resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2023-28-3-398-414resar-235Research ArticleНауки о Земле. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведениеEarth sciences. Engineering geology, permafrost and soil scienceМноголетняя изменчивость термического состояния верхних горизонтов криолитозоны Центральной ЯкутииLong-term variability of the thermal state in the upper horizons of the cryolithozone in Central Yakutiahttps://orcid.org/0000-0003-2021-9686ВарламовС. П.VarlamovS. P.

Варламов Степан Прокопьевич, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник

Якутск

ResearcherID: V-9370-2018,

Scopus AuthorID: 22958732100,

РИНЦ AuthorID: 63432

Varlamov, Stepan P., Cand. Sci. (Geogr.), Leading Researcher

Yakutsk

ResearcherID: V-9370-2018,

ScopusAuthor ID: 22958732100,

RISCAuthorID: 63432

svarlamov@mpi.ysn.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5602-8956СкачковЮ. Б.SkachkovYu. B.

Скачков Юрий Борисович, кандидат географических наук, старший научный сотрудник

Якутск

Scopus Author ID: 15120142400,

РИНЦ AuthorID: 63431

Skachkov, Yuri B., Cand. Sci. (Geogr.), Senior Researcher

Yakutsk

Scopus AuthorID: 15120142400,

RISC AuthorID: 63431

ubskachkov@mpi.ysn.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8155-378XСкрябинП. Н.SkryabinP. N.

Скрябин Павел Николаевич, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник

Якутск

ResearcherID: V-9373-2018,

Scopus AuthorID: 6508006475,

РИНЦ AuthorID: 63433

Skryabin, Pavel N., Cand. Sci. (Geogr.), Leading Researcher

Yakutsk

ResearcherID: V-9373-2018,

Scopus Author ID: 6508006475,

RISC AuthorID: 63433

vsp@mpi.ysn.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4399-0943БалутаВ. И.BalutaV. I.

Балута Виктор Иванович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Москва

РИНЦ AuthorID: 879007

Baluta, Victor I., Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

Moscow

RISC AuthorID: 879007

vbaluta@yandex.ruИнститут мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАНРоссияMelnikov Permafrost Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут прикладной математики им. М.В. Келдыша РАНРоссияKeldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of SciencesRussian Federation202325092023283398414Copyright © Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н., Балута В.И., 20232023Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н., Балута В.И.Varlamov S.P., Skachkov Y.B., Skryabin P.N., Baluta V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/235

Представлены результаты 42-летнего мониторинга на стационаре «Чабыда» термического состояния мерзлотных ландшафтов при современном потеплении климата. Показана эволюция изменчивости параметров теплового состояния грунтов: температуры грунтов на подошве сезонно-талого слоя и в слое годовых теплооборотов, глубины сезонного протаивания. Многолетняя изменчивость среднегодовой температуры грунтов, испытывая значительные межгодовые и короткопериодные колебания, имеет разнонаправленную тенденцию с доминированием потепления. Основным регулирующим фактором термического состояния мерзлотных ландшафтов являются короткопериодные колебания режима снегонакопления. Глубина сезонного протаивания, несмотря на существенные межгодовые колебания, реагирует на потепление климата разнонаправленными тенденциями, ее увеличения или уменьшения статистически незначимы. Проведены статистические исследования временны´ х рядов наблюдений. Выявлены корреляционные связи между элементами климата (температура воздуха, сумма осадков, среднезимняя высота снежного покрова, продолжительность зимнего и летнего сезонов) и связи между параметрами температурного режима грунтов (Тξ, Т0, ξ) с элементами климата. Результаты исследований термического состояния грунтов можно распространить на однотипные ландшафты региона, а также они могут быть использованы при моделировании процессов теплообмена в естественных ландшафтах и разработке методов гибридного интеллекта для решения задач диагностики состояния объектов инфраструктуры в районах Крайнего Севера на базе высокопроизводительных вычислительных систем.

The results of the 42-year monitoring of the thermal state of permafrost landscapes in modern climate warming conditions at the “Chabyda” observation station (Central Yakutia) are presented. We studied the evolution of the variability of soil thermal state parameters: the temperature of soils on the sole of the seasonally shallow layer and in the layer of annual heat rotations, and the depth of seasonal thawing. The long-term variability of the average annual soil temperature, experiencing significant interannual and short-term fluctuations, has a multidirectional trend, with warming dominating. The main factors regulating the thermal state of permafrost landscapes are the short-period fluctuations in the snow accumulation regime. Despite significant interannual fluctuations, the depth of seasonal thawing responded to climate warming with multidirectional trends, and its increase or decrease was statistically insignificant. We performed a statistical analysis of the observation time series revealing correlations between climate elements (air temperature, total precipitation, average winter snow depth, duration of winter and summer seasons) and relationships between soil temperature regime parameters (Тξ, Т0, ξ) with climate elements. The results of these studies on the thermal state of soils can be applied to homogeneous landscapes in this region. They can also be used to model heat transfer processes in natural landscapes and develop hybrid intelligence methods for diagnosing the state of infrastructure facilities in the Far North based on high-performance computing systems.

криолитозонамноголетнемерзлые грунтытемператураглубина сезонного протаиваниямониторингдинамикаcryolithozonepermafrost soilstemperaturedepth of seasonal thawingmonitoringdynamicsСбор и систематизация данных натурного исследования проведены в рамках НИОКТР (№ 122011800062-5); анализ данных и подготовка статьи осуществлены за счет гранта Российского научного фонда (№ 23-61-10032)Collection and systematization of the field research data were conducted within the framework of the research project (number 122011800062-5); data analysis and preparation of the article were funded by the Russian Science Foundation (grant number 23-61-10032)ReferencesВарламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н. Мониторинг теплового режима грунтов Центральной Якутии. Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН; 2021. 156 с.Varlamov S.P., Skachkov Yu.B., Skryabin P.N. Monitoring of the thermal regime of soils in Central Yakutia. Yakutsk: Permafrost Institute SB RAS; 2021. 156 p. (In Russ.)Иванов Н.С. О тепловом режиме верхнего слоя земной коры в районе Якутска. Тепло- и массообмен в мерзлых толщах земной коры. Салтыков Н.И. (ред.). М.: Изд-во АН СССР; 1963:9–55.Ivanov N.S. On the thermal regime of the upper earth crust around Yakutsk area. Heat and mass exchange in frozen layers of the Earth Crust. Saltykov N.I. (ed.). Moscow: USSR Academy of Science Press; 1963:9–55. (In Russ.)Арэ Ф.Э. Температурный режим горных пород под усыхающим термокарстовым озером в Центральной Якутии. Вопросы географии Якутии. Л.: Гидрометоиздат;1973:70–75.Are F.E. Ground temperature regime beneath a draining thaw lake in Central Yakutia. Issues of the Geography of Yakutia. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1973:70– 75. (In Russ.)Гаврилова М.К. Тепловой баланс лиственничного леса на Лено-Амгинском междуречье. Гидроклиматические исследования в лесах Сибири. Взаимоотношение леса и среды. М.: Наука; 1967:28–52.Gavrilova M.K. Thermal balance of larch forest in the Leno-Amginsky interfluve. Hydro-Climatic studies in the forests of Siberia. Relationship between the forest and the environment. Moscow: Nauka; 1967:28–52. (In Russ.)Павлов А.В. Теплообмен почвы с атмосферой в северных и умеренных широтах территории СССР. Якутск: Книжное изд-во; 1975. 302 с.Pavlov A.V. Heat exchange between soil and atmosphere in high and mid-latitudes of the USSR. Yakutsk: Publishing House; 1975. 302 p. (In Russ.)Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука; 1979. 285 с.Pavlov A.V. Thermal physics of landscapes. Novosibirsk: Nauka; 1979. 285 p. (In Russ.)Павлов А.В., Прокопьев А.Н., Скачков Ю.Б., Вотякова Н.И. Тепловой режим и промерзание грунтов намывной насыпи в пойме р. Лены. Теплофизические исследования криолитозоны Сибири. Новосибирск: Наука, 1983:135–147.Pavlov A.V., Prokopyev A.N., Skachkov Y.B., Votyakova N.I. Thermal regime and freezing of soils of the alluvial embankment in the floodplain of the river Lena. Thermophysical studies of the permafrost zone of Siberia. Novosibirsk: Nauka; 1983:135–147. (In Russ.)Замолотчикова С.А., Смирнова В.Н. Температура и сезонное оттаивание пород на Лено-Вилюйском водоразделе. Мерзлотные исследования. Вып. 4. М.: Изд-во МГУ; 1974:141–147.Zamolotchikova S.A., Smirnova V.N. Temperature and seasonal thawing of rocks in the Leno-Vilyui watershed. Iss. 14 Permafrost research. Moscow: Publishing House of Moscow State University; 1974:141–147. (In Russ.)Заболотник С.И. Динамика температурного поля сезонно – и многолетнемерзлых пород при нарушении покровов в Центральной Якутии. Общее мерзлотоведение: Материалы к III Междунар. конф. по мерзлотоведению. Новосибирск: Наука; 1978:210–214.Zabolotnik S.I. Dynamics of the temperature field of seasonally - and permafrost rocks in violation of the covers in Central Yakutia. General permafrost: Materials for the 3rd International conference on permafrost. Novosibirsk: Nauka; 1978:210–214. (In Russ.)Полтев Н.Ф., Ершов Э.Д., Свердлов М.Ф. Мерзлотные условия на участке междуречья Ханчалы– Кенкеме. Мерзлотные исследования. Вып. 10. М.: Изд-во МГУ; 1970:198–202.Poltev N.F., Ershov E.D., Sverdlov M.F. Permafrost conditionsin the interfluve section of Khanchaly-Kenkeme. Permafrost research. Iss. 10. Moscow: Publishing House of Moscow State University; 1970:198–202. (In Russ.)Турбина М.И. Изменение природных условий на одном из участков действующего газопровода (Центральная Якутия). Мерзлотные исследования в осваиваемых районах СССР. Новосибирск: Наука; 1980:31–36.Turbina M.I. Changes in natural conditions on one of the sections of the existing gas pipeline (Central Yakutia). Permafrost research in the developing regions of the USSR. Novosibirsk: Nauka; 1980:31–36. (In Russ.)Константинов И.П., Матковский В.Н. Изменение геокриологических условий трасс газопроводов Якутии. Природные условия осваиваемых регионов Сибири. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР; 1987:126–134.Konstantinov I.P., Matkovsky V.N. Changes in geocryological conditions of gas pipeline routes in Yakutia. Natural conditions of the developing regions in Siberia. Yakutsk: Permafrost Institute; 1987:126–134. (In Russ.)Фельдман Г.М., Тетельбаум А.С., Шендер Н.И., Гаврильев Р.И. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии. Якутск: Институт мерзлотоведения СО АН СССР; 1988. 240 с.Feldman G.M., Tetelbaum A.S., Shender N.I., Gavriliev R.I. Handbook on the forecast of the temperature regime of the soils of Yakutia. Yakutsk: Permafrost Institute; 1988. 240 p. (In Russ.)Федоров А.Н., Максимов Т.Х., Гаврильев П.П. и др. «Спасская падь»: Комплексные исследования мерзлотных ландшафтов. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН; 2006. 210 с.Fedorov A.N., Maximov T.Kh., Gavriliev P.P. et al. Spasskaya Pad: Integrated Investigations of the Permafrost Landscapes; Yakutsk: Permafrost Institute Press; 2006. 210 p. (In Russ.)Федоров А.Н. Роль вырубок в развитии мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии. Региональные инженерные геокриологические исследования. Якутск: Институт мерзлотоведения СО АН СССР; 1985:111–117.Fedorov A.N. The role of logging in the development of permafrost landscapes in Central Yakutia. Regional and Engineering Permafrost Investigations in Yakutia. Yakutsk: Permafrost Institute; 1985:111–117. (In Russ.)Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео»; 2008. 229 с.PavlovA.V. Permafrost Monitoring. Novosibirsk: Academic Publishing House “Geo”; 2008. 229 p. (In Russ.)Romanovsky V.E., Drozdov D.S., Oberman N.G., Malkova G.V. et al. Thermal state of permafrost in Russia. Permafrost and Periglacial Processes. 2010;21(2): 136–155. https://doi.org/10.1002/ppp.683Romanovsky V.E., Drozdov D.S., Oberman N.G., Malkova G.V. et al. Thermal state of permafrost in Russia. Permafrost and Periglacial Processes. 2010;21(2): 136–155. https://doi.org/10.1002/ppp.683Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н., Шендер Н.И. Тепловое состояние верхних горизонтов криолитозоны Центральной Якутии при современном изменении климата. Проблемы инженерного мерзлотоведения: материалы IX Международного симпозиума, г. Якутск, 03–07 сентября 2011 г. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН; 2011:398–403.Varlamov S.P., Skachkov Yu.B., Skryabin P.N., Shender N.I. Thermal state of upper permafrost in Central Yakutia under contemporary climate change. Permafrost Engineering. Proceedings of the 9th International Symposium, September 03–07, 2011. Yakutsk: Melnikov Permafrost Institute SB RAS Press; 2011:398–403. (In Russ.)Varlamov S., Skachkov Y., Skryabin P. Current climate change effects on the ground thermal regime in Central Yakutia. Sciences in Cold and Arid Regions. 2014;6(4):282–292.Varlamov S., Skachkov Y., Skryabin P. Current climate change effects on the ground thermal regime in Central Yakutia. Sciences in Cold and Arid Regions. 2014;6(4):282–292.Varlamov S.P., Skachkov Y.B., Skryabin P.N. Evolution of the thermal state of permafrost under climate warming in Central Yakutia. The Holocene. 2019;29(9): 1401–1410. https://doi.org/10.1177/0959683619855959Varlamov S.P., Skachkov Y.B., Skryabin P.N. Evolution of the thermal state of permafrost under climate warming in Central Yakutia. The Holocene. 2019;29(9): 1401–1410. https://doi.org/10.1177/0959683619855959Varlamov S.P., Skachkov Y.B., Skryabin P.N. Influence of climate change on the thermal condition of Yakutia’s permafrost landscapes (Chabyda Station). Land. 2020;9(5):132. https://doi.org/10.3390/land9050132Varlamov S.P., Skachkov Y.B., Skryabin P.N. Influence of climate change on the thermal condition of Yakutia’s permafrost landscapes (Chabyda Station). Land. 2020;9(5):132. https://doi.org/10.3390/land9050132Варламов С.П., Скрябин П.Н. Трансформация мерзлотных компонентов экосистем под влиянием природно-технических систем. Успехи современного естествознания. 2012;(11):74–76.Varlamov S.P., Skryabin P.N. Transformation of frozen parts ecosystems under the influence of natural and technical systems. Advances in current natural sciences. 2012;(11):74–76. (In Russ.)Варламов С.П., Скрябин П.Н. Антропогенные воздействия на тепловой режим грунтов Центральной Якутии. Saarbrucken, Deutschland, Германия: Издво LAP LAMBERT Academic Publishing; 2013. 80 с.Varlamov S.P., Skryabin, P.N. Anthropogenic impact on the thermal regime of soils in Central Yakutia. Saarbrucken, Germany; LAP LAMBERT Academic Publishing; 2013. (In Russ.)Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н., Варламов С.П. Изменения температуры грунтов слоя годовых теплооборотов на якутском теплобалансовом стационаре за последние сорок лет. Проблемы инженерного мерзлотоведения: Материалы IX Международного симпозиума, г. Якутск, 03–07 сентября 2011 г. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН; 2011:444–449.Skachkov Y.B., Skryabin P.N., Varlamov S.P. Nearsurface ground temperature variations at the Yakutsk permafrost thermal monitoring site during the last 40 years. Permafrost Engineering: Proceedings of the 9th International Symposium. Yakutsk: Melnikov Permafrost Institute SB RAS; 2011:444–449. (In Russ.)Варламов С.П. Ландшафтно-типологическое картирование как основа экстраполяции стационарных исследований. Региональные и инженерные геокриологические исследования. Якутск: Институт мерзлотоведения СО АН СССР; 1985:132–137.Varlamov S.P. Landscape-typological mapping as a basis for extrapolation of stationary studies. Regional and Engineering Permafrost Investigations in Yakutia. Yakutsk: Permafrost Institute; 1985:132–137. (In Russ.)Скрябин П.Н., Варламов С.П., Скачков Ю.Б. Межгодовая изменчивость теплового режима грунтов района Якутска. Новосибирск: Изд-во СО РАН; 1998. 144 с.Skryabin P.N., Varlamov S.P., Skachkov Yu.B. Interannual variability of the ground thermal regime in the Yakutsk area. Novosibirsk: Publishing House SB RAS; 1998. 144 p. (In Russ.)Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н. Температурный режим грунтов мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии. Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН; 2002. 218 с.Varlamov S.P., Skachkov Yu.B., Skryabin P.N. Ground temperature regime in permafrost landscapes of Central Yakutia. Yakutsk: Permafrost Institute; 2002. 218 p. (In Russ.)Скачков Ю.Б. Аномальные зимы и их роль в формировании термического режима грунтов. Материалы Третьей конференции геокриологов России. М.: Изд-во МГУ; 2005;3:239–244.Skachkov Yu.B. Anomalous winters and their role in the formation of the thermal regime of soils. Proceedings of the 3rd conference of Geocryologists of Russia. Moscow: Publishing House of Moscow State University; 2005;4: 239–244. (In Russ.)Скачков Ю.Б. Современное потепление климата в Якутии. VIII научное совещание географов Сибири и Дальнего Востока: Материалы Российской конференции. Иркутск: Изд-во Ин-та географии им. В.Б. Сочавы СО РАН; 2007:1:92–93.Skachkov Yu.B. Modern climate warming in Yakutia. 8th Scientific Meeting of Geographers of Siberia and the Far East: Materials of Russian Conference. Irkutsk: Publishing House of the Sochava Institute of Geography SB RAS; 2007;1:92–93. (In Russ.)Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н. Современная изменчивость термического режима грунтов Тюнгюлюнской террасы долины р. Лены. Вопросы географии Якутии: Влияние изменений климата на природные процессы криолитозоны. Якутск: СМИКМАСТЕР; 2013;11:38–43.Varlamov S.P., Skachkov Yu.B., Skryabin P.N. Modern variability of the thermal regime of soils of the Tyungyulyunskaya terrace of the valley of the river Lena. Questions of the geography of Yakutia: the impact of climate change on the natural processes of the permafrost. Yakutsk: SMIK-MASTER; 2013;11:38–43. (In Russ.)Павлов А.В., Скачков Ю.Б., Какунов Н.Б. Взаимосвязь между многолетними изменениями глубины сезонного протаивания грунтов и метеорологическими факторами. Криосфера Земли. 2004;8(4):3–11.Pavlov A.V., Skachkov Yu.B., Kakunov N.B. The correlation between perennial changes of soil seasonal thawing depth and meteorological factors. Kriosfera Zemli. 2004;8(4):3–11. (In Russ.)Орлов А.И. Вероятностно-статистические модели корреляции и регрессии. Научный журнал КубГАУ. 2020;160(06). http://dx.doi.org/10.21515/1990-4665-160-011Орлов А.И. Вероятностно-статистические модели корреляции и регрессии. Научный журнал КубГАУ. 2020;160(06). http://dx.doi.org/10.21515/1990-4665-160-011

The authors declare that there are no conflicts of interest present.