, Katarzyna Kozak6, Krystyna Kozioł3,4, Maja Lisowska2,4, Elżbieta Majchrowska2,4, Jakub Małecki10, Krzysztof Markowicz11, Tadeusz Niedźwiedź2,4, Marcin Nowak7, Marzena Osuch3,4, Piotr Owczarek1, Tomasz Petelski8,4, Michał Pętlicki3,4, Rajmund Przybylak7, Wojciech Pusz12, Anna Rozwadowska8,4, Mateusz C. Strzelecki1, Piotr Zagórski13, Wiesław Ziaja9, Zbigniew Zwoliński10

Afiliacje

1 Wydział Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Wrocławski
2 Wydział Nauk o Ziemi, Uniwersytet Śląski
3 Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk
4 Centrum Studiów Polarnych, Krajowy Naukowy Ośrodek Wiodący
5 Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
6 Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska
7 Wydział Nauk o Ziemi, Uniwersytet Mikołaja Kopernika
8 Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk
9 Wydział Biologii i Nauk o Ziemi, Uniwersytet Jagielloński
10 Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza
11 Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski
12 Wydział Przyrodniczo-Technologiczny, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
13 Wydział Nauk o Ziemi i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej
14 Wydział Geograficzno-Biologiczny, Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie

ATMOSFERA

Opracowanie: Ewa Łupikasza (Uniwersytet Śląski, Centrum Studiów Polarnych)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Warunki klimatyczne Arktyki oraz ich zmiany zdeterminowane przebiegiem powiązanych ze sobą procesów atmosferycznych są wypadkową funkcjonowania skomplikowanego systemu klimatycznego obejmującego nie tylko atmosferę, ale również hydrosferę, biosferę, pedosferę oraz kriosferę. Pełne zrozumienie czynników atmosferycznych decydujących o występowaniu, właściwościach oraz zmienności pokrywy śnieżnej wymaga prowadzenia badań interdyscyplinarnych.

Kluczowe znaczenie Svalbardu dla poznania makroskalowych procesów atmosferycznych i mechanizmów klimatotwórczych doceniono już podczas II Międzynarodowego Roku Polarnego (1932-1933). Dzisiaj, w warunkach nasilających się powszechnie zmian środowiska obszarowi temu również przypisuje się szczególne znaczenie ze względu na rolę Oceanu Arktycznego i Frontu Polarnego w globalnym systemie klimatycznym. Ostatnie badania wskazują istnienie powiązań pomiędzy zmianami klimatu w Arktyce i zjawiskami pogodowymi w umiarkowanych szerokościach geograficznych półkuli północnej, co zwłaszcza dotyczy występowania zjawisk ekstremalnych (Cohen i in. 2014, Matsumura i in.2014, Gao i in. 2015); Nośnikiem tych powiązań jest cyrkulacja atmosfery.

Tempo wzrostu temperatury powietrza w Arktyce jest dwukrotnie większe w stosunku do zmian globalnych (Screen i Simmons 2010, Przybylak 2015) co prowadzi do intensywnego zmniejszania się pokrywy lodowej i śnieżnej, a to z kolei intensyfikuje wzrost temperatury powietrza. Śnieg należy więc do najistotniejszych czynników wpływających na tempo zmian klimatu i środowiska arktycznego. Zmiany klimatu Arktyki oraz reakcja komponentów systemu arktycznego na zachodzące zmiany nie jest jednoznaczna i liniowa (Zhang i in. 2000, Harder i Pomeroy 2014, Hansen i in. 2014, Vihma 2014,). Rola śniegu w procesie wzmocnienia arktycznego nie została w pełni zbadana (Screen i Simmons 2010). Zależy ona od fizycznych właściwości oraz zasięgu pokrywy śnieżnej, które kształtowane są przez wielkość oraz formę opadów atmosferycznych, zanieczyszczenia i aerozol w i na pokrywie śnieżnej oraz niektóre ekstremalne zjawiska meteorologiczne występujące w chłodniejszej części roku. Procesy atmosferyczne warunkujące właściwości i zasięg pokrywy śnieżnej w dużym stopniu określają jej wpływ na pozostałe elementy klimatycznego systemu arktycznego.

Priorytetowe kierunki badawcze

Procesy atmosferyczne oraz właściwości atmosfery mają wieloaspektowy wpływ na pokrywę śnieżną, która jest ogniwem łączącym szereg nauk środowiskowych. Pokrywa śnieżna odgrywa ogromna rolę w funkcjonowaniu systemu klimatycznego obszarów polarnych, który obecnie podlega silnym zmianom. Wyjątkowo ważne w Arktyce sprzężenia zwrotne, w kształtowaniu których bierze udział również pokrywa śnieżna, uniemożliwiają jednoznaczne wyodrębnienie przyczyn oraz skutków zachodzących zmian klimatu pociągających za sobą znaczące zmiany środowiskowe.

Deficyty poznawcze w odniesieniu do badań atmosfery, które umożliwią rozpoznanie czynników decydujących o występowaniu i właściwościach pokrywy śnieżnej, a tym samym jej aktualnej oraz przyszłej roli w systemie klimatycznym Arktyki obejmują następujące zagadnienia: (I) zmianę struktury opadów atmosferycznych (ciekłe, mieszane, stałe), (II) badania zanieczyszczeń i aerozoli w atmosferze i śniegu, bilansu promieniowania, albedo śniegu i czynników je determinujących oraz wymuszeń radiacyjnych, (III) zmiany zasięgu grubości oraz czasu zalegania pokrywy śnieżnej i czynników je determinujących, (IV) badania ekstremalnych zjawisk pogodowych w chłodniejszej części roku, które mają wpływ na właściwości oraz występowanie pokrywy śnieżnej.

  • Czasowe i przestrzenne zmiany występowania i wysokości form opadów (ciekłych, stałych, mieszanych) oraz ich wpływ na klimatyczne charakterystyki pokrywy śnieżnej i procesy w niej zachodzące, relacje pomiędzy występowaniem form opadów oraz temperaturą powietrza i cyrkulacją atmosfery

Opady atmosferyczne decydują przede wszystkim o formowaniu się pokrywy śnieżnej, z kolei forma opadów (ciekła, mieszana, stała), jak i czas ich wystąpienia w ciągu roku wpływają na strukturę, rozkład oraz długość okresu występowania pokrywy śnieżnej. Znajomość trendów wysokości i formy opadów atmosferycznych umożliwi wskazanie kierunków przyszłych zmian właściwości oraz występowania pokrywy śnieżnej, a tym samym kierunków zmian procesów środowiskowych, w których pokrywa śnieżna ma istotne znaczenie. Pozwoli również zrozumieć przyczyny aktualnie zachodzących zmian w przebiegu procesów środowiskowych. Oczekuje się również wypracowania metody pozwalającej na szacowanie formy opadów na podstawie temperatury powietrza z uwzględnieniem jej gradientów adiabatycznych oraz typów cyrkulacji atmosfery (kierunku adwekcji mas powietrznych).

  • Zmiany albedo pokrywy śnieżnej i ich przyczyny, wpływ albedo na saldo promieniowania krótkofalowego i długofalowego oraz procesy zachodzące w pokrywie śnieżnej

Koncentracja oraz rodzaj zanieczyszczeń i aerozolu atmosferycznego będącego elementem wymuszeń radiacyjnych nie tylko modyfikuje bilans promieniowania, ale równocześnie determinuje właściwości pokrywy śnieżnej wpływające na jej albedo. Albedo śniegu może być również modyfikowane przez rozwijające się w nim glony. Albedo jest z kolei ogniwem jednego z najważniejszych sprzężeń zwrotnych (albedo-temperatura) określających tak zwane wzmocnienie arktyczne, z którym związane jest tempo wzrostu temperatury powietrza. Wyniki badań pozwolą określić jaki wpływ na zmianę własności optycznych śniegu ma depozycja aerozoli silnie absorbujących promieniowanie słoneczne oraz rozwój glonów w pokrywie śnieżnej i jakie jest znaczenie transformacji struktury mikrofizycznej śniegu wynikającej z obecności procesów termodynamicznych zachodzących w dolnej troposferze oraz w warstwie śniegu. Ponadto możliwym będzie oszacowanie wymuszenia radiacyjnego (zmian w bilansie energetycznym) na powierzchni ziemi oraz na górnej granicy atmosfery, wynikającego z obecności aerozoli i glonów w pokrywie śnieżnej oraz określenie wpływu zmian albedo na zanik pokrywy śnieżnej, co z kolei zmienia ilość promieniowania UV odbitego i rozproszonego w atmosferze.

  • Zmiany zasięgu i grubości pokrywy śnieżnej, przebieg procesów formowania się i zaniku pokrywy śnieżnej z uwzględnieniem warunków meteorologicznych. Rola wiatru w kształtowaniu rozkładu, grubości oraz metamorfozy pokrywy śnieżnej

Przebieg sprzężenia zwrotnego albedo – temperatura powietrza oraz występowanie i siła wzmocnienia arktycznego zależne są również od zmiany zasięgu, grubości oraz czasu zalegania pokrywy śnieżnej. Poznanie czasowych zmian klimatologicznych charakterystyk pokrywy śnieżnej (warunkowanych również cyrkulacją atmosfery) oraz wyniki ich modelowania będą, więc pomocne w ocenie przebiegu wspomnianego powyżej sprzężenia zwrotnego, jego skutków oraz wpływu na inne elementy środowiska. Opracowane projekcje klimatyczne pozwolą ocenić kierunek przyszłych zmian warunków śnieżnych i wynikających z nich implikacji środowiskowych.

  • Ekstremalne zjawiska meteorologiczne w sezonie zimowym (opady ciekłe, epizody wysokiej temperatury powietrza oraz silne opady śniegu) jako czynniki wpływające na pokrywę śnieżną oraz ich uwarunkowania synoptyczne

Wymienione powyżej klimatologiczne charakterystyki pokrywy śnieżnej są również silnie kształtowane przez ekstremalne zjawiska pogodowe występujące w chłodniejszej części roku, do których zalicza się epizody wysokiej temperatury powietrza, intensywnych opadów śniegu oraz opadów deszczu. Wyniki badań zjawisk ekstremalnych, których występowanie zwykle uwarunkowane jest sytuacją synoptyczną, pozwolą określić ich wpływ na tempo metamorfozy śniegu oraz strukturę profilu pionowego i właściwości pokrywy śnieżnej, a także ich wpływ na inne procesy środowiskowe.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Formowanie się pokrywy śnieżnej jest uwarunkowane wystąpieniem opadów śniegu. Struktura opadów atmosferycznych, skład zanieczyszczeń atmosferycznych i obecność aerozolu oraz niektóre z ekstremalnych zdarzeń pogodowych w chłodniejszej części roku decydują o właściwościach fizycznych i chemicznych oraz czasie zalegania pokrywy śnieżnej. Właściwości oraz czas zalegania pokrywy śnieżnej mają z kolei istotny wpływ na przebieg procesów glacjalnych (bilans masy lodowców), termikę warstwy czynnej, ruchy masowe, na zachodzące w pokrywie śnieżnej procesy biologiczne, chemiczne i fizyczne, jak również na funkcjonowanie zbiorowisk mikrobiologicznych, roślinnych i zwierzęcych.

Zanieczyszczenia atmosferyczne oraz aerozol przedostające się do pokrywy śnieżnej i decydujące o jej składzie chemicznym i fizycznych właściwościach modyfikują bilans promieniowania, albedo a także mogą wpływać na tempo topnienia pokrywy śnieżnej, co z kolei modyfikuje interakcje pomiędzy pokrywą śnieżną i innymi elementami środowiska Arktyki. Substancje niszczące ozon wpływają na ilość szkodliwego promieniowania UV, które negatywnie oddziałuje na organizmy. Zanieczyszczenia atmosfery i aerozol przede wszystkim wpływają na tempo zmian temperatury powietrza i tym samym na szeroko zakrojone przemiany środowiskowe Arktyki.  Wymienione powyżej procesy, zjawiska wpływające na pokrywę śnieżną i jej klimatologiczne charakterystyki uwarunkowane są zarówno cyrkulacją atmosfery jak i oceaniczną. Ciepło transportowane przez prądy morskie, zwłaszcza poprzez Atlantycką Cyrkulację Zwrotną (AMOC) uwalniane jest w Arktyce do atmosfery i kształtuje warunki klimatyczne w tym rejonie (Walczowski 2014). Anomalie temperatury wody w Morzach Nordyckich silnie wpływają na anomalie cyrkulacji atmosferycznej na półkuli północnej, a tym samym w Arktyce (Schlichtholz 2016).

LODOWCE

Opracowanie: Mariusz Grabiec (Uniwersytet Śląski, Centrum Studiów Polarnych)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Lodowce stanowią naturalny rezerwuar śniegu, na którym procesy niwalne mogą być w sposób ciągły i pełny analizowane we wszystkich sezonach roku. Dzięki temu istnieje możliwość obserwacji kompletnego cyklu rozwoju i zaniku pokrywy śnieżnej w odniesieniu do warunków meteorologicznych. Uzyskane w obrębie lodowców informacje dotyczące struktury jednosezonowej warstwy śniegu stanowią swoisty profil sedymentacyjny będący odbiciem warunków panujących w sezonie akumulacyjnym. Śnieg dla istnienia lodowców jest czynnikiem kluczowym, budulcem cyklicznie regenerującym utratę masy w okresie letnim, stanowi również istotny czynnik wpływający na procesy glacjalne takie jak bilans energetyczny, reżim termalny, drenaż i inne (Grabiec i in. 2011).
Wyniki pochodzące z prac na lodowcach mogą stanowić informację referencyjną dla innych obszarów badawczych śniegu. Procesy niwalne, rozwój i ewolucja pokrywy śnieżnej na lodowcach są zdecydowanie mniej zaburzone przez czynniki zewnętrzne aniżeli na terenach niezlodowaconych o urozmaiconej rzeźbie i skomplikowanym polu wiatru. Wobec trudności wiarygodnego pomiaru opadów na stacjach meteorologicznych studia śnieżne na lodowcach pozwalają na uzupełnienie informacji o rzeczywistych opadach śniegu (Hagen i in. 2003) oraz określenie np. gradient akumulacji dla danego regionu (np. Winther i in. 1998, Sand i in. 2003, Grabiec i in. 2011, Sobota 2013). W tym świetle wyniki badań śniegu są w centrum zainteresowania szerokiego kręgu odbiorców oraz mogą pozwalać na współpracę interdyscyplinarną.

Priorytetowe kierunki badawcze

W świetle analizy obecnego stanu wiedzy dotyczącego pokrywy śnieżnej na lodowcach i jej roli środowiskowej oraz deficytów poznania, rekomendowane są następujące kierunki badawcze.

  • Określenie przestrzennego zróżnicowania właściwości śniegu na lodowcach jako największych rezerwuarach opadu stałego, w różnych skalach: od lokalnej (basen lodowca), po regionalną (zlodowacenie Svalbardu). Ułatwi to wskazanie interakcji procesów niwalnych z różnym tempem zmian środowiskowych w poszczególnych częściach archipelagu. Wykonanie zadania wymaga współdziałania badawczego zespołów pracujących symultanicznie w różnych obszarach za pomocą zbliżonych metod i narzędzi. Zastosowanie metod teledetekcyjnych pozwoli objąć monitoringiem większą powierzchnię, przy wykorzystaniu reperowych danych terenowych dla walidacji wyników.
  • Studia nad przebiegiem ewolucji miąższości i właściwości fizycznych pokrywy śnieżnej w sezonach zimowych w różnych warunkach topograficznych, lokalizacyjnych, etc. Określenie tempa metamorfozy oraz wpływu na strukturę i właściwości termiczne lodowca. W zakładanych pracach rekomendowane jest dążenie do automatyzacji badań, wdrożenie na szerszą skalę pomiarów ciągłych oraz zdalnych, w możliwie wielu lokalizacjach, a w opracowaniach wyników wykorzystanie modelowania matematycznego.
  • Badania zmian cech fizycznych pokrywy śnieżnej warunkowanych zmianami klimatycznymi oraz interakcji śnieg-atmosfera (albedo, sublimacja – resublimacja, parowanie, szorstkość powierzchni). Problem interakcji: pokrywa śnieżna – atmosfera oparty może zostać na dwukierunkowych modelach matematycznych, w tym szczegółowych modelach topoklimatycznych na podstawie redukcji rozdzielczości (downscaling) danych gridowych. Walidacja symulacji przebiegu procesów wykorzystywać będzie terenowe dane obserwacyjne, stąd konieczność instalacji/zagęszczenia oraz serwisu sieci automatycznych instrumentów pomiarowych parametrów meteorologicznych oraz fizycznych właściwości śniegu.
  • Określenie transferu masy i energii przez pokrywę śnieżną a w konsekwencji kształtowanie reżimu termalnego lodowców. Szczegółowe pomiary mają dążyć do ustalenia temperatury śniegu w profilu pionowym i przepływu ciepła w warstwie śniegu. Studia terenowe sugeruje się wspierać metodami modelowania transferu ciepła w ośrodkach niehomogenicznych.
  • Zdefiniowanie wpływu chemicznych i organicznych składników pokrywy śnieżnej na jej ewolucję, tempo topnienia etc. oraz konsekwencje tych procesów dla hydrologii lodowcowej. Określenie zawartości domieszek oraz ich wpływu na procesy zachodzące w pokrywie śnieżnej wymagają współpracy z chemikami i mikrobiologami.
  • Określenie roli zmienności przestrzennej akumulacji oraz redepozycji śniegu w kształtowaniu bilansu masy lodowców. Zadanie realizowane poprzez szeroko zakrojone badania nad przestrzenną dystrybucją śniegu z wykorzystaniem metod klasycznych, geofizycznych i teledetekcyjnych oraz modelowania matematycznego pola wiatru i redepozycji śniegu na lodowcach.
  • Rozpoznanie krążenia i retencji wód w śniegu oraz ich wtórnej akumulacji, jako elementu cyrkulacji wody w systemie glacjalnym. Szczegółowa analiza zawartości wody oraz dróg migracji wód w pokrywie śnieżnej z wykorzystaniem metod geofizycznych i chemicznych. W ramach niniejszego zadania szczegółowego badania wymaga reorganizacja dróg spływu wód ablacyjnych, która jest warunkowana właściwościami letniej powierzchni lodowca (przepuszczalność, obecność oraz czas aktywacji studni i szczelin w lodowcu). Kolejną kwestią jest badanie tempa perkolacji przez pokrywę śnieżną oraz wierzchnią warstwę lodowca (różnice w zależności od przepuszczalności ośrodka).

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Wskazana we wstępie rola obszarów zlodowaconych jako stanowisk referencyjnych integruje badania śniegu na lodowcach z wszystkimi pozostałymi grupami roboczymi. W szczególności procesy niwalne na lodowcach, takie jak dostawa, redepozycja, metamorfoza, ablacja i inne, uwarunkowane są procesami zachodzącymi w atmosferze. Śnieg zgromadzony na lodowcach stanowi istotny regulator albedo, a jego zmiany determinują bilans energetyczny powierzchni czynnej lodowiec-atmosfera, a co za tym idzie warunki termiczne obu rozgraniczonych ośrodków. Procesy gromadzenia i zaniku śniegu na lodowcach regulują reżim hydrologiczny obszarów niezlodowaconych, a w konsekwencji sterują również funkcjonowaniem ekosystemów lądowych, form morfologicznych na przedpolu, czy też głębokością warstwy czynnej wieloletniej zmarzliny. Zarówno zanieczyszczenia, jak też mikroorganizmy, aerozole morskie i inne substancje chemiczne zdeponowane w pokrywie śnieżnej wpływają na jej sezonową ewolucję, a w konsekwencji na tempo i wielkość ablacji. To z kolei przyczynia się do kształtowania systemu drenażu in- i subglacjalnego oraz bilansu masy lodowców.

HYDROLOGIA

Opracowanie: Adam Nawrot (Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Centrum Studiów Polarnych)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Śnieg w rejonach polarnych jest jednym z trzech głównych składników bilansu wodnego, zarówno w zlewniach zlodowaconych jak i niezlodowaconych, a wody proniwalne mają bezpośredni wpływ na ekosystemy lądowe oraz morskie.
Monitoring i badania hydrologiczne prowadzone w Arktyce pozwoliły na określenie reżimu rzek wybranych zlewni (np. Pulina i in. 1984, Hagen i Lefauconnier 1995, Sobota 2014). Dają wiedzę dotyczącą denudacji chemicznej i mechanicznej, ważnej dla rozwoju bioróżnorodności oraz dla zmian morfologicznych powierzchni lądu (np. Kostrzewski i in. 1989, Hodson i in. 2000, Szpikowski i in. 2014).
Niewątpliwie, zmiany klimatu widoczne również na Svalbardzie, wpływają na pokrywę śnieżną, a tym samym na bilans wodny oraz bilans energetyczny (Winther i in. 2003). Jednakże dane hydrologiczne dostępne dla rejonu Arktyki są nieliczne, a Svalbard nie stanowi wyjątku (Sund 2008). Tym samym badania bilansu wodnego oraz przepływu materii w zlewniach polarnych są niewystarczające, a wpływ zmian klimatycznych na hydrologię zlewni zlodowaconych jest znacznie bardziej złożony niż pierwotnie uważano (Nowak i Hodson, 2013). Dlatego też badania hydrologiczne zlewni polarnych powinny być prowadzone w powiązaniu z innymi dziedzinami nauki.

Priorytetowe kierunki badawcze

  • Udział pokrywy śnieżnej w całkowitym przepływie materii w zlewniach zlodowaconych i niezlodowaconych jest istotny dla rozpoznania źródeł dostawy związków chemicznych oraz zanieczyszczeń do ekosystemu Arktyki. Wiedza ta pozwoli również na określenie zdolności adaptacyjnych lodowców oraz zlewni częściowo zlodowaconych i niezlodowaconych do przechowywania zdeponowanych zanieczyszczeń.
  • Określenie udziału pokrywy śnieżnej w bilansie wodnym zlewni polarnych jest ważne ze względu na procentowy udział poszczególnych składowych bilansu wodnego w całkowitym odpływie ze zlewni zlodowaconych i niezlodowaconych. Pomimo prowadzenia licznych badań hydrologicznych w Arktyce, informacje o bilansie wodnym obszarów polarnych są rzadkie. Dlatego zakłada się określenie roli śniegu w całkowitym bilansie wodnym wytypowanych zlewni Svalbardu.
  • Opracowanie modelu opad-odpływ dla zlewni fiordów polarnych pozwoli na przygotowanie prognoz zmian środowiskowych dla poszczególnych obszarów Spitsbergenu. Większa ilość zlewni testowych pozwoli na lepsze dopasowanie i kalibrację modeli. W tym celu należy ujednolicić metody pomiarowe, wybrać zlewnie pod kątem ich zróżnicowania oraz przeprowadzić testy stosowanych modeli hydrologicznych.
  • Określenie roli śniegu w funkcjonowaniu obszarów podmokłych, w tym jeziorek tundrowych pozwoli na opracowanie modelu obiegu materii pochodzenia atmosferycznego, terygenicznego i antropogenicznego (zanieczyszczenia) w zlewniach jeziornych i na polarnych obszarach podmokłych. Obszary podmokłe oraz jeziora są ważnym źródłem substancji biogennych i mają bezpośredni wpływ na ekosystemy polarne.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Hydrologia zlewni zlodowaconych oraz niezlodowaconych uzależniona jest od czynników atmosferycznych. Zmiany pogody wpływają na zamarzanie oraz rozmarzanie wody uwięzionej w śniegu, lodzie oraz w warstwie czynnej wieloletniej zmarzliny. Prowadzi to również do zmian koncentracji związków chemicznych i sedymentów, które w czasie ablacji są wymywane, transportowane i deponowane w ekosystemie lądowym oraz trafiają do oceanu.
Denudacja chemiczna i mechaniczna decyduje o przepływie materii, a tym samym wpływa na przepływ pierwiastków biogennych oraz zanieczyszczeń w ekosystemie polarnym. Tym samym determinuje występowanie siedlisk bakterii, roślin i zwierząt.
Woda słodka bezpośrednio wpływa na funkcjonowanie obszarów podmokłych, jeziorek tundrowych i jezior, zarówno pod względem biotycznym jak i abiotycznym.
Działalność erozyjna rzek, które w rejonach polarnych charakteryzują się wysoką energią kinetyczną, wpływa na przemiany geomorfologiczne zlewni, w tym stoków i obszarów morenowych, a także plaż i stref brzegowych.
Wszystkie, powyżej wymienione powiązania mają również istotny wpływ na życie i działalność człowieka w rejonach polarnych.
W związku z tym należy stwierdzić, iż szeroko rozumiana hydrologia jest powiązana ze wszystkimi grupami roboczymi Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego.

WIELOLETNIA ZMARZLINA I GEOMORFOLOGIA

Opracowanie: Piotr Dolnicki (Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Skutki współczesnych zmian klimatu stanowią temat rozważań wielu opracowań naukowych (m.in. Repelewska-Pękalowa, Pękala 2007).  Podejmowane są próby określenia symptomów tych zmian, których odzwierciedleniem jest zachowanie się poszczególnych elementów środowiska oraz wytypowanie zjawisk mogących mieć wymiar wskaźnikowy dla śledzenia ich dynamiki. W tym kontekście bardzo istotnym elementem jest śledzenie zmian morfologicznych zachodzących pod wpływem pokrywy śnieżnej, ważnym aspektem jest również dynamika wahania stropu zmarzliny, dla którego istotnym regulatorem jest pokrywa śnieżna. Obserwowana w ostatnich sezonach coraz większa aktywność warstwy czynnej (Christiansen i in. 2003) wpływa na dynamikę zmian procesów geomorfologicznych zachodzących w strefie peryglacjalnej. Wzrost nowo obserwowanych zjawisk jak np. osuszanie zbiorników wodnych, spływ podpowierzchniowy oraz zwiększona dynamika procesów brzegowych stanowią istotny bodziec do podjęcia badań nad wieloletnią zmarzliną. Wyniki badań pokrywy śnieżnej na stokach górskich będą miały istotne znaczenie dla określenia transferu masy ze stoków do zbiorników morskich i lądowych, jak również dla określenia ich wpływu na morfologię stoków. Mogą być one odniesieniem dla rekonstrukcji procesów zachodzących w Europie Środkowej na początku holocenu. Procesy stokowe są także istotne dla ewolucji lądowego środowiska biologicznego na Spitsbergenie. Stabilność pokryw gruzowych jest szczególnie ważna np. dla warunków gniazdowania kolonii ptaków (alczyki – Alle alle) pomiędzy blokami skalnymi.

Priorytetowe kierunki badawcze

Priorytety w zakresie badań geomorfologicznych i wieloletniej zmarzliny wynikają z doświadczenia  zdobytego w obszarach wskazywanych jako referencyjne, dobrze opisanych na podstawie wieloletniej aktywności polskich wypraw. Jest to obszar Ziemi Wedel Jarlsberga i Sørkapp Land (SW Spitsbergen), Ziemia Oskara II  (NW Spitsbergen) oraz Ziemia Dicksona (NE Spitsbergen).

Badania w relacji pokrywa śnieżna i morfologia terenu koncentrują się miedzy innymi na stokach górskich. Zasadniczym elementem poznawczym jest określenie zmian w rzeźbie stoków oraz powierzchni stożków piargowych, warunkowanych zróżnicowaną grubością śniegu i długością zalegania płatów śnieżnych w żlebach i zagłębieniach niwalnych. Kolejnym aspektem jest określenie dynamiki i charakterystyki ruchów masowych (soliflukcja, spełzywanie, lawiny) w zależności od ekspozycji i długości zalegania śniegu  (Chmal i in. 1988, Traczyk i Korabiewski 2008, Repelewska-Pękalowa i Pękala 1993, Repelewska-Pękalowa i Pękala 2004, Owczarek i in. 2013, Repelewska-Pękalowa i in. 2013). Rekomendowane jest wyznaczenie miejsc akumulacji śniegu i materiału zwietrzelinowego transportowanego przez lawiny oraz określenie wielkości i częstości zjawiska poprzez wykorzystanie nowoczesnego sprzętu (czujniki ruchu). Kolejnym elementem badań jest zapis lawin śnieżnych i związanych z nimi dostawami rumoszu do jezior np. w Bratteggdalen, Revdalen, a następnie wykonanie mapy morfologii dna jezior wraz z kartowaniem geomorfologicznym osuwisk i stożków podwodnych. Współcześnie ważnym zagadnieniem jest problem erozji linii brzegowej, a w tym ocena wpływu pokrywy śnieżnej na jej erozję (Forbes 2011, Zagórski 2011). Zasadnym wydaje się podjęcie badań wpływu pokrywy śnieżnej na degradację linii brzegowej i uruchomienie w wybranych miejscach referencyjnych monitoringu grubości śniegu u podstaw klifów. Relacja pomiędzy pokrywą śnieżną i wieloletnią zmarzliną  wymaga stałych pomiarów  grubości pokrywy śnieżnej i termiki warstwy czynnej oraz określenia wpływu zalegających płatów śnieżnych na właściwości fizyczne gruntu (Migała 1991, 1994, Sobota 2013, Dolnicki 2002, 2015). Istotnym założeniem jest również określenie zróżnicowanego tempa degradacji zmarzliny pomiędzy stokami górskimi, a równinną terasą morską, w którym istotne znaczenie ma zmienna przestrzennie miąższość pokrywy śnieżnej.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Wyraźne relacje zachodzące pomiędzy zagadnieniami badawczymi opracowanymi dla grupy wieloletnia zmarzlina i geomorfologia można przypisać grupie ekosystemy lądowe. Zagadnieniem korelującym badania jest m.in. zmiana kolonii ptasich i zmiany morfologiczne na stokach oraz współzależność pomiędzy pokrywą śnieżną, właściwościami fizycznymi gruntu i pokrywą roślinną. Wiele wspólnych zagadnień odnosi się do grupy atmosfera (przebieg podstawowych elementów meteorologicznych), teledetekcja i GIS (detekcja zmian na obrazach fotograficznych, satelitarnych). Grupy takie jak bazy danych i infrastruktura, standaryzacja metod badawczych są uniwersalne i niezbędne w pracy wszystkich grup.

EKOSYSTEMY LĄDOWE, BOTANIKA I MIKROBIOLOGIA

Opracowanie: Bartłomiej Luks (Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk, Centrum Studiów Polarnych), Katarzyna Jankowska (Politechnika Gdańska), Michał Węgrzyn (Uniwersytet Jagielloński)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Pomimo dużego zainteresowania naukowego zmianami klimatycznymi w okresie zimowym, wpływ tych zmian na arktyczne ekosystemy lądowe jest cały czas słabo rozpoznany. Pokrywa śnieżna warunkuje szereg procesów zachodzących w ekosystemie lądowym, w tym obieg wody i bilans energii oraz stanowi swoisty magazyn zanieczyszczeń oraz biogenów deponowanych przez cały okres akumulacyjny. Czas zalegania, cechy fizyczne oraz właściwości chemiczne pokrywy śnieżnej wpływają na funkcjonowanie w obrębie wyleżysk śnieżnych zbiorowisk mikrobiologicznych (Hell i in. 2013), roślinnych (Semenchuk i in. 2013, Cooper 2014, Węgrzyn i Wietrzyk 2015), zwierzęcych (Kohler i Aanes 2004, Hansen i in. 2014) oraz tempo rozmarzania warstwy czynnej (Park i in. 2015). Niezwykle istotną rolę jeśli chodzi o funkcjonowanie arktycznych ekosystemów lądowych ma obserwowane w ostatnim czasie skrócenie okresu zimowego (Cooper 2014) oraz częste zjawiska odwilży oraz opadów deszczu w okresie zimowym (Hansen i in. 2014).

Priorytetowe kierunki badawcze

Biorąc pod uwagę powyższe czynniki oraz zakres deficytów wiedzy (knowledge gaps) w tej materii rekomendowane są następujące kierunki badań:

  • Zjawiska ekstremalne (odwilże, opady deszczu i śniegu) w sezonie zimowym, jako czynniki determinujące charakterystykę pokrywy śnieżnej oraz zachodzące w jej obrębie procesy chemicznie i biologiczne

Kwantyfikacja zjawisk ekstremalnych występujących w okresie zimowym pozwoli na uwzględnienie ich roli w formowaniu struktury pokrywy śnieżnej. Zjawiska te maja niezwykle istotny wpływ na modelowanie miąższości pokrywy śnieżnej oraz wysokości ekwiwalentu wodnego śniegu. Szczegółowa informacja o strukturze wewnętrznej pokrywy śnieżnej jest również istotna przy modelowaniu procesów chemicznych zachodzących w jej obrębie oraz dla lepszego poznania zbiorowisk mikrobiologicznych.

  • Rola lodu spągowego (basal ice) – lodu tworzącego się na powierzchni gruntu w wyniku zimowych odwilży i opadów deszczu) w obiegu wody i biogenów w ekosystemie tundry oraz jego wpływ na funkcjonowanie organizmów tundrowych

W związku z co raz częstszym występowaniem zjawiska „rain on snow” oraz odwilży w okresie zimowym, zwiększa się rola lodu spągowego jako czynnika modyfikującego dynamikę obiegu wody i biogenów w ekosystemach tundrowych. Planowane rozpoznanie rozkładu przestrzennego oraz miąższości lodu spągowego w zlewniach eksperymentalnych ma istotne znaczenie dla rozwoju hydrologicznych oraz biogeochemicznych modeli bilansowych, pozwoli również na lepszą estymację ekwiwalentu wodnego śniegu z obrazowań satelitarnych. Miąższe warstwy lodu spągowego wpływają na opóźnienie startu okresu wegetacyjnego, ograniczają dostęp wody do podłoża i topnieją dużo wolniej niż śnieg. Ponadto, gruba warstwa lodu spągowego praktycznie uniemożliwia dużym roślinożercom (głównie reniferom) pozyskiwanie pożywienia, przyczyniając się do zwiększonej śmiertelności tych zwierząt w okresie zimowym. Zmiany liczebności populacji roślinożerców wpływają z kolei na dynamikę tundrowych zbiorowisk roślinnych.

  • Wpływ deponowanych zanieczyszczeń oraz rozwoju zbiorowisk mikrobiologicznych na zmiany albedo pokrywy śnieżnej

Albedo jest ogniwem jednego z najważniejszych sprzężeń zwrotnych (albedo-temperatura) powiązanych z tzw. wzmocnieniem arktycznym, z którym związane jest tempo wzrostu temperatury powietrza. Poza zmianą wielkości kryształów śniegu oraz ich uwodnieniem, wpływ na zmianę albedo maja również deponowane zanieczyszczenie oraz, co zaobserwowano niedawno na Grenlandii, rozwój zbiorowisk mikrobiologicznych (przede wszystkim glonów prokariotycznych i eukariotycznych).

  • Ocena liczebności, biomasy i składu taksonomicznego mikroorganizmów dostarczanych wraz ze świeżym opadem śniegu w rejon Arktyki

W literaturze światowej coraz więcej uwagi przykłada się do problemu biologicznych zanieczyszczeń powietrza. Liczniejsze są też doniesienia, że mogą one być transportowane na znaczne odległości. Autorzy opisują występowanie bioaerozolu w powietrzu w środowiskach prawie niezmienionych przez człowieka takich jak rejony polarne czy rejony wysokogórskie. Wraz z opadem śniegu następuje depozycja zanieczyszczeń aerozolowych w tym mikrobiologicznych. Dzięki zastosowaniu techniki sekwencjonowania można opisać dynamikę populacji i określić prawdopodobne źródła bakterii przenoszonych w atmosferze, a także ich znaczenie dla ekosystemu.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Zadania badawcze wyznaczone w grupie ekosystemy lądowe i mikrobiologia są ściśle powiązane przestrzennie i tematycznie z zadaniami grup roboczych: lodowce, hydrologia, wieloletnia zmarzlina i geomorfologia oraz atmosfera.

OCEAN I LÓD MORSKI

Opracowanie: Tymon Zieliński,  Waldemar Walczowski (Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk, Centrum Studiów Polarnych)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Ocean jest kluczowym składnikiem arktycznego systemu klimatycznego. Ciepło transportowane przez prądy morskie, zwłaszcza w efekcie procesów związanych z Atlantycką Cyrkulacją Zwrotną (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC), uwalniane jest jesienią i zimą w Arktyce do atmosfery i kształtuje warunki klimatyczne w tym rejonie (Walczowski 2014). Dla zmienności klimatu istotne są zwłaszcza anomalie ciepła transportowane przez Wodę Atlantycką (Schlichtholz 2014, Walczowski i in. 2012). Anomalie te modyfikują również cyrkulację atmosferyczną i poziom zlodzenia Oceanu Arktycznego (Piechura, Walczowski, 2009).  Zależności pomiędzy cyrkulacją atmosferyczną, oceaniczną i zlodzeniem opisane są przez pętlę sprzężeń zwrotnych (Overland i in. 2011). Ocieplenie i zmiany cyrkulacji atmosferycznej powodują redukcję pokrywy lodowej w Arktyce, zmianę albedo powierzchni morza i absorpcję przez ocean większej ilości ciepła latem. To z kolei wywołuje większe strumienie ciepła z oceanu i podgrzanie atmosfery jesienią, co w efekcie pociąga za sobą zmianę cyrkulacji atmosferycznej i globalne ocieplenie, które z kolei prowadzi do dalszej redukcji ilości lodu morskiego. W ten sposób zamyka się pętla sprzężeń zwrotnych mechanizmu wzmocnienia arktycznego (Arctic amplification) powodujących redukcję lodu arktycznego i zmiany klimatyczne (Ryc.).

Pętla współczesnych sprzężeń zwrotnych w Arktyce (Overland i in. 2011)

Pętla współczesnych sprzężeń zwrotnych w Arktyce (Overland i in. 2011)

Priorytetowe kierunki badawcze

  • Spektralne pomiary BRDF śniegu.

Motywacja: W literaturze światowej opisano bardzo niewiele takich pomiarów. Niezbędne do modelowania 3D transferu promieniowania słonecznego oraz teledetekcji.

  • Badania albedo śniegu na paku lodowym za pomocą małego radiometru spektralnego na dronie. Badania, jak widmo zmienia się w zależności od stanu śniegu – stopnia zalania/zachlapania wodą morską, przekrystalizowania, ewentualnie domieszek – glony, sadza itp.

Motywacja:  Albedo lodu jest bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na bilans radiacyjny. Przy ocieplaniu klimatu pak lodowy będzie zajmował coraz większy obszar. Pomiary albedo śniegu na rozdrobnionej krze są możliwe tylko z powietrza.

  • Jak życie na śniegu (ląd) wpływa na własności optyczne śniegu, w szczególności na transmisję spektralną światła przez śnieg i spektralne albedo?Możliwy jest pomiar właściwości optycznych i barwników roślinnych (HPLC).

Motywacja: Interesujące sezonowe zjawisko zakwitów na śniegu, które czasowo wpływa na bilans radiacyjny terenu i prędkość topnienia śniegu (wyższa absorpcja).

  • Zmiany reżimów cieplnych mogą indukować dodatkowy rozwój glonów w powierzchniowej warstwie lodu i może śniegu, są to dodatkowe absorbenty które mogą mieć wpływ na tempo topnienia lodu i śniegu, i bilans energetyczny warstwy powierzchniowej.

Metody: spektralne pomiary właściwości optycznych śniegu i lodu, określanie rodzaju i ilości glonów morskich – i barwniki roślinne (HPLC).

  • Rola śniegu na lodzie w bilansie cieplnym górnej warstwy oceanu w fiordach Svalbardu – modyfikacja strumieni ciepła ocean atmosfera:
    • śnieg na lodzie jako źródło słodkiej wody w fiordach;
    • wpływ śniegu na procesy topnienia lodu morskiego, szczególnie w strefie brzeżnej z otwartym oceanem w tzw. Marginal Ice Zone;
    • wpływ strumieni ciepła z oceanu na topnienie lądowej pokrywy śnieżnej na Svalbardzie.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Kluczowym elementem systemu klimatycznego Arktyki jest pokrywa lodów morskich. Stała pokrywa lodowa ogranicza transfer energii pomiędzy atmosferą i oceanem. Obecność lodu morskiego w okresie zimy i nocy polarnej z jednej strony wpływa na straty w bilansie radiacyjnym powierzchni, lecz z drugiej strony izoluje wody oceanu od utraty ciepła i ogranicza parowanie. W okresie lata obecność lodu morskiego ułatwia powstawanie mgły i zaleganie chmur warstwowych, co ogranicza przychód energii słonecznej do powierzchni oceanu. Dodatkowy wpływ na bilans cieplny regionu mają zgromadzone zasoby ciepła w wodach tych akwenów, gdzie wody arktyczne nie występują.

Zakres występowania lodów zależy zarówno od temperatury i dynamiki atmosfery jak i oceanicznego transportu ciepła. Pokrywa lodów morskich w odróżnieniu od pokrywy zlodowacenia kontynentalnego może relatywnie szybko zmieniać swoją powierzchnię pod działaniem różnych czynników zewnętrznych, co prowadzi do wzrostu zmienności temperatury powietrza. Te powiązania najlepiej pokazuje pętla współczesnych sprzężeń zwrotnych w Arktyce, którą w uproszczeniu można zawrzeć w następującej sekwencji zdarzeń (Ryc.):

  • wzrost temperatury prowadzi do topnienia lodów i śniegów a to do zmniejszenie albedo,
  • ciepło zgromadzone w oceanie, wskutek zmiany albedo, powoduje dalszy wzrost temperatury powietrza.
CHEMIZM I ZANIECZYSZCZENIA ŚNIEGU

Opracowanie: Żaneta Polkowska (Politechnika Gdańska) i Agata Zaborska (Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk, Centrum Studiów Polarnych)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Obecne w Arktyce zanieczyszczenia: związki organiczne takie jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) czy polichlorowane bifenyle (PCB), substancje nieorganiczne np. metale (Hg, Cd, Pb, As) i radionuklidy (Pu, Cs) oraz węgiel elementarny (black carbon) (AMAP 2002) pochodzą głównie z transportu globalnego i dostają się do środowiska poprzez atmosferę, prądy oceaniczne i lód morski. Jako, że zmiany globalne środowiska wpływają na cyrkulację atmosferyczną, prądy oraz transport lodu można się spodziewać zmian w dostawie i przepływie zanieczyszczeń do rejonów arktycznych (Macdonald i in. 2005).

Pokrywa śnieżna jest swoistym “magazynem” zanieczyszczeń atmosferycznych. Cząstki opadu włączają w swój skład zanieczyszczenia zawarte w atmosferze. Przy braku topnienia śniegu dochodzi do kumulowania się całego ładunku zanieczyszczeń w pokrywie śnieżnej. Bardzo istotne znaczenie ma proces redystrybucji wody i zawartych w niej zanieczyszczeń wskutek występującego przewiewania śniegu, w miejscach deflacji (wywiewania) prowadzi do zmniejszenia, a w miejscach akumulacji (nawiewania) do  zwiększenia depozycji zanieczyszczeń. Podczas zalegania pokrywy śnieżnej dokonuje się na jej powierzchni sucha depozycja zanieczyszczeń, odkładają się osady atmosferyczne, śnieg jest redeponowany w inne miejsca, a wewnątrz pokrywy dochodzi do perkolacji wody, przemian fizyko-chemicznych i metamorfozy. W konsekwencji, pokrywa śnieżna pozostaje archiwum przestrzennym i czasowym m.in. opadu, jego procesów wymiany z atmosferą oraz przemian fizycznych i chemicznych wewnątrz pokrywy śnieżnej. Z punktu widzenia chemii pokrywę śnieżną można traktować jako „przyrząd kontrolno-pomiarowy”  stanu i jakości środowiska.

Priorytetowe kierunki badawcze

  • Rozpoznanie czynników wpływających na czasową i przestrzenną zmienność składu chemicznego pokrywy śnieżnej:
    • poznanie procesów wymiany fizycznej i chemicznej pomiędzy składnikami atmosfery, a powierzchniami śniegu i lodu;
    • zdobycie wiedzy na temat reakcji (utlenianie, fotoliza) zachodzących w i na powierzchni śniegu oraz cząstek lodu;
    • poznanie roli fizycznych właściwości substancji chemicznych (np. rozpuszczalność, ciśnienie pary) w zmianach ładunku chemicznego i jego uwalnianiu z pokrywy śnieżnej.
  • Pokrywa śnieżna jako środek transportu i „reaktor” dla związków chemicznych zawartych w dolnych warstwach atmosfery:
    • identyfikacja grup związków obecnych w pokrywie śnieżnej przy zastosowaniu nowoczesnych technik analitycznych (np. GCxGC-MS, LCxLC-MS);
    • oznaczenie ilościowe zanieczyszczeń:

– związków z grupy Trwałych Zanieczyszczeń Organicznych np. związki dioksynopodobne, WWA, PCB oraz tzw. nowopojawiające się związki o właściwościach przyczyniających się do naruszania mechanizmu homeostazy ekosystemów narażonych na ich działanie (np. endokrynnych);

– metali ciężkich uznawanych za zanieczyszczenia (Hg, As, Cd, Pb, Cu, Zn) oraz radionuklidów antropogenicznych (239,240Pu, 238Pu, 90Sr, 137Cs)

– węgla elementarnego „black carbon”, węgla organicznego i stabilnych izotopów węgla i azotu (d13C, d15N)

  • zastosowanie techniki „odcisku palca” (fingerprint) w celu rozpoznania źródeł badanych związków organicznych, metali i radionuklidów oraz zdarzeń incydentalnych (np. wybuchy wulkanów, katastrofy ekologiczne, wypalanie dużych powierzchni lasów) poprzez zastosowanie m.in. diagnostycznych stosunków stężeń związków obecnych w pokrywie śnieżnej np. stosunki wybranych WWA, 206Pb/207Pb czy 239,240Pu/137Cs;
  • Określenie ładunków zanieczyszczeń transportowanych w rejon Spitsbergenu poprzez atmosferę oraz lód morski.

Badania przeprowadzone będą tak by określić zmiany stężeń i źródeł zanieczyszczeń w środowisku arktycznym w skali wieloletniej oraz sezonowej.

  • Skala sezonowa – ocena zanieczyszczenia współczesnego opadu atmosferycznego (śniegu, deszczu oraz jednorocznego i wieloletniego lodu morskiego (transportowanego w rejon Spitsbergenu z wybrzeży Syberii, Pavlov i in. 2004). Oznaczenia stężenia zanieczyszczeń organicznych, radionuklidów, metali ciężkich i węgla elementarnego będą odbywać w próbkach pobieranych co miesiąc przez okres 2 lat, co pozwoli na określenie dokładnego ładunku zanieczyszczeń w poszczególnych miesiącach/sezonach.
  • Skala wieloletnia – zostaną zbadane rdzenie lodowe pobrane z lodowca/ów w rejonie fiordu Hornsund. Datowanie poszczególnych warstw rdzeni (210Pb) pomoże odtworzyć historię akumulacji zanieczyszczeń atmosferycznych w rejonie Hornsundu w czasie ostatnich 150 lat. Wykonane zostaną oznaczenia stężenia radionuklidów, metali ciężkich, WWA i PCB i węgla elementarnego. Wykorzystanie określonych wskaźników pochodzenia zanieczyszczeń (np. stosunków wybranych WWA, 206Pb/207Pb czy 239,240Pu/137Cs) pozwoli określić źródła tych zanieczyszczeń w poszczególnych latach.
  • Określenie dynamiki migracji i wymywania zanieczyszczeń z pokrywy śnieżnej:
    • określenie zróżnicowanego tempa uwalnianie analitów
    • porównanie zmierzonych wielkości depozycji w czasie epizodów odwilżowych z wyznaczonymi ładunkami krytycznymi (np. dla SOx, NOx).
  • Wykorzystanie zaawansowanych technik chemometrycznych (analizy wiązkowej, analizy głównych składowych, samoorganizujących się map SOM) do opracowywania wieloparametrowych zbiorów danych dotyczących wyników oznaczanych związków organicznych i nieorganicznych w próbkach pokrywy śnieżnej w celu wydobycia użytecznych (data mining) dodatkowych informacji nt. zmian poziomu stężeń analitów w czasie; występowania, siły zależności pomiędzy poszczególnymi parametrami oraz próby identyfikacji źródeł emisji poszczególnych związków, a także w celu ułatwienia wizualizacji wewnętrznej struktury wielowymiarowego zbioru otrzymanych wyników.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Badania stężeń a także procesów wpływających na źródła, ładunek i los zanieczyszczeń w pokrywie śnieżnej połączą dziedzinę chemii środowiskowej z badaniami z zakresu meteorologii, glacjologii, oceanografii fizycznej, biologii a także badań społecznych.

Tematy badawcze określone przez grupę „Chemizm i zanieczyszczenia śniegu” będą realizowane we współpracy z wszystkimi grupami tematycznymi Polskiego Svalbardzkiego Programu Śnieżnego:

  • czasowe i przestrzenne zmiany występowania i wysokości form opadów oraz relacje z cyrkulacją atmosfery („Atmosfera”);
  • obserwacje cyklu rozwoju i zaniku pokrywy śnieżnej w odniesieniu do warunków meteorologicznych („Lodowce”);
  • określenie roli zmiennych w czasie parametrów pokrywy śnieżnej w procesach biologicznych i chemicznych zachodzących w ekosystemie lądowym („Ekosystemy lądowe, botanika i mikrobiologia”);
  • współpraca z zakresie zmian sezonowych śniegu i pokrywy lodowej w fiordach, transportu pokrywy lodowej w rejon Spitsbergenu oraz wpływu „black carbon” na albedo lodu („Ocean i lód morski”);
  • określenie wpływu działalności ludzkiej, np. przemysłu wydobywczego w Arktyce na zanieczyszczenie pokrywy śnieżnej („Człowiek”).
CZŁOWIEK

Opracowanie: Marta Bystrowska (Uniwersytet Śląski, Centrum Studiów Polarnych)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Dynamika i charakter interakcji człowieka z pokrywą śnieżną w Arktyce nie zostały dotychczas dobrze rozpoznane. W kontekście Arktyki analizowany był przez badaczy wpływ zmian klimatycznych na życie rdzennej ludności, czy też działalność turystyczną (Rauken i Kelman 2012, Luthe i in 2012, Becken i Hay 2007, Scott i in. 2005), niemniej bardziej szczegółowo wpływ zmian pokrywy śnieżnej i opadów śniegu na działalność człowieka nie był dotychczas analizowany. Jednocześnie śnieg i jego parametry wpływają na możliwość i charakter organizacji turystyki (długość sezonu, oferowane aktywności i atrakcje), możliwości polowań, czy rolnictwa w przypadku mieszkańców Arktyki, ale również na bezpieczeństwo w Arktyce (wpływ na transport drogowy, zagrożenie lawinowe).

Biorąc pod uwagę powyższe, istotnym aspektem planowanych badań w obszarze śniegu jest uwzględnienie jego wpływu na działalność i życie człowieka poprzez analizę obserwowanych i potencjalnych zmian w organizacji działalności człowieka, podejmowanych strategii adaptacyjnych, kosztów adaptacji, wpływ na rozwój społeczny i gospodarczy.

Jednocześnie interesującym uzupełnieniem prowadzonych analiz w obrębie śniegu będzie wykorzystanie wiedzy lokalnych mieszkańców, tzw. local ecological knowledge, w lepszym zrozumieniu zachodzących procesów i wykorzystanie lokalnych obserwacji do uzyskania pełnego obrazu zachodzących w obrębie pokrywy śnieżnej przemian.

Priorytetowe kierunki badawcze

Priorytetowe kierunki badawcze (z uwagi na ograniczony charakter obecności i działalności człowieka na Svalbardzie, niektóre z propozycji nie są zasadne dla tego obszaru, ale będą mogły być realizowane w ramach szerszego programu arktycznego organizowanego przez IASC):

  • Rola śniegu w rozwoju turystycznym: określenie roli zmian pokrywy śnieżnej w turystyce zimowej, w tym koszty związane z zanikiem pokrywy śnieżnej, wpływ opadów stałych na atrakcyjność turystyczną i organizację turystyki, m.in. w rejonie Svalbardu [zdecydowana większość atrakcji turystycznych na Svalbardzie jest oparta o śnieg (skutery śnieżne, psie zaprzęgi, narty), w związku z tym istotne dla przyszłości tego sektora jest określenie czy i w jaki sposób zmiany pokrywy śnieżnej mogą wpłynąć na działalność turystyczną. Ewentualne wnioski mogą być źródłem rekomendacji dla branży turystycznej].
  • Wpływ pokrywy śnieżnej na transport drogowy: wpływ opadów śniegu na dostępność transportową i bezpieczeństwo w ruchu drogowym, w tym wpływ opadów śniegu na wypadki i obrażenia w ruchu (potencjalny obszar badań – Kanada, Alaska, Skandynawia, Rosja jako regiony, gdzie transport drogowy odgrywa istotną rolę w dostępie do obszarów peryferyjnych na dużych odległościach. Ewentualne wnioski mogą być źródłem rekomendacji dla poprawy bezpieczeństwa w ruchu drogowym).
  • Wpływ przemysłu wydobywczego w Arktyce na stan pokrywy śnieżnej – jest to obszar ściśle związany z analizą zanieczyszczeń, niemniej dodatkowe uwzględnienie aspektów ekonomicznych oraz ewentualnych kosztów redukcji zanieczyszczeń przez przemysł stanowią ważne uzupełnienie tego obszaru badawczego, co pozwoli lepiej zrozumieć kwestie zasadności wydobycia surowców w Arktyce oraz kosztów i zagrożeń z tym związanych.
  • Analiza wpływu zmian pokrywy śnieżnej na styl życia i organizację społeczności rdzennej ludności zamieszkującej Arktykę (potencjalny obszar badań – Grenlandia, Kanada, gdzie związek: życie rdzennych mieszkańców z aktywnościami uzależnionymi od pokrywy śnieżnej jest szczególnie istotny. Analiza zmian pokrywy śnieżnej i modelowanie tych zmian mogą dostarczyć informacji nt. przyszłości rdzennych mieszkańców Arktyki).
  • Wykorzystanie wiedzy lokalnej (local ecological knowledge) dla modelowania zmian w obrębie pokrywy śnieżnej – wykorzystanie lokalnych obserwacji, jako uzupełniającego źródła informacji o stanie i zmianach pokrywy śnieżnej oraz opadów, badania jakościowe w tym zakresie pozwolą uzupełnić deficyty wiedzy, rozpoznać ewentualne nowe problemy i aspekty badawcze, a także przyczynić się do poprawy zdolności adaptacyjnych mieszkańców Arktyki do zachodzących zmian.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Obszar badań grupy roboczej „Człowiek” stanowi pomost pomiędzy naukami o ziemi i naukami społecznymi. Dzięki temu osiągnięcia nauk ścisłych mogą zyskać szerszy wymiar praktyczny i przyczynić się do poprawy jakości życia i działalności człowieka w Arktyce. Przyczynić się też może do lepszego funkcjonowania człowieka w zmieniającym się środowisku naturalnym i zrozumieć interakcje pomiędzy człowiekiem, a środowiskiem.

Najściślej działania w ramach grupy roboczej są związane z grupą dot. zanieczyszczeń, ale też w sposób pośredni z grupami dotyczącymi atmosfery, lodu morskiego, lodowców i wieloletniej zmarzliny.

TELEDETEKCJA I GIS

Opracowanie: Dariusz Ignatiuk (Uniwersytet Śląski, Centrum Studiów Polarnych)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Wypracowanie jednolitego systemu metodyki pomiarów teledetekcyjnych, opracowań danych satelitarnych oraz lotniczych wraz z homogeniczną dla wszystkich grup roboczych metodyką opracowań GIS pozwoli na płynną integrację zadań poszczególnych WG w interdyscyplinarne opracowania. Istnieje duża potrzeba ujednolicenia i standaryzacji metodyki oraz analizy danych teledetekcyjnych i GIS-owych w różnych ośrodkach naukowych. Niezbędne jest także stworzenie baz danych w celu usystematyzowania posiadanych danych. Na podstawie dostępności danych satelitarnych, lotniczych oraz możliwości pomiarów naziemnych należy wyznaczyć obszary kluczowe oraz strefę bezpośredniego monitoringu pokrywy śnieżnej w rejonach polskiej aktywności na Spitsbergenie.

Priorytetowe kierunki badawcze

  • Teledetekcja naziemna:
    • Przyjęcie wspólnych metod pomiarowych dotyczących teledetekcji obejmujących posiadaną aparaturę pod kątem rozwiązania konkretnych celów i problemów odpowiednich grup roboczych: skaning laserowy, termowizja, kamery poklatkowe.
    • Stworzenie jednolitej charakterystyki kluczowych obszarów badań uwzględniającej m.in. topografię i geomorfologię. Prace te obejmą stworzenie osnowy geodezyjnej na wybranych obszarach, na podstawie której prowadzony będzie regularny monitoring przestrzennego rozkładu pokrywy śnieżnej z wykorzystaniem metod teledetekcyjnych.
  • Teledetekcja satelitarna i lotnicza:
    • Regularne pozyskiwanie najnowszych danych satelitarnych (m.in. MODIS, SENTINEL) dotyczących rozkładu przestrzennego i właściwości pokrywy śnieżnej z minimum jedną serią danych dla każdego sezonu zimowego dla wszystkich obszarów badań.
    • Wykorzystanie bezzałogowych systemów latających jako uzupełnienie pomiarów naziemnych i satelitarnych.
  • GIS
    • Stworzenie homogenicznych modeli terenu oraz wypracowanie metod analiz kompatybilnych dla wszystkich obszarów badań.
    • Jednolite opracowania danych z wykorzystaniem narzędzi geostatystycznych i modeli numerycznych.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

  • Stworzenie homogenicznych numerycznych modeli terenu dla kluczowych obszarów badań.
  • Jednolite wykorzystanie dostępnej aparatury w celach monitoringu pokrywy śnieżnej.
  • Rozwój i korzystanie z nowych metod badawczych porywy śnieżnej: mikrofale, SAR, skaning laserowy.

Wyznaczenie obszarów kluczowych/reperowych i ekstrapolacja wyników badań na duże obszary z wykorzystaniem metod teledetekcyjnych i modelowania.

STANDARYZACJA METOD BADAWCZYCH

Opracowanie: Ireneusz Sobota (Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu)

Zarys problemu w odniesieniu do aktualnego stanu wiedzy. Motywacja

Jedną z najważniejszych zasad w nauce jest możliwość porównywania wyników prowadzonych badań w różnych obszarach i w różnym czasie. W związku z tym niezbędna jest standaryzacja metod badawczych.

Badania pokrywy śnieżnej, a zwłaszcza jej wybranych cech fizyczno-chemicznych, prowadzone są często nieco odmiennymi metodami, choć cele są bardzo podobne. Istnieją określone międzynarodowe standardy tego rodzaju badań, które powinny być wykorzystywane przez wszystkich zainteresowanych programem badań śnieżnych.

Priorytetowe kierunki badawcze

Ujednolicone metody badań zastosowane będą dla wszystkich grup objętych programem, dla zadań takich jak: rozkład przestrzenny pokrywy śnieżnej na lodowcach oraz polach testowych w okresie maksimum akumulacji w referencyjnych punktach zlewni zlodowaconych i niezlodowaconych; rozpoznanie krążenia i retencji wód w śniegu oraz ich wtórnej akumulacji, jako elementu cyrkulacji wody w systemie glacjalnym; przestrzenne zróżnicowanie właściwości śniegu na obszarach zlodowaconych (lodowcach) i niezlodowaconych (tundra etc.); pomiary tła meteorologicznego (temp. powietrza, wilgotność ) oraz obserwacje tempa rozwoju i zaniku pokrywy śnieżnej, bilans masy lodowców oraz innych.

Planuje się wykonywać pomiary cech fizyczno-chemicznych (temperatura, gęstość, konduktywność, pH, rozmiar i kształt ziaren itp.) w profilu śniegowym z użyciem standardowych przyrządów według propozycji Komisji Badań Śniegu i Lodu (Kaser in. 2003, Hubbard i Glasser 2005, Fierz i in. 2009, Cogley i in. 2011, Sobota 2013).

Wszystkie badania będą wykonywane w tych samych przedziałach czasowych oraz w podobnych ekotopach, jednakże na obszarach o zróżnicowanych warunkach środowiskowych i położonych w różnych obszarach Svalbardu. Jednolite metody badań oraz ciągłość badań możliwa będzie przede wszystkim dzięki istniejącej infrastrukturze polskich stacji badawczych i jednostek mobilnych.

Efektem jednolitego podejścia badawczego do wszystkich zaplanowanych zadań będzie przygotowanie studiów porównawczych pokrywy śnieżnej na całym Svalbardzie, wynikiem których będą interdyscyplinarne opracowania i dysertacje naukowe.

Powiązania z innymi dziedzinami, interdyscyplinarność

Standaryzacja metod ma kardynalne znaczenie w kalibracji i walidacji modeli środowiskowych w oparciu o badania „in situ” prowadzone we wskazanych obszarach referencyjnych.

Zaproponowane i ujednolicone metody badawcze pokrywy śnieżnej przyczynią się do zwiększenia możliwości wspólnych badań porównawczych pomiędzy poszczególnymi grupami roboczymi, a ich standaryzacja będzie koniecznym warunkiem prowadzonych prac.

BAZY DANYCH I INFRASTRUKTURA

Opracowanie: Łukasz Małarzewski, Tomasz Budzik (Uniwersytet Śląski, Centrum Studiów Polarnych)

Zadania wymagane do realizacji Programu Śnieżnego:

  1. Zgromadzenie informacji o infrastrukturze techniczno-pomiarowej i logistyce niezbędnej do zrealizowania celów i poszczególnych tematów programu;
  2. Zbudowanie wspólnej bazy danych (metadane, wyniki pomiarów) w formie dwujęzycznego (polsko-angielskiego) portalu internetowego.

Zadania będą realizowane poprzez:

  • Utworzenie bazy metadanych czyli dostępu do „informacji o informacji” w postaci odpowiednio skatalogowanych, sklasyfikowanych oraz posiadanych informacji o infrastrukturze naukowo-technicznej, oraz danych pomiarowych;
  • Dostęp do zgromadzonych informacji oraz danych poprzez sieć internetową;
  • Rozpowszechnienie informacji o posiadanych zbiorach danych;
  • Rozpowszechnienie informacji o potencjale technicznym oraz naukowym.

Kluczowe obszary badań, miejsca referencyjne

Polska Stacja Polarna Hornsund im. Stanisława Siedleckiego
    1. Ogródek meteorologiczny Polskiej Stacji Polarnej Hornsund , (N 77.00° E 15.54°)

Stacja meteorologiczna SYNOP 01003 działa przy Polskiej Stacji Polarnej Hornsund od początków jej istnienia. Ciągłe obserwacje parametrów meteorologicznych dostępne są od 1983 roku. (standardowe pomiary meteorologiczne, promieniowanie słoneczne, bilans promieniowania, chemizm opadów atmosferycznych, miąższość pokrywy śnieżnej: dobowo, ekwiwalent wodny śniegu: co 5 dni, suma opadów atmosferycznych: co 6 godzin).

    1. Zlewnia Fuglebekken  (N 77.01  E 15.55)

Przed 2013 obszar badany nieregularnie (hydrografia, chemizm wód, wieloletnia zmarzlina, mikrobiologia, botanika, gleby).

Regularne obserwacje i pomiary.

Od października 2013:

      • miąższość pokrywy śnieżnej w 20 punktach: co tydzień
      • ekwiwalent wodny śniegu w 6 punktach: co tydzień

Od kwietnia 2014:

      • dobowy rozkład pokrywy śnieżnej i dynamika ablacji na podstawie zdjęć poklatkowych, – cotygodniowe pomiary miąższości pokrywy śnieżnej. Pomiary obejmują przede wszystkim dolną część zlewni.
    1. Lodowiec Hansa (N 77.04°  E 15.65°)

Pomiary bilansu masy lodowca od 1988 roku.

Regularne pomiary od 2003 roku:

      • miąższość pokrywy śnieżnej na tyczkach ablacyjnych: co tydzień w strefie ablacyjnej, co miesiąc w strefie akumulacyjnej
      • szurfy śnieżne w maksimum grubości pokrywy (wiosna); struktura pokrywy śnieżnej, cechy fizyko-chemiczne, ekwiwalent wodny
      • chemizm  świeżego śniegu w profilu hipsometrycznym
      • dwie automatyczne stacje meteorologiczne (strefa akumulacyjna i ablacyjna)
      • monitoring miąższości pokrywy śnieżnej z wykorzystaniem GPR (od 2011 roku)
    1. Ariedalen (N 77.0167°, E 15.4962°)

W latach 2007-2009, a od 2013 roku pomiary śniegu w dolinie Ariedalen odbywają się w ramach monitoringu środowiska prowadzonego przez Polską Stację Polarną w Hornsundzie.

roczny bilans Lodowca Arie: pomiar tyczek ablacyjnych we wrześniu oraz w maksimum akumulacji.

pomiar miąższości i gęstości śniegu w dolinie Ariedalen i na Lodowcu Arie wykonywany raz w sezonie w latach 2007, 2008, 2014, 2015.

chemizm pokrywy śnieżnej – wraz z pomiarem miąższości i gęstości śniegu pobierane są próbki śniegu na określenie składu chemicznego. W tym celu wykonywane są szurfy śnieżne w profilu pionowym lodowca. W laboratorium chemicznym Polskiej Stacji Polarnej Hornsund wykonuje się analizy chemiczne

    1. Chemizm opadów:

Śnieg zbiera się po każdym opadzie. Następnie analizy chemiczne według następującej kolejności:

      1. wykonywanie pomiarów podstawowych parametrów fizyko-chemicznych (pomiar przewodnictwa el. właściwego i pH) w próbach opadów atmosferycznych natychmiast po ich pobraniu (próby śniegu należy stopić w temperaturze pokojowej) przed i po filtrowaniu,
      2. przefiltrowanie przez filtr membranowy 0.45 μm w szklanym zestawie do sączenia Millipore i przelanie próbki do opisanego pojemnika, zabezpieczenie filtra,
      3. wykonanie analizy kationów i anionów na chromatografie jonowym,
      4. wykonanie analizy zasadowości,
      5. wykonanie bilansu jonowego,
      6. zabezpieczenie próbek i zmagazynowanie ich w ciemnym i chłodnym miejscu (próbki 60 ml) – na wypadek potrzeby wykonania powtórnych lub dodatkowych analiz lub ewentualnego wysłania próbek do kraju.
Stacja Polarna Uniwersytetu Wrocławskiego im. Stanisława Baranowskiego (Baranówka)

Stacja Uniwersytetu Wrocławskiego, założona w 1972 roku, usytuowana na przedpolu Lodowca Werenskiolda,  w odległości 16 km na NW od Stacji PAN. Transport drogą morską a obecnie łatwość badań zimowych w oparciu o transport skuterami śnieżnymi z PSP.

Badania prowadzone głównie w sezonie letnim:

    • bilans masy lodowca
    • hydrologia i chemizm wód lodowcowych
    • geomorfologia strefy marginalnej lodowca
    • ruchy masowe, soliflukcja
    • warunki meteorologiczne na lodowcu i przedpolu lodowca (klimat lokalny)
Stacja Uniwersytetu Adama Mickiewicza (AMUPS)

Badania Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu w otoczeniu zatoki Petunia (Billefjorden) zapoczątkowane zostały w latach 1980. Stacja Polarna UAM (AMU Polar Station, AMUPS) zyskała swoją ostateczną lokalizację na zachodnim brzegu zatoki latem 2015 roku. AMUPS znajduje się kilka kilometrów od opuszczonej rosyjskiej kopalni Pyramiden, co czyni ją łatwo dostępną, szczególnie w sezonie letnim, gdy do Pyramiden kursują codziennie statki turystyczne. Stacja składa się z 3 domków o łącznej powierzchni 40 m2 i może w niej przebywać jednocześnie ok. 10 osób.

Prace terenowe są wykonywane przede wszystkim w okresie lipiec-wrzesień, lecz również w sezonie wiosennym (kwiecień/maj). Badania prowadzone w oparciu o AMUPS dotyczą przede wszystkim geomorfologii, glacjologii, hydrologii i wieloletniej zmarzliny, choć realizowane są także projekty interdyscyplinarne, włączające m.in. zagadnienia biologiczne. W latach 2010-2015 głównymi obiektami badań były lodowce Sven (4 km2) i Pollock (1 km2). Dla obu z nich zebrano w tym okresie dane m.in. o wielkości zimowej akumulacji śniegu i jej uwarunkowaniach, rocznym bilansie masy, topoklimacie i hydrologii.

Stacja Uniwersytetu Marii Curie Skłodowskiej (CALIPSO)

Stacja Polarna UMCS zlokalizowana jest w obrębie kompleksu budynków osady górniczej Calypsobyen. Na początku XX wieku rejon Bellsundu był jednym z głównych obszarów działalności założonej w 1910 roku firmy NEC (Northern Exploration Company), która podejmowała tutaj próby wydobycia węgla i innych kopalin. Calypsobyen stanowi skansen budownictwa przemysłowego z początku XX wieku. Obecnie osada składa się z drewnianych zabudowań zachowanych w różnym stanie. Na mocy pozwolenia Gubernatora Svalbardu, od 1986 roku zabudowania w Calypsobyen są bazą główną Wypraw Polarnych Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej. Obszar pomiędzy Dunderdalen a Malbuktą, odgraniczony umownie od południa równoleżnikiem 78°26’ i wodami Bellsundu od północy, to obszar górski, silnie rozczłonkowany przez doliny wypełnione lodowcami, zajmujący część NW regionu zwanego Wedel Jarlsberg Land. W części dolin lodowce są lepiej rozwinięte (Renardbreen, Scottbreen) i czasem wypełniają je całkowicie (Recherchebreen), a niektóre doliny są już prawie w całości wolne od lodu i odsłaniają swoje rozległe, płaskie dna (Dunderdalen, Chamberlindalen).

Badania ekspedycyjne prowadzone są zasadniczo w sezonie letnim i obejmują:

  • obserwacje meteorologiczne jako tło do analiz i opracowywania innych zagadnień szczegółowych;
  • zmiany geometrii i zasięgu czół lodowców – Scottbreen, Renardbreen, Blomlibreen, Cramerbreane, Recherchebreen;
  • bilans śnieżny i chemizm pokrywy śnieżnej lodowców – Scottbreen, Renardbreen, Blomlibreen, Cramerbreane, Recherchebreen;
  • hydrologię (bilans wodny) i hydrochemię wód proglacjalnych i proniwalnych – Scottelva, Renardelva, Chamderlinelva;
  • badania czynnej warstwy zmarzliny w kontekście aktywności procesów geomorfologicznych (ruchy masowe, soliflikcja);
  • określenie wpływu różnych typów zlodzenia wybrzeża na transformację strefy brzegowej i redystrybucję materiału wywołane falowaniem, pływami i prądami morskimi.
  • jakościowe i ilościowe określenie znaczenia poligenetycznego lodu brzegowego dla ochrony i odbudowy wybrzeży polarnych
Stacja Polarna Uniwersytetu Mikołaja Kopernika

Stacja Polarna Uniwersytetu Mikołaja Kopernika została założona w 1975 roku i usytuowana jest w zachodniej części Ziemi Oskara II (Oscar II Land), w północnej części nadmorskiej niziny Kaffiøyra, graniczącej od zachodu z cieśniną Forland. Zlokalizowano ją w rejonie Heggodden, około 150 metrów od brzegu morskiego, u podstawy moren czołowych Lodowca Aavatsmarka.

Badania prowadzone głównie w sezonie letnim (glacjologia, geomorfologia, meteorologia,  hydrografia, wieloletnia zmarzlina, botanika, gleby).

Od 1996 roku regularne badania glacjologiczne i warstwy czynnej zmarzliny:

  • Lodowiec Waldemara 78.67796º N 12.058421º E, 2,47 km2 (od  1996 roku)
  • Lodowiec Ireny 78.663574º N 12.119139º E, 4,05 km2 (od 2002 roku)
  • Lodowiec Elizy 78.648506º N 12.249668º E, 10,17 km2 (lata 2005-2013)
  • Tundra regionu Kaffiøyry (od 1996 roku w wybranych sezonach)

Pomiary wykonywane pod koniec kwietnia lub w pierwszej połowie maja każdego sezonu, w ostatnim okresie zimowej akumulacji śniegu, a także w sezonie letnim.

Rozkład przestrzenny akumulacji śniegu – Pomiary głębokości śniegu w każdym sezonie wykonywano w około 100-150 punktach, co dało bardzo dokładny obraz zróżnicowania przestrzennego zimowej akumulacji. Punkty znajdowały się stosunkowo blisko siebie, gdyż zróżnicowanie miąższości jest często bardzo duże, głównie ze względu na topografię i warunki anemologiczne. Lokalizację punktów pomiarów określano na podstawie pomiarów geodezyjnych i odbiornikiem GPS, a następnie nanoszono na mapę topograficzną lodowca w skali 1:10 000. Bazowymi punktami pomiarowymi są tyczki ablacyjne.

Głównym celem badań było/jest określenie zasobów wody w śniegu i ocena przychodowej części równania ich bilansu masy, które nieprzerwanie prowadzone są od 1996 roku. Częścią tych badań są pomiary ablacji lodowców w każdym sezonie letnim w oparciu o sieć tyczek ablacyjnych.                                       

Profile śniegowe – analiza wybranych cech fizycznych pokrywy śnieżnej. Głównie dotyczyło to struktury, rodzaju uziarnienia i twardości (zwartości) śniegu. Określano jego gęstość i zapasy wody (wiosną i latem), jak również temperaturę na różnych głębokościach. Wszystkie elementy i stratyfikację warstw w każdym profilu opisywano i przedstawiono graficznie zgodnie ze standardami proponowanymi przez Międzynarodową Komisję Śniegu i Lodu (ICSI).

W niektórych sezonach wykonywano pomiary konduktywności oraz pH.

Wieloletnia zmarzlina – badania wieloletniej zmarzliny ze szczególnym uwzględnieniem roli pokrywy śnieżnej na tempo i wielkość jej odmarzania prowadzone od roku 1975, a systematyczne od roku 1996. Dotyczą przede wszystkim wielkości sezonowego odmarzania gruntu (miąższości warstwy czynnej i jej dynamiki), a także jej termiki (Sobota i Nowak 2014). Objęte pomiarami punkty reprezentują charakterystyczne dla regionu Kaffiøyry formy rzeźby: piaszczystą plażę, równinę tundrową i wał morenowy.

Hydrologia – badania hydrologiczne, głównie odpływu z lodowców prowadzone od 1975 roku. Od roku 1996 stałe punkty pomiarowe w Rzece Waldemara (m.in. natężenie przepływu, transport zawiesiny, temperatura, konduktywność).

S/Y „Oceania”

Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk jest właścicielem i armatorem żaglowego statku badawczego r/v „Oceania”.

R/v „Oceania” jest jedynym polskim statkiem badawczym przystosowanym do prowadzenia badań oceanograficznych w szerokim zakresie fizyki, chemii, ekologii i biologii morza na nieograniczonych akwenach i wyposażonym w nowoczesne laboratoria (chemiczne, spektroskopowe, komputerowe), unikatową aparaturę naukową (próbniki osadów dennych, czujniki optyczne i akustyczne, urządzenia do poboru wody morskiej) i instalacje pokładowe umożliwiające prowadzenie pomiarów oceanograficznych do głębokości 5000 m. Wyposażenie odpowiada współczesnym standardom światowym.

Każdego roku „Oceania” spędza 230-270 dni na morzu, w tym około 80 dni na Morzach Nordyckich i Spitsbergenie (czerwiec-sierpień), wykonując kilkanaście rejsów na Morzu Bałtyckim oraz rejs w rejony Arktyki Europejskiej. Wyprawy te związane są z większością prac badawczych własnych oraz programów międzynarodowych, w których uczestniczy IO PAN.

Polski Svalbardzki Program Śnieżny – pdf