Effects of Climate on the Active Layer and Permafrost on the North Slope of Alaska, U.S.A

Thermal regimes of the active layer and permafrost and their relations to the present‐day climatic conditions on the north slope of Alaska, U.S.A. were investigated by using data collected over six years and by numerical modelling. The thickness of the active layer increases from the Arctic coast to the foothills of the Brooks Range and is directly proportional to summer air temperatures and thawing index. Within about 120 km from the Arctic coast, mean annual air temperature for the period from 1987 through 1992 was nearly constant at about −12.4±0.4°C, while the mean annual ground surface and permafrost surface temperatures increased more than 4°C. Variations in the length of thaw season and thawing index are the major factors which influence permafrost temperatures during the summer. Interactions of wind, microrelief, vegetation and seasonal snow cover and variations of physical (such as density and structure) and thermal properties of snow are the major factors affecting permafrost temperatures during the winter. The insulating effect of the seasonal snow cover could be either positive or negative on a daily basis depending upon the synoptic weather processes and on a monthly basis depending upon the time of year. On an annual basis, seasonal snow cover could increase the mean annual ground surface temperature by 2 to 7°C. Over a decade, snow cover also shows a strong effect on permafrost temperatures. Modelling results show that the depth hoar fraction of the seasonal snow cover varies from about 0.31 along the coast to about 0.57 inland. Higher permafrost temperatures along the foothills of the Brooks Range are the results of warm winters due to the impact of less strong atmospheric temperature inversion. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd. Les régimes thermiques de la couche active et du pergélisol ainsi que leurs relations avec les conditions climatiques actuelles de la pente nord de l'Alaska, ont été étudiées en utilisant les données recueillies pendant une période de six années, et en établissant des modèles numériques. L'épaisseur de la couche active augmente depuis la côte arctique jusqu'au pied des montagnes de Brooks et est directement proportionnelle aux températures d'été de l'air et à l'indice de dégel. Dans une zone de 120 km depuis la côte arctique, la température moyenne annuelle de l'air pour la période 1987–1992 a été presque constante avec une valeur de −12.4±0.4°C, tandis que les températures moyennes annuelles de la surface du sol et de la surface du pergélisol augmentaient de plus de 4°C. Des variations dans la durée de la saison de dégel et de l'indice de dégel sont les facteurs principaux qui influencent les températures du pergélisol pendant l'été. Des interactions entre le vent, le microrelief, la végétation, la converture de neige saisonnière et des variations des propriétés physiques (comme la densité et la structure) et thermiques de la neige sont les facteurs principaux qui déterminent les températures du pergélisol pendant l'hiver. L'effet d'isolation thermique de la couverture saisonnière de neige pourrait être soit négatif, soit positif. Sur une base journalière, elle dépend des processus synoptiques de temps. Sur une base mensuelle, elle varie selon l'époque de l'année. Sur une base annuelle, la couverture saisonnière de neige pourrait augmenter la température moyenne annuelle de la surface du sol d'une valeur comprise entre 2 et 7°C. Sur une décade, la couverture de neige a aussi une forte influence sur les températures du pergélisol. Les résultats des modélisations montrent que la fraction de givre profonde de la couverture saisonnière de neige varie d'environ 31% près de la côte à environ 57% à l'intérieur. Les plus hautes températures du pergélisol au pied des montagnes de Brooks résultent d'hivers chauds provenant de moins fortes inversions de températures atmosphériques. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.