Zróżnicowanie temperatury powierzchni czynnej moreny lodowca Aavatsmarka (Ziemia Oskara II, NW Spitsbergen) w zależności od ekspozycji

Transkrypt

1 XIV Sympozjum Polarne, Lublin 1987 Instytut Geografii, Zakład Klimatologii Uniwersytetu M. Kopernika, Toruń GABRIEL WÓJCIK, RAJMUND PRZYBYLAK Zróżnicowanie temperatury powierzchni czynnej moreny lodowca Aavatsmarka (Ziemia Oskara II, NW Spitsbergen) w zależności od ekspozycji The differentiation of active surface temperature of Aavatsmark Glacier moraine (Oscar II Land, NW Spitsbergen) in dependence on exposition WSTĘP Rozkład temperatury gruntu w profilu pionowym i jego dynamika w czasie, tj. w cyklu dobowym i rocznym jest pochodną czynnika solarnego, warunków klimatycznych i właściwości fizycznych suchego gruntu. Dodatkowe oddziaływanie takich czynników geograficznych jak pokrycie powierzchni gruntu, jego uwilgotnienie oraz rzeźba i z nią wynikająca ekspozycja stoków względem słońca, powodują lokalne zmiany reżimu termicznego (Jahn A. i Walker H. J., 1983). Termika gruntu, rozkłady temperatury w profilu pionowym oraz temperatura powierzchni czynnej na Spitsbergenie są omawiane w kilku publikacjach (np. Baranowski S. 1968; Kamiński A. 1985; Wójcik G. 1982; Wójcik G., Marciniak K. 1983; Wójcik G., Marciniak K., w druku; Wójcik G., Przybylak R., w druku). W niniejszym doniesieniu przedstawiamy wyniki badań nad kształtowaniem się temperatury minimalnej i maksymalnej na powierzchni czynnej w zależności od ekspozycji. METODA 3 MATERIAL Toruńskie Wyprawy Polarne od 1978 r. prowadzą na Równinie Kaffióyra badania nad termiką gruntu trzech ekotopów: piaszczystej plaży, moreny i tundry. W lecie 1982 r. kontynuowano je wg dotychczasowego schematu (na głębokościach 0, 1, 5, 1 0, 2 0 i 50 cm, w 4 terminach obserwacyjnych o godz. 01,07,13 i 19 LMT), a prócz tego przeprowadzono kilkudniowe badania nad temperaturą powierzchni czynnej kopulastej formy na zewnętrznym wale moreny czołowo-bocznej lodowca Aavatsmarka, w zależności od ekspozycji. Na stokach zwróconych ku północy (N), wschodowi (E), południowi (S) i zachodowi (W), a także na spłaszczonej szczytowej powierzchni formy (morena) mierzono temperaturę minimalną i maksyirulną przy pomocy termometrów ekstremalnych, ułożonych na powierzchni tak, by receptory dotykały gruntu. Wyniki tych pomiarów prezentuje tabl. 1. Dodatkowo w tablicy przytoczono dane z powierzchni szaty śnieżnej, utrzymującej się na tundrze od 30 sierpnia. Na omawianej formie szata śnieżna się nie uformowała, z powodu zwiewania śniegu przez silne wiatry towarzyszące opadom. Badania były przeprowadzone w okresie 5-9 IX 1982 г., tj. w dniach gdy słońce zachodziło już pod horyzont. Długość nocy wahała się od 7 do 8 godzin. W związku z tym, a także z wpły-

2 129 wem horyzontu fizycznego (równinę ogranicza od wschodu obszar górski wraz z lodowcami o największych wysokościach rzędu m npm), stok północny nie był oświetlony promieniami słonecznymi, a stok wschodni otrzymywał je z pewnym opóźnieniem w stosunku do astronomicznego wschodu. W okresie badań pogoda była zmienna. Średnie dobowe temperatury były ujemne i wahały się od 1,0 do 2,7 C. W dniu 5 IX panowała pogoda słoneczna, średnie dobowe zachmurzenie wyniosło 1,0 a usłonecznienie względne 73,5%. W dwóch następnych dniach warunki pogodowe uległy pogorszeniu. Zanotowano silne wiatry (średnie dobowe wyniosły ok. 5 m/s), duże zachmurzenie (9,0 i 9,8) oraz małe usłonecznienie (2,6 i 0,6% odpowiednio). W pozostałych dniach tj. 8 i 9 IX nastąpiła poprawa pogody. Średnie zachmurzenie wynosiło 4,8 i 5,8, a usłonecznienie 60,2 i 58,2%. Średnie dobowe prędkości wiatru, podobnie jak 5 IX wyniosły ok. 2 m/s (Wójcik G., Przybylak R., w druku) i były na tyle silne, iż przeszkadzały w rozwinięciu się zjawisk zastoiskowych. DYSKUSJA WYNIKÓW Temperatura niezlodzonej powierzchni czynnej na Spitsbergenie podlega w sezonie letnim dużym wahaniom z dnia na dzień i w cyklu dobowym. Na Kaffióyrze w okresie 14 VII do 9 IX 1982 r. średnie dobowe temperatury powierzchni czynnej plaży wahały się od -3,6 (9 IX) do 9,4 C (13 VIII), przy średniej wynoszącej 4,2 C. Duże zmiany temperatury z dnia na dzień uwarunkowane są przede wszystkim pogodą, która zakłóca ogólne trendy wynikające z czynnika solarnego. W przebiegu dobowym wg pomiarów z 4 terminów najniższa temperatura występuje o godz. 01, a najwyższa o godz. 13. Średnie z całego okresu 14 VII 9 IX (rys. 1) wynoszą odpowiednio 2,7 i 6,0 C, przy średniej dobowej (krzywa d) wynoszącej 4,2 C, średnia dobowa amplituda wyniosła 3,3 C. W dniach pochmurnych dobowe amplitudy maleją i np. 8 VIII wyniosła tylko 0,3 C. Maleją one także przy obecności szaty śnieżnej, Tak np. 5 IX (rys. 1), gdy grubość śniegu wynosiła 10 cm, na głębokości 1 cm w gruncie najniższa temperatura wyniosła 2,8 C (godz. 07), a najwyższa -1,7 C (godz. 13). Mimo prawie bezchmurnej pogody dobowa amplituda uległa znacznej redukcji i wyniosła tylko 1,1 C. Przy pogodzie słonecznej zróżnicowanie temperatury powierzchni czynnej w cyklu dobowym jest największe. Tak np. 15 VIII (rys. 1) wahała się ona od 4,1 C 0 godz. 01 do 16,5 C o godz. 13. Amplituda dobowa wyniosła 12,4 C, przy średniej amplitudzie z całego okresu wynoszącej 3,3 C. Szereg czynników wpływa na przestrzenne zróżnicowanie temperatury gruntu, a w szczególności powierzchni czynnej. Jednym z ważniejszych jest rzeźba i związana z nią ekspozycja stoków względem promieni słonecznych. W zależności od ekspozycji różnicują się wprawdzie w innym stopniu zarówno temperatury minimalne jak i maksymalne, zachowując jednak ten sam porządek. Temperatury minimalne różnicują się słabiej niż maksymalne. Różnica pomiędzy średnią temperaturą minimalną z najcieplejszego stoku (W) i najchłodniejszego (E) wynosi 1,1 C, zaś różnica pomiędzy średnimi maksymalnymi temperaturami ze stoku najcieplejszego (S) i najchłodniejszego (N) wynosi 4,0 C (tabl. 1). Zatem w terenie pagór-

3 130 kowatym występuje większa w dzień niż w nocy termiczna plamistość. Stopień zróżnicowania temperatury na stokach o różnej ekspozycji pozostaje w związku z ogólnym charakterem pogody, którego dobrym wskaźnikiem jest zachmurzenie. Przy pogodzie pochmurnej i wietrznej, jak np. 7 IX, różnica pomiędzy temperaturą minimalną na stoku najcieplejszym i najchłodniejszym wyniosła 0,5 C, zaś przy pogodzie bezchmurnej, jak np. 5 IX, wyniosła 1,5 C. Znacznie większy jest wpływ zachmurzenia w dzień. Różnice temperatur maksymalnych w zależności od ekspozycji w dzień pochmurny wynoszą 1,3 C zaś w dzień bezchmurny 6,2 C. Stoki o różnej ekspozycji pod względem termicznym nie sąjednakowo skontrastowane. Mniej korzystnymi a zarazem zbliżonymi parametrami charakteryzują się stoki N i E, a lepszymi i także zbliżonymi stoki S i W. Tak więc średnie temperatury minimalne stoków N i E wynoszą 6,0 i 6,5 C, zaś stoków S i W odpowiednio 5,6 i -5,4 C. Natomiast średnie temperatury maksymalne stoków N i E wynoszą 1,2 i 1,5 C, zaś stoków S i W odpowiednio 5,2 i 3,9 C. Dobowe amplitudy temperatury w dzień pochmurny są małe i wyrównane; w dniu 7 IX mieściły się w przedziale od 4,8 C na stoku N do 6,1 C na stoku S, natomiast w dzień bezchmurny 5 IX mieściły się w przedziale od 10,0 C (E) do 15,1 C (S). W świetle średnich z okresu 5-9 IX widać, że mniejsze dobowe amplitudy temperatury występują na stokach N (7,2 C) i E (8,0 C), większe natomiast na stokach S (10,8 C) i W (9,2 C). Płaska szczytowa powierzchnia moreny, ze swoją średnią minimalną temperaturą wynoszącą -5,4 C, nawiązuje w nocy do stoków uprzywilejowanych, tj. S i W, w dzień natomiast -- ze średnią temperaturą maksymalną wynoszącą 1,7 C do stoków upośledzonych termicznie, tj. N i E (tabl. 1). Terminy występowania temperatur minimalnych na wszystkich stokach są zbliżone i wypadają przed wschodem słońca. Natomiast terminy występowania temperatur maksymalnych zalezą od dziennego ruchu słońca i od pogody. W dzień, bezchmurny najwcześniej występowały na stoku E (ok. godz ) i S (ok. godz, 12-13), a najpóźniej na stoku W (ok. godz. 16) i N (ok. godz ). W dzień pochmurny terminy występowania temperatur esktremalnych różnicują się w małym stopniu w zależności od ekspozycji. Pokrywa śnieżna, nawet o niedużej grubości, wybitnie wpływa na kształtowanie się stosunków termicznych warstwy aktywnej. Przede wszystkim redukuje dobowe wahania temperatury na wszystkich głębokościach (o czym już wzmiankowano wyżej) oraz powoduje zmiany typu pionowego rozkładu temperatury. Jak widać z wykresów na rys. 1 wkrótce po uformowaniu się szaty śnieżnej w gmncie ustalił się radiacyjny typ (np. 5 IX) w miejsce dotychczasowego insolacyjnego typu pionowego rozkładu temperatury. Dodajmy, że wzmiankowanego 5 IX duże dodatnie gradienty występowały w zewnętrznej części warstwy aktywnej o grubości 0-20 cm (o godz. 07 pionowy gradient wyniósł 1,25 C/10 cm), a niżej występowała izotermia. Śnieżna powierzchnia czynna charakteryzuje się wybitnie obniżonymi parametrami termicznymi. Średnia temperatura minimalna (tabl. 1) z okresu 5-9 IX wyniosła 12,0 С wobec -6,5 C na wschodnim (E) najchłodniejszym kamienistym stoku. Podczas nocy pogodnej, jak np.9 IX, obniżyła się ora do -16,6 C wobec -8,6 C na stoku najchłodniejszym. Obniżone są także temperatury maksymalne. Średnia temperatura maksymalna na powierzchni śniegu w tym okresie wyniosła 1,0 C wobec 1,2 C na stoku północ-

4 131 nym (N) wolnym od śniegu. Najwyższą wartość równą 0,0 C osiągała ona podczas pogody adwekcyjnej, gdy śnieg znajdował się w stanie topnienia (np. 6 i 7 IX) oraz bezchmurnej sprzyjającej intensywnej insolacji (5 IX) powodującej także topnienie się śniegu. Dobowe amplitudy temperatury na powierzchni śnieżnej są największe. Średnia amplituda z okresu 5-9 IX wyniosła 11,0 C wobec 10,8 C na południowym (S) kamienistym stoku. Zróżnicowanie termiki w terenie pagórkowatym w zależności od ekspozycji powoduje odpowiednie zróżnicowanie procesu wytapiania się martwych lodów, co znajduje swoje określone implikacje w szeregu procesów geomorfologicznych. Przeprowadzone badania stwierdziły dość dużą plamistość termiczną powierzchni czynnej w terenie pagórkowatym. Potwierdziły także znane schematy, podając równocześnie ocenę zjawiska w kategoriach ilościowych. LITERATURA ' 4 Baranowski S., 1968, Termika tundry peryglacjalnej SW Spitsbergen, Acta Univ. Wratisl. No. 68,Wrocław Jahn A., Walker H. J., 1983, The active layer and climate, Z. Geomorph. N. F., Supp. Bd 47, Berlin. Kamiński A., 1985, Investigations of the extreme temperatures of the ground surface in the Gashamnoyra region (Spitsbergen), Pol. Polar Res., vol. 6, No. 3. Marciniak К., Przybylak R., Meteorological conditions at the Kaffioyra (NW Spitsbergen) since 7th July to 5th September 1979, AUNC, Geografia XVIII, Toruń. Wójcik G., 1982, Meteorological conditions at the Kaffioyra Plain - Spitsbergen from 21st July to 28!' August 1977, AUNC, Geografia XVI, Toruń. Wójcik G., Marciniak К., 1983, Meteorological conditions in the Kaffioyra Plain (NW Spitsbergen) sino 21st July to 7th September 1978, AUNC, Geografia XVIII, Toruń. Wójcik G,, Marciniak К., Temperatura gruntu w wybranych ekotopach na Równinie Kaffioyra (NW Spitsbergen), Pol. Polar Res., w druku. Wójcik G., Przybylak R., Warunki meteorologiczne na Równinie Kaffioyra (NW Spitsbergen) w okresie 14 lipca - 9 września 1982 г., AUNC, w druku. SUMMARY In the paper are presented the results of investigations of active surface temperature which were carried out at the end moraine of the Aavatsmark Glacier (Oscar II Land, NW Spitsbergen) in the period 5-9 September These investigations were carried out by using extremal thermometers situated on the active surface of north (N), east (E>, south (S) and west (W) moraine slopes-(tab. 'l). For the comparison similar data from the flat, uppermost surface of moraine (Morena), and, from snow cover surface laying on tundra in the vicinity of this moraine (s'nicg) are given. The data in Table 1 were discussed against a background of active layer temperature from the period 14th July to 9th September 1982 (Fig. 1). The minimum and maximum temperatures which are presented in Table 1 indicate that temperature of active surface differentiate: a) during the night (weakly) and during the day (strongly), b) independence on weather conditions, weakly during cloudy weather and strongly during a cloudless weather, c) N and E slopes in a daily cycle are colder than S and W slopes, d) the daily temperature amplitudes are the highest at the S slope, and the lowest at the N slope,

5 132 e) the temperature of the flat, uppermost moraine surface coresponds with the temperature of the warmer slopes (S and W) during the night, and with the temperature of the colder slopes (N and E) during the day, f) snow cover surface causes decreasing of all thermal characteristics. These results confirm well-known established pattern and in addition are given estimation of phenomena in the quantitative categories. Rys. 1. Pionowe rozkłady temperatury gruntu w warstwie aktywnej piaszczystej plaży na Równinie Kaffióyra z poszczególnych terminów obserwacyjnych (01, 07, 13 i 19) i średnich dobowych (d) przy pogodzie słonecznej bez szaty śnieżnej (15 VII) i z szatą śnieżną (5 IX) w porównaniu średnimi z całego okresu obserwacyjnego (14 VII 09 IX). >4 V- шэ?;o>toq*t5