Nasze obiekty i infrastruktura

Nasze miejsca badań i lodowce testowe

Projekt CRIOS ma na celu optymalizację wykorzystania polskiej i norweskiej infrastruktury badawczej utworzonej na Svalbardzie. Trzy stale funkcjonujące ośrodki (stacje monitoringu I rzędu) - Longyearbyen (LYR), Ny-Alesund (NyA) i Polska Stacja Polarna w Hornsundzie (HOR) - są w stanie zapewnić utrzymanie i zasilanie najbardziej zaawansowanych urządzeń monitorujących. Dodatkowo, cztery polskie stacje działające w sezonie letnim (stacje monitorujące II poziomu) zapewniają możliwość monitorowania zmian lodowca i warunków śniegowych na dużym obszarze Spitsbergenu. Lokalizację poszczególnych stacji przedstawiono na poniższym rysunku.

Dużą część prac terenowych w ramach projektu CRIOS zaplanowano na badania lodowców. Wszystkie lodowce wybrane do monitorowania bezpośredniego traciły masę w ciągu ostatniego stulecia. Są to:

Infrastruktura monitorująca

Kliknij poniższe przyciski lub przewiń stronę w dół.

Monitorowanie lodowców i śniegu

Czujniki ultradźwiękowe do pomiaru akumulacji i ablacji śniegu i lodu.

• Głębokość pokrywy śnieżnej i zmiany masy lodowca są uważane za podstawowe zmienne klimatyczne w obszarze kriosfery. Regularne pomiary głębokości śniegu i ablacji lodu są wykonywane ręcznie, co ogranicza rozdzielczość zestawów danych. Dzięki automatycznym czujnikom możemy uzyskać wgląd zarówno w akumulację śniegu, jak i dynamikę topnienia śniegu i lodu z niespotykaną dotąd rozdzielczością czasową. Dane o wysokiej rozdzielczości dotyczące śniegu i lodu są bardzo potrzebne dla modeli związanych z kriosferą.
• Urządzenie mierzy odległość do powierzchni śniegu/lodu za pomocą czujnika ultradźwiękowego połączonego z termistorem. Dodatkowo wyposażone jest w czujniki wilgotności i ciśnienia powietrza. Dane zapisywane są na wewnętrznej karcie pamięci. Czujnik może komunikować się bezprzewodowo za pośrednictwem protokołu transmisji LoRaWAN. 

Przenośne czujniki gęstości śniegu/zawartości wody w stanie ciekłym

• Spośród metod oceny cech fizycznych sezonowej pokrywy śnieżnej, prosty pomiar zawartości wody w śniegu charakteryzuje się najwyższym stopniem niepewności. Zastosowanie dedykowanego czujnika elektronicznego kilkakrotnie zwiększa dokładność pomiaru. Dodatkowo, wiarygodny pomiar gęstości śniegu wpłynie na poprawę bilansu masy. 
• Urządzenie mierzy gęstość (ρ) lub zawartość ciekłej wody (LWC) w śniegu za pomocą czujnika pojemnościowego, który generuje pole elektryczne penetrujące śnieg. Obliczenia opierają się na zmierzonych wartościach zmian pojemności między lodem, powietrzem i wodą, które mają różne właściwości dielektryczne.

Monitoring meteorologiczny

Automatyczne Stacje Meteorologiczne (AWS)

• AWS będą wyposażone w rejestratory danych oraz następujące czujniki: ciśnienia atmosferycznego, temperatury i wilgotności względnej powietrza, prędkości i kierunku wiatru oraz promieniowania słonecznego. Cyfrowy rejestrator danych musi być wyposażony w pamięć i niezależne źródło energii umożliwiające działanie przez co najmniej rok w warunkach arktycznych. Instalacja stacji pogodowej planowana jest w każdej wybranej lokalizacji. System satelitarny Iridium będzie automatycznie przesyłał dane. Będzie to pierwsze tego typu rozwiązanie w tych rejonach.

System kowariancji wirów (Eddy Covariance System)

• Rozmarzająca wieloletnia zmarzlina jest jednym z najważniejszych globalnych źródeł węglowych gazów cieplarnianych (CO₂ & CH₄). Systemy Eddy Covariance zostaną wykorzystane do ustalenia podstawowych strumieni ekosystemu CO₂ i potencjalnie CH₄ z monitorowanych miejsc. Te podstawowe strumienie zostaną następnie powiązane z warunkami meteorologicznymi i hydrologicznymi w celu określenia wpływu krótkoterminowej zmienności pogody i zdarzeń ekstremalnych na przepływ związków węgla w skali ekosystemu w wysokich szerokościach geograficznych. Długoterminowe trendy obserwacyjne w warunkach meteorologicznych i hydrologicznych, wraz z funkcjonalnym związkiem między krótkoterminową zmiennością CO₂ i CH₄ pozwoli nam skalibrować modele i ekstrapolować trendy emisji w przyszłości. 
• W systemie kowariancji wirów ukierunkowanym na gazy cieplarniane, dane dotyczące strumieni CO₂, metanu CH₄, pary wodnej H₂O, a także ciepła są gromadzone wraz z trójwymiarowymi zapisami wiatru o wysokiej częstotliwości w celu zrozumienia procesów stojących za dynamiką ich wymiany. Z technicznego punktu widzenia metoda EC opiera się na uproszczeniu równania bilansu masy i jego integracji w objętości kontrolnej, która rozciąga się poziomo na reprezentatywnej powierzchni i pionowo od poziomu gleby do wysokości pomiaru. Jedna stacja planowana jest w Hornsund, a druga w Adventdalen, Longyearbyen.

Monitorowanie wieloletniej zmarzliny

System termistorów (łańcuchów temperaturowych z rejestratorami) do monitorowania stanu termicznego gruntu 

• Precyzyjne dane na temat stanu termicznego zamarzniętego gruntu są jednym z kluczowych brakujących elementów monitoringu środowiska w stacjach badawczych rozmieszczonych na całym Spitsbergenie. Projekt CRIOS pozwoli nam wyposażyć nowo powstały odwiert w precyzyjne ciągi temperaturowe, które będą rejestrować zmiany termiczne gruntu w ciągu najbliższych kilku lat. 
• System łańcuchów temperaturowych zostanie wykorzystany do monitorowania stanu termicznego wieloletniej zmarzliny w wywierconych otworach. Urządzenia zostały przetestowane w trudnych warunkach pogodowych i są powszechnie używane do monitorowania wieloletniej zmarzliny przez inne grupy badawcze pracujące w regionach polarnych.

Przenośny system do wiercenia w wieloletniej zmarzlinie - rozbudowa istniejącego systemu w celu umożliwienia wiercenia na głębokość 10 m

• Potrzebny jest odporny system wiertniczy do wiercenia otworów, który będzie wyposażony w program monitoringu termicznego wieloletniej zmarzliny. Zakup sprzętu wiertniczego został omówiony z prof. Vieirą, który koordynował projekt wiercenia otworów na Antarktydzie, a dr Tolle był odpowiedzialny za wiercenie w wieloletniej zmarzlinie w Ny-Ålesund. Finansowanie CRIOS pozwoli nam rozszerzyć możliwości wiertnicze naszego systemu wierceń w wieloletniej zmarzlinie przy użyciu części rekomendowanych przez partnerów naukowych, w tym części młota wiertniczego, zestawu żerdzi wiertniczych o długości 5-10 m, narzędzi instalacyjnych, nowego zestawu wierteł diamentowych, nowych aluminiowych skrzyń do transportu.

Monitoring oparty na teledetekcji

Bezzałogowe statki powietrzne

• Drony są nieocenione podczas pracy w obszarach niedostępnych dla załogowych prac terenowych. Pozwalają na pozyskiwanie danych z obszarów wysokiego ryzyka, takich jak uszczelinione części lodowców, okolice ich klifów czy obszary o wysokim zagrożeniu lawinowym. Ponadto wypełniają lukę między pomiarami terenowymi a poziomem lotniczym i satelitarnym.
• Dedykowana platforma wielowirnikowa umożliwiająca stabilną pracę w obszarach polarnych - odporna na zmienne warunki atmosferyczne i niską temperaturę powietrza. Będzie wyposażona w nowoczesne czujniki, takie jak multispektralne, termiczne, Lidar, GPR, itp.

Dane lotnicze i satelitarne o wysokiej rozdzielczości

• Dane teledetekcyjne umożliwiają ciągłą obserwację dużych obszarów w tym samym czasie. Roczna subskrypcja danych satelitarnych o wysokiej rozdzielczości pozwoli uchwycić sezonowe zmiany w szybko zmieniającym się środowisku Arktyki.

Kamery poklatkowe

• W celu określenia stanu pokrycia terenu, np. okresu zalegania pokrywy śnieżnej na tundrze, zasięgu czoła lodowca itp. konieczne jest wykonywanie zdjęć w określonym interwale czasowym. Pozwoli to na precyzyjną diagnozę warunków śniegowych.

Narożne reflektory InSAR

• Narożne reflektory radarowe są stałą instalacją do kalibracji radarowych zdjęć satelitarnych i naziemnego skanowania laserowego. Wybrane lokalizacje są unikalne i kluczowe dla rozwoju metod teledetekcji na Svalbardzie.

Monitoring GNSS

• Stacja monitoringu GNSS wyposażona w: precyzyjny odbiornik wieloczęstotliwościowy i wielokonstelacyjny GNSS klasy geodezyjnej, wielokonstelacyjną precyzyjną antenę GNSS typu Choke Ring, wyposażenie dodatkowe (przewód RF, zasilacz, maszt/słup montażowy anteny).
• Celem instalacji stacji monitorujących GNSS jest zastosowanie techniki interferometrycznej reflektometrii globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS-IR) do określania charakterystyk pokrywy śnieżnej, takich jak głębokość śniegu i ekwiwalent wody w śniegu. Metoda GNSS-IR umożliwia automatyczne i ciągłe zdalne wykrywanie pokrywy śnieżnej na dużym obszarze wokół stacji monitorującej.