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Influence of atmospheric forcing parameters on modelled mountain permafrost evolution


Engelhardt, Markus; Hauck, Christian; Salzmann, Nadine (2010). Influence of atmospheric forcing parameters on modelled mountain permafrost evolution. Meteorologische Zeitschrift, 19(5):491-500.

Abstract

Um die Empfindlichkeit von Gebirgspermafrost auf atmospha ̈rischen Einfluss zu untersuchen, mu ̈ssen die bestimmenden meteorologischen Gro ̈ßen wie Temperatur, Niederschlag, Zeitpunkt und Dauer der Schneebedeckung beru ̈cksichtigt werden. Simulationen mit einem eindimensionalen gekoppelten Wa ̈rme- und Massentransportmodell (CoupModel) werden verwendet, um die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und dem Boden zu ermitteln, wobei der Schwerpunkt auf die Bodentemperaturentwicklung und die zeitlichen Schwankungen der ungefrorenen obersten Schicht im Sommer (Auftauschicht) gelegt wird. Idealisierte und beobachtete Daten von atmosphärischen Antriebsgrößen werden verwendet, um die meteorologische Bedingungen zu bestimmen, die den größten Einfluss auf den Permafrost aufweisen. Bohrlochtemperaturdaten und Energiebilanzdaten der Permafroststation Schilthorn (2900 m ü. NHN, Berner Oberland) werden zu Kontrollzwecken verwendet. Die Ergebnisse fu ̈r das Schilthorn zeigen die größte Einwirkung aufgrund von Änderungen der Sommertemperatur während der schneefreien Zeit und zu einem geringeren Ausmaß durch Winterniederschlag, welcher die Zeit der Schneebedeckung beeinflusst. Von ähnlicher Bedeutung ist der Zeitpunkt des ersten Schneefalls im Herbst, der zu einer ausreichend hohen Schneebedeckung führt, um den Boden von atmosphärischem Einfluss zu isolieren. Simulationen mit verschiedenen Zeitreihen regionaler Klimamodelle (RCM), abgeleitet aus einem Ensemble von Modellen und Szenarien, zeigen, dass die Unterschiede der Änderungen der Auftauschicht aus den Ergebnissen der verschiedenen Modelle in der gleichen Größenordnung liegen wie die Unterschiede aus verschiedenen Szenarien.
To evaluate the sensitivity of mountain permafrost to atmospheric forcing, the dominant meteorological variables such as temperature, precipitation and timing and duration of snow cover have to be considered. Simulations with a one-dimensional coupled heat and mass transfer model (CoupModel) are used to investigate the interactions between the atmosphere and the ground focusing on ground temperature evolution and the temporal variability of the depth of the unfrozen top layer in summer (active layer depth). Idealised and observed atmospheric forcing data sets are used to determine the meteorological conditions, which show the largest impact on the permafrost regime. Borehole temperature and energy balance data from the permafrost station Schilthorn (2900 m asl, Berner Oberland) are used for verification. The results for the Schilthorn site show the largest impact due to summer temperatures changes during the snow free period and to a lesser extent winter precipitation which influence the duration of the snow cover. Similarly important is the timing of the first snow event in autumn which leads to a sufficiently large snow cover to isolate the ground from atmospheric forcing. Simulations with different data sets from Regional Climate Model (RCM) simulations derived from an ensemble of models and scenarios show that the differences in changes of active layer depth between different RCMs are on the same order than between different scenarios.

Abstract

Um die Empfindlichkeit von Gebirgspermafrost auf atmospha ̈rischen Einfluss zu untersuchen, mu ̈ssen die bestimmenden meteorologischen Gro ̈ßen wie Temperatur, Niederschlag, Zeitpunkt und Dauer der Schneebedeckung beru ̈cksichtigt werden. Simulationen mit einem eindimensionalen gekoppelten Wa ̈rme- und Massentransportmodell (CoupModel) werden verwendet, um die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre und dem Boden zu ermitteln, wobei der Schwerpunkt auf die Bodentemperaturentwicklung und die zeitlichen Schwankungen der ungefrorenen obersten Schicht im Sommer (Auftauschicht) gelegt wird. Idealisierte und beobachtete Daten von atmosphärischen Antriebsgrößen werden verwendet, um die meteorologische Bedingungen zu bestimmen, die den größten Einfluss auf den Permafrost aufweisen. Bohrlochtemperaturdaten und Energiebilanzdaten der Permafroststation Schilthorn (2900 m ü. NHN, Berner Oberland) werden zu Kontrollzwecken verwendet. Die Ergebnisse fu ̈r das Schilthorn zeigen die größte Einwirkung aufgrund von Änderungen der Sommertemperatur während der schneefreien Zeit und zu einem geringeren Ausmaß durch Winterniederschlag, welcher die Zeit der Schneebedeckung beeinflusst. Von ähnlicher Bedeutung ist der Zeitpunkt des ersten Schneefalls im Herbst, der zu einer ausreichend hohen Schneebedeckung führt, um den Boden von atmosphärischem Einfluss zu isolieren. Simulationen mit verschiedenen Zeitreihen regionaler Klimamodelle (RCM), abgeleitet aus einem Ensemble von Modellen und Szenarien, zeigen, dass die Unterschiede der Änderungen der Auftauschicht aus den Ergebnissen der verschiedenen Modelle in der gleichen Größenordnung liegen wie die Unterschiede aus verschiedenen Szenarien.
To evaluate the sensitivity of mountain permafrost to atmospheric forcing, the dominant meteorological variables such as temperature, precipitation and timing and duration of snow cover have to be considered. Simulations with a one-dimensional coupled heat and mass transfer model (CoupModel) are used to investigate the interactions between the atmosphere and the ground focusing on ground temperature evolution and the temporal variability of the depth of the unfrozen top layer in summer (active layer depth). Idealised and observed atmospheric forcing data sets are used to determine the meteorological conditions, which show the largest impact on the permafrost regime. Borehole temperature and energy balance data from the permafrost station Schilthorn (2900 m asl, Berner Oberland) are used for verification. The results for the Schilthorn site show the largest impact due to summer temperatures changes during the snow free period and to a lesser extent winter precipitation which influence the duration of the snow cover. Similarly important is the timing of the first snow event in autumn which leads to a sufficiently large snow cover to isolate the ground from atmospheric forcing. Simulations with different data sets from Regional Climate Model (RCM) simulations derived from an ensemble of models and scenarios show that the differences in changes of active layer depth between different RCMs are on the same order than between different scenarios.

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Item Type:Journal Article, not refereed, original work
Communities & Collections:07 Faculty of Science > Institute of Geography
Dewey Decimal Classification:910 Geography & travel
Language:English
Date:2010
Deposited On:31 Jan 2013 17:01
Last Modified:05 Apr 2016 16:22
Publisher:Schweizerbart science publishers
ISSN:0941-2948
Publisher DOI:https://doi.org/10.1127/0941-2948/2010/0476

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