River Water Temperature in Relation to Local Air Temperature in the Mackenzie and Yukon Basins

Water temperature has an important impact on many aspects of basin hydrology and ecology. In the northern regions, investigation of river thermal regimes and their changes over space and time is a challenge because of data limitations. This study determines the water temperature regimes at several l...

Full description

Bibliographic Details
Published in:ARCTIC
Main Authors: Yang, Daqing, Peterson, Amber
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: The Arctic Institute of North America 2017
Subjects:
Online Access:https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/67665
Description
Summary:Water temperature has an important impact on many aspects of basin hydrology and ecology. In the northern regions, investigation of river thermal regimes and their changes over space and time is a challenge because of data limitations. This study determines the water temperature regimes at several locations within the Yukon and Mackenzie River basins and examines their relationship with air temperature. The Yukon and Mackenzie Rivers have distinct water temperature dynamics. They remain near zero from freeze-up in the fall to ice breakup in the spring and reach their peak temperature during mid-summer. For the locations examined, peak mean monthly water temperatures ranged from 9˚ to 15˚C, and mean July air temperatures ranged from 13˚ to 16˚C. The lags between water and air temperatures ranged from 1 to 40 days. The largest lag was found at the Great Bear River monitoring location, since water temperature at this site is strongly influenced by the heat storage of Great Bear Lake. Tests of three models, linear regression, logical regression (s-shape), and the physically based air2stream model, show that the air2stream model provided the best results, followed by logical regression. Linear regression gave the poorest result. Model estimates of water temperature from air temperature were slightly improved by the inclusion of discharge data. The water temperature sampling regimes had a considerable effect on model performance; long-term data provide a more robust test of a model. Comparisons of mean monthly water temperatures suggest significant spatial variability and some inconsistency between upstream and downstream sites that is due mainly to differences in data collection schemes. This study strongly demonstrates the need to improve water temperature monitoring in the northern regions. La température de l’eau a de grandes incidences sur de nombreux aspects de l’hydrologie et de l’écologie des bassins. Dans les régions nordiques, l’étude des régimes thermiques des cours d’eau et de leurs changements au fil du temps et de l’espace pose des difficultés en raison des limites qu’imposent les données. La présente étude détermine les régimes des températures de l’eau en maints endroits des bassins de la rivière Yukon et du fleuve Mackenzie et examine leur relation avec la température de l’air. La rivière Yukon et le fleuve Mackenzie ont des dynamiques distinctes en matière de température de l’eau. De la prise de la glace de l’automne jusqu’à la débâcle du printemps, les températures de ces cours d’eau se situent à près de zéro, et c’est vers le milieu de l’été que leurs températures augmentent le plus. Dans le cas des sites à l’étude, les températures mensuelles moyennes les plus élevées de l’eau ont atteint entre 9˚ et 15 ˚C, tandis que les températures moyennes de l’air en juillet ont varié entre 13˚ et 16 ˚C. Le décalage entre les températures de l’eau et de l’air a fluctué entre un et 40 jours. Le plus grand décalage a été enregistré au site de surveillance de la rivière Great Bear, la température de l’eau à cet emplacement étant fortement influencée par le stockage de la chaleur dans le lac Great Bear. Des essais effectués à l’aide de trois modèles, soit la régression linéaire, la régression logique (en forme de s) et le modèle air2stream aux caractéristiques physiques indiquent que le modèle air2stream a donné les meilleurs résultats, suivi de la régression logique. Les résultats les moins bons ont été obtenus au moyen de la régression linéaire. Les estimations du modèle de la température de l’eau à partir de la température de l’air ont été légèrement améliorées avec l’inclusion des données du débit. Les régimes d’échantillonnage de la température de l’eau ont eu un effet considérable sur le rendement du modèle; les données à long terme ont permis d’obtenir un essai de modèle plus robuste. La comparaison des températures moyennes mensuelles de l’eau suggère une variabilité spatiale importante et certaines incohérences entre les sites en amont et les sites en aval, principalement en raison des différences dans les modes de collecte des données. Cette étude montre à quel point il est important d’améliorer la surveillance des températures de l’eau dans les régions nordiques.