A new method for analysing and representing ground temperature variations in cold environments: The Fuegian Andes, Tierra del Fuego, Argentina

• M. Oliveira ^[1] ; A. Pérez-Alberti ^[1] ; R.M. Crujeiras ^[1] ; A. Rodríguez-Casal ^[1] ; F. Castillo-Rodríguez
  1. [1] Universidade de Santiago de Compostela

     Universidade de Santiago de Compostela

     Santiago de Compostela, España

     
• Localización: Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters, ISSN-e 1697-9540, ISSN 0211-6820, Vol. 44, Nº 1, 2018, págs. 293-320
• Idioma: inglés
• DOI: 10.18172/cig.3373
• Títulos paralelos:
  • Un nuevo método para analizar y representar las variaciones de temperatura del suelo en ambientes fríos: Los Andes Fueguinos, Tierra del Fuego, Argentina
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
  • Texto completo
• Dialnet Métricas: 1 Cita
• Resumen
  • español

    Los resultados de las investigaciones sobre la respuesta térmica del suelo en ambientes fríos han sido recogidos en un gran número de artículos. Las muestras de datos consideradas en este trabajo pertenecen también a un ambiente frío y se han obtenido de una investigación realizada en Tierra del Fuego, Argentina, bajo los auspicios del Año Polar Internacional. Con el fin de caracterizar la respuesta térmica, se instalaron diferentes sensores de temperatura a 0, -10, -20 y -60 cm de profundidad, permitiendo la detección de variaciones anuales y diarias.Este trabajo persigue un doble objetivo. Por un lado, la presentación de resultados y discusión sobre los mismos en relación al comportamiento térmico del suelo en un ambiente subantártico. Por otro lado, y apoyando al objetivo anterior, se introducen algunas herramientas estadísticas novedosas en este contexto, si bien el estudio se acompaña de análisis descriptivos clásicos. El estudio de patrones de congelación y descongelación puede enfocarse desde una perspectiva no paramétrica, a la vez que se tiene en cuenta la naturaleza circular (cíclica) de los datos. Una muestra de datos se considera circular cuando puede representarse sobre un círculo de radio unidad. Esto ocurre, por ejemplo, con las horas en las que suceden determinados eventos a lo largo de un día (por ejemplo, congelaciones y descongelaciones). El análisis de este tipo de datos es radicalmente distinto del que se realiza sobre datos escalares, tanto en lo que se refiere a medidas descriptivas como a métodos gráficos. El uso de representaciones y herramientas propias del análisis de datos circulares realizado en este trabajo permite una mejor visualización de los datos y de los resultados de su análisis. Como principal aportación, cabe destacar el uso de estimadores de la densidad tipo núcleo y técnicas derivadas, como el mapa CircSiZer, que identifica patrones significativos de congelación/descongelación. Además, el análisis de las relaciones entre registros de temperaturas en distintos puntos se presenta a través del uso de Diagramas de Taylor.

  • English

    The thermal response of soils in cold environments has been investigated in numerous studies. The data considered here were obtained in a study carried out in Tierra del Fuego, Argentina, as part of the IV International Polar Year. Temperature sensors were installed at ground level (0) and depths of -10, -20 and -60 cm in the study area, with the aim of characterizing the thermal response by detecting diurnal and annual variations.The study has two main aims. The first is to present and discuss the study findings regarding the thermal response of a soil in a sub-Antarctic environment by using classical descriptive analysis. The second, closely related, aim is to apply some novel statistical tools that would help improve this description. The study of freeze-thaw patterns can be approached from a non-parametric perspective, while taking into account the cyclical nature of the data. Data are considered cyclical when they can be represented on a unit circle, as with the hours in which certain events occur throughout a day (e.g. freezing and thawing). Analysis of this type of data is very different from the analysis of scalar data, as regards both descriptive and graphical measures. The application in this study of methods used to represent and analyse cyclical data improved visualization of the data and interpretation of the analytical findings. The main contribution of the present study is the use of estimators of the nuclear type density and derived techniques, such as the CircSiZer map, which enabled identification of significant freeze-thaw patterns. In addition, the relationships between the temperature recordings at different points were analysed using Taylor diagrams.

• Referencias bibliográficas
  • Adlam, L.S., Balks, M.R., Seybold, C.A., Campbell, D.I. 2010. Temporal and spatial variation in active layer depth in the McMurdo Sound Region,...
  • Allué, C., Arranz, J.A., Bava, J.O., Beneitez, J.M., Collado, L., García-López, J.M. 2010. Caracterización y cartografía fitoclimáticas del...
  • Andersland, O.B., Ladanyi, B. 1994. An introduction to frozen ground engineering. Chapman & Hall, New York, 352 pp. ISBN: 978-1-47-57-2292-5.
  • Barrera, M.D., Frangi, J.L., Richter, L.L., Perdomo, M.H., Pinedo, L.B. 2000. Structural and functional changes in Nothofagus pumilio forests...
  • Brown, R.J.E., Kupsch, W.O. 1974. Permafrost terminology. National Research Council of Canada, Technical Memorandum 111, 62 pp.
  • Brown, J., Hinkel, K.M., Nelson, F.E. 2000. The circumpolar active layer monitoring (calm) program: Research designs and initial results....
  • Burgos, J. 1985. Clima del extremo austral de Sudamérica. Transecta botánica de la Patagonia austral. Ed Boelcke, Moore y Roig, CONICET, Buenos...
  • Chambers, M.J.G. 1966a. Investigations on patterned ground at Signy Island, South Orkney Islands: II. Temperature regimes in the active layer....
  • Chambers, M.J.G. 1966b. Investigations on patterned ground at Signy Island, South Orkney Islands: I. Interpretation of mechanical analysis....
  • Chambers, M.J.G. 1967. Investigations on patterned ground at Signy Island, South Orkney Islands: III. Miniature patterns, frost heaving and...
  • Chambers, M.J.G. 1970. Investigations on patterned ground at Signy Island, South Orkney Islands: IV. Long term experiments. British Antarctic...
  • Chaudhuri, P., Marron, J.S. 1999. SiZer for exploration of structures in curves. Journal of the American Statistical Association 94 (447),...
  • French, H.M. 2013. The periglacial environment. John Wiley & Sons, Chichester.
  • Goodrich, L.E. 1982. The influence of snow cover on the ground thermal regime. Canadian Geotechnical Journal 19 (4), 421-432. https://doi.org/10.1139/t82-047.
  • Guglielmin, M. 2006. Ground surface temperature (GST), active layer, and permafrost monitoring in continental Antarctica. Permafrost and Periglacial...
  • Guglielmin, M., Balks, M., Paetzold, R. 2003. Towards an Antarctic active layer and permafrost monitoring network. In: M. Phillips, S.M. Springman,...
  • Harris, S.A., French, H.M., Heginbottom, J.A., Johnston, G.H., Ladanyi, B., Sego, D.C., van Everdingen, R.O. 1988. Glossary of permafrost...
  • Hintze, J.L., Nelson, R.D. 1998. Violin plots: a boxplot-density trace synergism. The American Statistician 52 (2), 181-184. http://doi.org/10.1080/00031305.1998.10480559.
  • Iturraspe, R., Sottini, R., Schroeder, C., Escobar, J. 1989. Generación de información hidroclimática en Tierra del Fuego. Hidrología y Variables...
  • Iturraspe, R., Urciuolo, A. 2000. Clasificación y caracterización de las cuencas hídricas de Tierra del Fuego. XVIII Congreso Nacional del...
  • Johnston, G.H. (Ed.) 1981. Permafrost: Engineering design and construction. John Wiley & Sons, Toronto, 540 pp.
  • Kneisel, C, Hauck, C, Fortier, R, Moorman, B. 2008. Advances in geophysical methods for permafrost investigations. Permafrost and Periglacial...
  • Leszkiewicz, J., Caputa, Z. 2004. The thermal condition of the active layer in the permafrost at Hornsund, Spitsbergen. Polish Polar Research...
  • Lewkowicz, A.G. 2007. Dynamics of active layer detachment failures, Fosheim Peninsula, Ellesmere Island, Nunavut, Canada. Permafrost and Periglacial...
  • Mackay, J.R. 1983. Downward water movement into frozen ground, western Arctic coast, Canada. Canadian Journal of Earth Sciences 20 (1), 120-134....
  • Mazhitova, G., Malkova, G.A., Chestnykh, O., Zamolodchikov, D. 2004. Active-layer spatial and temporal variability at European Russian Circumpolar-Active-Layer-Monitoring...
  • Matsuoka, N. 2001. Microgelivation versus macrogelivation: towards bridging the gap between laboratory and field frost weathering. Permafrost...
  • Menichetti, M., Lodolo, E., Tassone, A. 2008. Structural geology of the Fuegian Andes and Magallanes fold-and-thrust belt-Tierra del Fuego...
  • Muller, S.W. 1947. Permafrost or Permanently Frozen Ground and Related Engineering Problems. Edwards, Ann Arbor, Mich.
  • Oliveira, M., Crujeiras, R.M., Rodríguez-Casal, A. 2012. A plug-in rule for bandwidth selection in circular density estimation. Computational...
  • Oliveira, M., Crujeiras, R.M., Rodríguez-Casal, A. 2014. CircSiZer: an exploratory tool circular data. Environmental and Ecological Statistics...
  • Parmuzina, O.Y. 1978. Cryogenic texture and some characteristics of ice formation in the active layer (in Russian). In: A.I. Popov (Ed.),...
  • Pérez Alberti, A. Valcárcel Díaz, M., Carrera Gómez, P. , Blanco Chao, R., López Bedoya, J. (2008): Movilidad de la capa superficial del suelo...
  • Pérez Alberti, A., Cunha, P.P. (2016). The stratified slope deposits of Tierra del Fuego (Argentina) as an analogue for similar Plesitocene...
  • Puigdefábregas, J., del Barrio, G., Iturraspe, R. 1988. Régimen térmico estacional de un ambiente montañoso en la Tierra del Fuego, con especial...
  • R Core Team 2016. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. https://www.R-project.org/.
  • Ramos, M., Vieira, G., Crespo, F., Bretón, L. 2002. Seguimiento de la evolución temporal del gradiente térmico de capa activa en las proximidades...
  • Ramos, M., Vieira, G., Blanco, J.J., Gruber, S., Hauck, C., Hidalgo, M.A., Tomé, D. 2008. Active layer temperature monitoring in two boreholes...
  • Romanovsky, V.E., Smith, S.L., Christiansen, H.H. 2010. Permafrost thermal state in the polar Northern Hemisphere during the international...
  • Rott, H., Skvarca, P., Nagler, T. 1996. Rapid collapse of Northern Larsen Ice Shelf, Antarctica. Science 271 (5250), 788-792. https://doi.org/10.1126/science.271.5250.788.
  • Solomon, S.M., Taylor, A.E., Stevens, C.W. 2008. Nearshore ground temperatures, seasonal ice bonding, and permafrost formation within the...
  • Schroeder, C., Iturraspe, R., Linares, J. 1989. Variación del gradiente altitudinal del aire en capas bajas. In: Hidrología y Variables Climáticas...
  • Shiklomanov, N.I., Nelson, F.E. 2002. Active-layer mapping at regional scales: a 13-year spatial time series for the Kuparuk Region, North-Central...
  • Silverman, B.W. 1998. Density estimation for statistics and data analysis. Monographs on Statistics and Applied Probability 26. Chapman and...
  • Streletskiy, D.A., Shiklomanov, N.I., Nelson, F.E., Klene, A.E. 2008. Long-term active and ground surface temperature trends: 13 years of...
  • Taylor, K.E. 2001. Summarizing multiple aspects of model performance in a single diagram. Journal of Geophysical Research 106, 7183-7192....
  • Tuhkanen, S.I. 1992. The climate of Tierra del Fuego from a vegetation geographical point of view and its ecoclimatic counterparts elsewhere....
  • Valcárcel-Díaz, M., Carrera-Gómez, P., Coronato, A., Castillo-Rodríguez, F., Rabassa, J., Pérez- Alberti, A. 2006. Cryogenic Landforms in...
  • Valcárcel Díaz, M., Carrera Gómez, P., Blanco Chao, R. Pérez-Alberti, A. 2008. Permafrost ocurrence in Southernmost America (Sierras de Alvear,...
  • Vieira, G., Bockheim, J., Guglielmin, M., Balks, B., Abramov, A.A., Boelhouwers, J., Cannone, N., Ganzert, L., Gilichinsky, D.A., Goryachkin,...
  • Walker, D.A., Jia, G.J., Epstein, H.E., Raynolds, M.K., Chapin III, F.S., Copass, C., Hinzman, L.D., Knudson, J.A., Maier, H.A., Michaelson,...
  • Walter, H., Box, E.O. 1983. Climate of Patagonia. In: N.E. West (Ed.), Temperate deserts and semi-deserts. Elsevier, Amsterdam, pp. 432-435.
  • Washburn, A.L. 1979. Geocryology. London, Edward Arnold.
  • Williams, P.J., Smith, M.W. 1989. The Frozen Earth. Cambridge University Press, Cambridge, U. K. 303 pp.
  • Zhao, L., Wu, Q., Marchenko, S.S., Sharkhuu, N. 2010. Thermal state of permafrost and active layer in Central Asia during the International...