Growing-Season Temperature Change across Four Decades in an Arctic Tundra Pond

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: McEwen, Daniel C., Butler, Malcolm G.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2018
• Subjects: tundra pond; climate change; Barrow; Alaska; Arctic; temperature; thaw; freeze; growing degree days; étang de toundra; changement climatique; Arctique; température; dégel; gel; degré-jour de croissance; Arctique*; Climate change; toundra; Tundra
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/67768

We examined temperature dynamics across a 42-year period in a low-centered tundra polygon pond on the Arctic Coastal Plain of northern Alaska to assess potential changes in thermal dynamics for ponds of this type. Using water temperature data from a pond near Barrow (now Utqiaġvik), Alaska, studied intensively during 1971 – 73 and again in 2007 – 12, we built an empirical model coupling historical air temperatures to measured pond temperatures for four summers. We then used the model to predict summer pond temperatures over a 42-year span, including 1974 – 2008, for which direct aquatic temperature records do not exist. Average pond temperatures during the growing season (1 May through 31 October) increased by 0.5˚C decade-1 or 2.2˚C over the 42-year period. Our simulations predicted the average date of spring thaw for the pond as 2 June (± 3 d), which did not change over the 42-year time period. However, average pond temperature during the first 30 days of the growing season increased from 1971 to 2012, suggesting that recently, ponds are warmer in early spring. The average date of pond sediment freeze over the 42 years shifted later by 15 days, from 28 September in 1971 to 13 October in 2012. These changes correspond to a growing season that has increased in length by 14 days, from 118 days in 1971 to 132 days in 2012. Contemporary temperature measurements in other shallow tundra ponds in northern Alaska show a high degree of temporal coherence (r = 0.93 – 0.99), which warrants the general conclusion that tundra ponds on Alaska’s Arctic Coastal Plain have undergone a significant change in thermal dynamics over the past four decades. Our results provide a means to incorporate these pond types into larger-scale simulations of Arctic climate change. Nous avons examiné la dynamique des températures sur une période de 42 ans dans un étang de polygone de toundra concave sur la plaine côtière arctique du nord de l’Alaska dans le but d’évaluer les changements potentiels sur le plan de la dynamique thermique des étangs de ce type. À l’aide des données de la température de l’eau provenant d’un étang situé près de Barrow (maintenant Utqiaġvik), en Alaska, étang ayant fait l’objet d’études intensives de 1971 à 1973 et de 2007 à 2012, nous avons construit un modèle empirique en couplant les températures de l’air historiques aux températures de quatre étés observées à l’étang. Ensuite, nous nous sommes servis de ce modèle pour prévoir les températures estivales de l’étang sur une période de 42 ans, incluant la période allant de 1974 à 2008, pour lesquelles il n’existe pas de données de températures aquatiques directes. Pendant la saison de croissance (du 1er mai au 31 octobre), les températures moyennes de l’étang ont augmenté de 0,5 ˚C par décennie-1 ou de 2,2 ˚C sur la période de 42 ans. Nos simulations ont permis de prévoir une date moyenne pour le dégel du printemps (± 3 j), ce qui n’a pas changé pendant la période de 42 ans. Cependant, la température moyenne de l’étang au cours des 30 premiers jours de la saison de croissance a augmenté entre 1971 et 2012, ce qui laisse entendre que depuis récemment, les étangs sont plus chauds au début du printemps. Sur la période de 42 ans, la date moyenne de gel des sédiments de l’étang a été retardée de 15 jours, passant ainsi du 28 septembre en 1971 au 13 octobre en 2012. Ces changements correspondent à une saison de croissance dont la durée a rallongé de 14 jours, passant de 118 jours en 1971 à 132 jours en 2012. Les mesures de températures contemporaines d’autres étangs de toundra peu profonds du nord de l’Alaska affichent un haut degré de cohérence temporelle (r = 0,93 – 0,99), ce qui permet de tirer la conclusion générale que les étangs de toundra de la plaine côtière arctique de l’Alaska ont connu un important changement sur le plan de la dynamique thermique au cours des quatre dernières décennies. Nos résultats permettent d’incorporer ces types d’étangs à des simulations à plus grande échelle du changement climatique de l’Arctique.