Sněhová pokrývka a permafrost

Co pozorujeme

Sníh na souši pozorujeme jako plochu, dobu trvání, výšku a množství vody uložené ve sněhové pokrývce. Permafrost pozorujeme jako teplotu půdy nebo horniny v určené hloubce a jako největší hloubku, do níž během roku rozmrzne aktivní vrstva. Výsledkem je několik samostatně označených údajů, u nichž musí být uvedeno místo, období, jednotka a způsob měření.

Toto vymezení odpovídá způsobu, jakým jsou pozorování zveřejňována v hlavních odborných souborech. Rozsah sněhu nad severní polokoulí popisují Estilow, Young a Robinson, 2015; vodní hodnotu a hmotnost sněhu Luojus et al., 2021. Teplotu permafrostu a hloubku aktivní vrstvy shromažďuje Global Terrestrial Network for Permafrost (GTN-P); její databázi popsali Biskaborn et al., 2015. Globální změnu teploty vrtů vyhodnotili Biskaborn et al., 2019 a opakované měření sezónního rozmrzání shrnuje program Circumpolar Active Layer Monitoring (CALM). Nelson, Shiklomanov a Nyland, 2021

Sníh: plocha, trvání a množství vody

Rozsah sněhu udává, kolik území splnilo v daném dni, týdnu nebo měsíci podmínku „pokryto sněhem“. Družicová mapa je rozdělena na buňky a každá buňka dostane označení sníh, bez sněhu, případně podíl pokrytý sněhem. Rozsah vznikne součtem ploch označených buněk. Doba trvání se počítá z počtu dnů mezi objevením a zmizením sněhu nebo z celkového počtu dnů se sněhem. Výsledek tedy závisí i na prostorovém rozlišení, četnosti snímků a hranici, od které se buňka považuje za zasněženou.

Výška sněhu říká, jak silná je vrstva od země k povrchu. Vodní hodnota navíc zahrnuje hustotu: dvacet centimetrů lehkého čerstvého sněhu může obsahovat méně vody než deset centimetrů starého zhutněného sněhu. V terénu se proto odebere svislý válec sněhu o známé ploše, změří se jeho délka a hmotnost a z nich se určí výška i vodní hodnota. Stejnou veličinu průběžně měří sněhové polštáře a ve velkých oblastech ji odhadují družicové mikrovlnné přístroje. Jednotnou definici SWE uvádí Světová meteorologická organizace.

Permafrost: teplota a sezónní rozmrzání

Permafrost je vymezen teplotou, nikoli druhem povrchu. Může být ve zmrzlé rašelině, štěrku i pevné skále a může obsahovat mnoho ledu, málo ledu nebo žádný viditelný led. Ve vrtu se proto uvádí teplota v přesné hloubce. Pro porovnání více let se často volí hloubka, kde už je roční kolísání menší než přibližně 0,1 °C; Biskaborn et al. ji při globálním vyhodnocení označili jako hloubku nulové roční amplitudy. V mělkém vrtu se naopak sleduje celý průběh zamrzání a rozmrzání.

Tloušťka aktivní vrstvy je největší svislá vzdálenost mezi povrchem a rozhraním, kam v daném roce proniklo tání. V zemině se obvykle zjišťuje na konci léta sondou zasouvanou až k tvrdé zmrzlé vrstvě. V kamenité půdě, kde sonda neprojde, se používají trubice naplněné kapalinou nebo teplotní čidla v několika hloubkách. Opakování na stejné síti bodů omezuje vliv náhodného výběru místa. Protokol sítě CALM používá podle lokality čtvercové sítě o straně přibližně 100 až 1 000 metrů nebo opakované transekty.

Historie pozorování

Sníh

Pravidelné místní záznamy výšky sněhu vznikaly u meteorologických stanic, ale pro vodní zásobu bylo třeba měřit také hustotu. James E. Church zavedl roku 1909 na Mount Rose v Nevadě odběr celého sněhového sloupce přenosnou trubicí a váhou. Jeho postup se stal základem sněhoměrných tras, na nichž se během zimy opakovaně měří stejné body. Historii metody a její rozšíření v západních Spojených státech popisuje historie programu Snow Surveyamerické služby NRCS.

Souvislý obraz celé severní polokoule přinesly meteorologické družice. Americká NOAA začala v říjnu 1966 vytvářet týdenní mapy sněhové pokrývky z viditelných snímků. Zpočátku se kreslily ručně na přibližně dvousetkilometrovou síť; přístroje, podkladové mapy i pracovní postup se v dalších desetiletích měnily. Soubor Rutgers Global Snow Lab zachoval původní mapy a spojil je s denním systémem Interactive Multisensor Snow and Ice Mapping System (IMS) používaným od roku 1997. Podrobný popis vzniku, kontrol a změn publikovali Estilow, Young a Robinson, 2015.

Množství vody ve sněhu začaly nad kontinenty soustavně mapovat pasivní mikrovlnné radiometry. Záznam GlobSnow využívá mikrovlnná měření družice Nimbus-7 od roku 1979 a měření navazujících družic. Družicový signál se v něm spojuje s výškou sněhu naměřenou stanicemi. Tím vznikají denní mapy SWE pro pevninu severně od 40° s výjimkou horských oblastí. Verzi 3 a celý výpočet popsali Luojus et al., 2021.

Permafrost

Teploty zmrzlé půdy se dlouho měřily v jednotlivých vrtech pro stavby, doly a místní výzkum. Příkladem jsou čtyři vrty v Utqiaġviku na Aljašce, v nichž USGS měřila teplotu v letech 1950–1961. Původní tabulky byly později digitalizovány a dnes jsou veřejně dostupné včetně popisu vrtů a dobových přístrojů. USGS: Permafrost ground temperature 1950–1961

Mezinárodně srovnatelné sledování aktivní vrstvy začalo vznikat v roce 1991 jako program CALM. Jeho smyslem bylo měřit každoročně stejné body stejným postupem a uchovat i údaje o vegetaci, půdě a poloze. Druhou část systému tvoří vrty s teplotními čidly. Obě větve byly spojeny v síti Global Terrestrial Network for Permafrost, která spravuje údaje o teplotě permafrostu a tloušťce aktivní vrstvy. Vývoj sítě shrnují Biskaborn et al., 2015 a Nelson, Shiklomanov a Nyland, 2021.

Mezinárodní polární rok 2007–2009 rozšířil počet vrtů a sjednotil část jejich odečtů. Právě roky 2007–2016 proto umožnily první jednotné globální vyhodnocení změny teploty permafrostu ze 154 vrtů. Některé místní záznamy jsou mnohem delší: například soubor severoaljašských vrtů zahrnuje měření od roku 1973. Clow, 2014 a Biskaborn et al., 2019

Jak vzniká zveřejněný záznam

Mapa rozsahu sněhu

Viditelné a blízké infračervené snímky rozeznávají sníh podle toho, jak odráží různé vlnové délky světla. Novější systém IMS dává analytikovi vedle několika družic také mikrovlnná data, hlášení stanic a předchozí mapu. Analytik označí buňky se sněhem a ledem a výslednou mapu zkontroluje vůči sousedním dnům. Denní produkt je od roku 1997 dostupný v rozlišení přibližně 24 km, od roku 2004 také 4 km a později 1 km. NOAA/NCEI: IMS Daily Northern Hemisphere Snow and Ice Analysis

Mraky zakrývají povrch a polární noc omezuje viditelné snímky. Analytik proto používá více zdrojů a někdy přenese hranici sněhu z předchozího dne. Les, hory a roztříštěná jarní pokrývka mohou v jedné buňce skrýt malé zasněžené plochy. Pro výpočet dlouhodobého rozsahu se denní mapy převádějí na společnou síť a plocha každé zasněžené buňky se váží podle její skutečné velikosti na kulovém povrchu.

Vodní hodnota a hmotnost sněhu

Pasivní mikrovlnný radiometr měří přirozené záření povrchu na několika frekvencích. Sněhová zrna záření rozptylují a rozdíl mezi kanály souvisí s množstvím sněhu. V GlobSnow se pro každý den nejprve odhadne průměrná velikost zrn pomocí družicového signálu a okolních staničních měření výšky. Potom se vypočítá SWE v jednotlivých buňkách o rozměru 25 × 25 km. Denní mapy se mohou zprůměrovat na měsíce a součet SWE násobený plochou buněk dává hmotnost sněhu. Luojus et al., 2021, popis algoritmu a ověření

Přesnost se ověřovala na měřeních sněhoměrných tras, která nebyla použita při výpočtu mapy. Pro roky 1980–2016 vyšla celková střední kvadratická chyba 52,6 mm SWE; u hodnot pod 150 mm činila 32,7 mm. Hluboký sníh bývá podhodnocen, protože mikrovlnný signál postupně přestává růst. Hustý les mění záření a hory se kvůli prudkým rozdílům výšky a nedostatku stanic z produktu vynechávají. GlobSnow proto nepředstavuje veškerý sníh severní polokoule, ale přesně vymezenou pevninu severně od 40° bez horské masky.

Teplota ve vrtu

Do vrtu se spustí kabel s elektrickými teploměry v přesně změřených hloubkách. V některých vrtech zůstává kabel trvale a zapisovač ukládá hodnoty několikrát denně; jinde se přenosná sonda spouští při pravidelné návštěvě. Po vrtání je třeba počkat, než se teplota okolní horniny vrátí k původnímu stavu. Zveřejněný údaj musí uvádět hloubku čidla, datum, kalibraci a odhad nejistoty.

Pro dlouhodobé porovnání se používá roční průměr v hloubce, kde je sezónní kolísání malé. Jednotlivé vrty mají odlišnou hloubku, a proto Biskaborn et al. vybírali u každého místa nejhlubší vhodné čidlo, zpravidla mezi 10 a 25 metry. Každoroční hodnoty porovnali pouze tam, kde byly mezery dostatečně krátké. Při výpočtu regionálních a globálních změn omezili převahu hustě sledovaných oblastí prostorovým vážením. Biskaborn et al., 2019, metody

Hloubka aktivní vrstvy

Mechanická sonda se na konci období tání zatlačí svisle do půdy, dokud nenarazí na zmrzlé rozhraní. Odečtená vzdálenost se zapíše v každém bodu sítě a z bodů se vypočítá průměr i rozpětí. Pokud tání pokračuje po dni návštěvy, jednorázové měření může roční maximum podhodnotit. Teplotní čidla nebo mrazové trubice naopak umožňují určit okamžik a hloubku maxima během celé sezóny, ale nemusí měřit přesně stejný objem půdy jako sonda.

Místa se výrazně liší půdou, sněhem, vegetací, vodou i ledem v podloží. Změna průměru vybrané sítě vrtů nebo sond proto popisuje tato monitorovací místa, nikoli každý metr arktické pevniny. Síť CALM uchovává jednotlivé body i souhrnné hodnoty, aby bylo možné rozdíl mezi prostorovou proměnlivostí a změnou v čase znovu zkontrolovat. International Permafrost Association: CALM

Zveřejňovaná data

Co lze mezi soubory porovnávat

Plocha sněhu a jeho hmotnost odpovídají na rozdílné otázky. Velká plocha s tenkým sněhem může obsahovat méně vody než menší plocha s hlubokým a hustým sněhem. V zimě může být téměř celé sledované území zasněžené a rozdíly se projeví hlavně v SWE. Na jaře se naopak rychle mění hranice sněhu a plocha je citlivá na okamžik tání. Graf rozsahu proto nelze přepočítat na hmotnost bez dalších měření.

Dlouhý soubor NOAA/Rutgers zachovává historické mapy vytvořené různými družicemi a postupy. To je jeho přednost i omezení. Elias Chereque et al. v roce 2025 zjistili, že rostoucí citlivost rozpoznávání sněhu vytvořila umělé přírůstky v období nástupu sněhu, zejména od září do listopadu. Po opravě se pokles objevil ve všech měsících kromě ledna. Jarní květnové a červnové změny zobrazené níže neleží v hlavním období tohoto problému, ale každé použití podzimních hodnot musí změnu detekce uvést. Elias Chereque et al., 2025

Také permafrost má dvě odlišné úrovně výsledků. Vrty a sondy jsou přímá místní pozorování. Souvislá mapa ESA Permafrost CCI dopočítává prostor mezi nimi fyzikálním modelem a družicovými údaji o povrchu. Mapa umožňuje jednotné plošné srovnání, zatímco vrt zachovává skutečně naměřenou teplotu v hloubce. Článek proto označuje modelované mapy a přímá pozorování zvlášť.

Vrty nejsou rozmístěny rovnoměrně. V databázi z roku 2015 bylo 73 % vrtů mělčích než 25 metrů a velké části Sibiře, vysokých hor i Antarktidy měly řídké pokrytí. Některé vrty navíc začínají pozdě nebo mají mezery. Globální průměr Biskaborna et al. proto používá prostorové vážení a uvádí nejistotu. Novější regionální měření, například z Aljašky do roku 2024, lze přidat jako aktuální stav regionu, nikoli jako prodloužení stejného globálního průměru za rok 2016. Biskaborn et al., 2015

Pozorování

Jarní rozsah sněhu v Arktidě

NOAA Arctic Report Card vyhodnocuje zasněženou pevninu severně od 60° severní šířky bez Grónska. Od roku 1967 do roku 2025 klesl květnový rozsah o 15 %, což odpovídá trendu −2,5 % za desetiletí. Červnový rozsah klesl za stejné období o 50 %, tedy −8,7 % za desetiletí. Graf pod textem nezobrazuje tato procenta přímo: každý měsíc převádí na standardizovanou odchylku vůči období 1991–2020. NOAA Arctic Report Card 2025

Doba tání se v téže zprávě porovnává z týdenních map. V letech 2010–2024 začínalo květnové a červnové tání v severoamerické i euroasijské části Arktidy přibližně o jeden až dva týdny dříve než v letech 1967–1981. Jde o rozdíl mezi dvěma určenými obdobími, nikoli o údaj, že se každý rok přidává stejný počet dnů. Mudryk et al., 2025, obr. 2

Hmotnost sněhu během jara

Čtyři nezávislé podklady použité v Arctic Report Card ukazují, že roční maximum sněhové hmotnosti v zimě 2024/2025 bylo nad průměrem 1991–2020. Do června však plocha i hmotnost klesly pod průměr. Za období 1981–2025 vychází dubnová změna přibližně −3 % a není statisticky významná; květnová činí −13 % a červnová −33 %. Jeden zasněžený rok proto může mít vysoké zimní maximum a současně rychlé jarní ubývání.

GlobSnow poskytuje samostatný fyzikální rozměr výsledku. Na pevnině severně od 40° mimo hory dosahovala v letech 1980–2018 průměrná roční nejvyšší hmotnost sněhu 3 062 ± 35 Gt. Na Severní Ameriku připadalo 1 128 ± 31 Gt a na Eurasii 1 934 ± 35 Gt. V březnu klesala severoamerická hmotnost tempem −46 ± 42 Gt za desetiletí, zatímco euroasijská změna byla vzhledem k nejistotě zanedbatelná. Čísla nezahrnují horskou masku a nemají se přičítat k údajům Arctic Report Card bez sjednocení území a období. Luojus et al., 2021

Teplota permafrostu ve vrtech

Globální soubor Biskaborna et al. zahrnul 154 vrtů; u 123 z nich bylo možné vypočítat změnu za celé období 2007–2016. Prostorově vážený průměr se za deset let zvýšil o 0,29 ± 0,12 °C. V souvislém arktickém permafrostu činila změna 0,39 ± 0,15 °C, v nesouvislém arktickém permafrostu 0,20 ± 0,10 °C a v horském permafrostu 0,19 ± 0,05 °C. Antarktický odhad 0,37 ± 0,10 °C autoři kvůli malému počtu a rozložení vrtů nevyhodnotili jako statisticky průkazný.

Ze 123 vrtů s úplným desetiletým výsledkem se 71 oteplilo, 12 ochladilo a 40 zůstalo v pásmu změny přibližně ±0,1 °C. Pět míst během období překročilo v použité hloubce 0 °C. Tato rozmanitost je podstatná: globální průměr popisuje společný posun sítě, ale jednotlivé vrty mohou mít jiný průběh. Biskaborn et al., 2019

Novější regionální měření a aktivní vrstva

Aljašské vrty pokračují za konec globálního vyhodnocení. V roce 2024 zaznamenalo 9 z 20 dlouhodobě sledovaných míst nejvyšší teplotu za celou dobu svého měření. Ve studeném permafrostu severní Aljašky se teplota v posledních čtyřech desetiletích zvyšovala o 0,3 až 0,7 °C za desetiletí; v teplejším permafrostu vnitrozemí o 0,02 až 0,3 °C za desetiletí. Jde o regionální měření v hloubce 20 metrů na severu a 15 metrů ve vnitrozemí, nikoli o novou globální hodnotu. NOAA Arctic Report Card 2024

Aktivní vrstva se mění prostorově ještě výrazněji než hluboká teplota. Vyhodnocení dostupných míst CALM za roky 2000–2018 zjistilo pro cirkumpolární síť průměrné prohlubování ročního rozmrzání o 0,8 cm za rok. Pro severská místa zahrnutá do stejného rozboru vyšel průměr 0,5 cm za rok. Jde o lineární změny průměru vybraných monitorovacích míst; jednotlivé lokality mohou vykazovat menší, větší i opačnou změnu a výsledek není univerzální přírůstek hloubky na celé Arktidě. Strand et al., 2021

Prameny a data