永久冻土是一种热条件,它的形成、持续或消失在很大程度上取决于气候。它的分布、温度和厚度对自然环境变化和引起地面热状况改变的人为干扰作出反应。气温和/或降水的变化,或由于植被清除、有机绝缘层去除、森林火灾、河道迁移、海岸线侵蚀而引起的地表扰动,都可能对地面热状况产生改变。
地面以上和地下气候之间的相互作用是复杂的,取决于几个因素。由于植被、有机材料或积雪的绝缘作用,地面上的气候变化往往在地下受到抑制。在地表的温度变化和深度的永久冻土层的变化之间通常有一个时间差。对于厚的永冻层来说,这种延迟可能是几百到几千年,对于薄的永冻层来说,可能是几年到几十年。
加拿大地质调查局(GSC)在麦肯齐地区的持续监测项目主要研究永久冻土和气候之间的相互作用。并不是所有现存的永久冻土都与现在的气候处于平衡状态。波弗特海下面的近海永久冻土有几百米厚。它是在上一个冰期冰架暴露在冷空气温度下形成的。这些永久冻土层目前与波弗特海水的温度不平衡,并正在缓慢退化。
大气环流模型预测,由于人为原因,大气中二氧化碳浓度增加一倍,北极大部分地区的年平均气温可能上升几度。在不连续的多年冻土层地区,由于与全球气候变暖相关的地面热变化,冻土可能最终消失。在地面冰含量高的地方,冻土退化将产生相关的物理影响。最值得关注的是有可能在解冻时发生失稳的土壤(解冻沉降、蠕变或边坡破坏)。这种不稳定可能会对景观、生态系统和基础设施产生影响。有必要评估气候变化对永久冻土的影响,以确定是否需要采取适应措施。
加拿大永久冻土监测网提供活动层和永久冻土热状态的长期现场观测。这些观测对于了解多年冻土现状和探测多年冻土中的陆地气候信号及其时空变化具有重要意义。该网络为全球永冻层地面网络和加拿大在世界气象组织全球气候观测系统下提供系统冰冻圈观测的义务作出了贡献。GSC负责协调和实施网络的框架和基础设施。大约有75个热监测点由政府和大学的科学家管理。
GSC维护着超过20个热监测点的网络。钻孔深度一般可达20米。它们于20世纪80年代中期在麦肯齐河谷和三角洲建立,其中一些与加拿大环境部和加拿大农业部合作。GSC还使用解冻管在麦肯齐地区运营一个由60个活跃层监测点组成的网络。GSC维持着一个北极高冻土层温度观测网,包括加拿大部队站(CFS)警报的5个钻孔。
在20世纪70年代末,在努纳武特埃尔斯米尔岛北端的CFS警戒区(82.5°N, 62.4°W)观测了5个永久冻土地温钻孔。自1978年以来,人们在这些地点人工测量了深度达60米的永久冻土温度。这些钻孔代表了世界上最北部的永久冻土热监测点,是最近建立的全球陆地永久冻土网络的重要贡献。这23年的数据集是加拿大永久冻土温度的最长记录之一。这些钻孔由国防部(DND)和GSC共同维护。
2002年,GSC与加拿大环境部的雪监测网络合作,安装了坎贝尔科学公司的气象传感器。这些传感器包括GSC站点的气温、风速和超声波雪深传感器:3个位于高北极站点Alert, 1个位于低北极站点Baker Lake, 1个位于Mackenzie山谷Wrigley附近的北方森林站点。传感器使用CR510数据记录器进行测量,外部SM4M存储模块提供额外的数据存储,因为这些站点很少访问。电源由一个26 Ahr电池提供,由一个10瓦的太阳能电池板充电。电池的高存储容量要求,以确保通过长极夜运行。计划在2003年夏天在其他GSC站点安装更多的监测站。这些气象站提供每个站点积雪覆盖的时空变化和当地小气候的资料。生成的数据将用于进一步了解加拿大冰冻圈对气候变化和变率的响应。
Alert的气候是寒冷和干燥的,这是典型的极地沙漠气候,遍布北极高地岛屿。年平均气温为-18.1℃,年平均地表温度约为-16℃。30年降水量的平均值为16.2毫米,年平均总降水量为153.6毫米。永久冻土层超过600米厚。
虽然该地区积雪一般较薄或不存在,但它表现出高度的时空变异性。积雪是影响浅层冻土温度对气温变化响应的重要因素。这些气象数据将有助于分析当地小气候在影响多年冻土对气温变化的响应中所起的作用。