Typing of the Freezing Conditions Index for Rivers on the Kola Peninsula
Authors
- Lyubov S. Banshchikova State Hydrological Institute
- Sergey A. Kanashin State Hydrological Institute
DOI:
https://doi.org/10.34753/HS.2025.7.4.322+ Keywords
+ Abstract
This study develops a Freezing Conditions Index (FCI) that characterizes the conditions for initial ice formation and the establishment of stable ice cover on rivers of the Kola Peninsula. The index is based on accumulated negative sums of mean monthly air temperature from October to January. We use air temperature records from 40 meteorological stations for 1841–2024 together with ice-regime characteristics from
23 hydrological gauging stations for 1929–2020. Missing values in the temperature series are reconstructed by multiple regression using homogeneous reference series. Using mean cold-season temperature sums, we delineate thermally homogeneous regions and construct maps of the spatial distribution of the FCI. The area-averaged FCI for October shows only minor changes, whereas November, December and January exhibit statistically significant positive trends, indicating a weakening of freezing severity. We classify monthly FCI values into three grades (mild, moderate and cold months), which results in 19 recurrent seasonal combinations of freezing conditions. For each seasonal type, we perform a comparative analysis of the dynamics of negative temperature sums and the corresponding sets of ice phenomena, and consequently identify characteristic complexes of primary ice formation, incomplete freeze-up and complete freeze-up. Cold FCI types dominate up to the 1930s, while in the late twentieth and early twenty-first centuries the share of mild and moderate types increases. As a result, the proposed index provides a physically based tool for refining regional prediction schemes of the timing of primary ice appearance and freeze-up, and for assessing the impacts of ongoing climate warming on river ecosystems and water-management activities.
+ Author Biographies
Ph.D. (Geography), Senior Researcher, State Hydrological Institute, Saint Petersburg, Russia, SPIN-code: 4301-3598, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5878-1458 Postgraduate Student, State Hydrological Institute, Russia, Saint Petersburg, SPIN-code: 8469-3366, ORCID: https://orcid.org/0009-0003-5894-7379
Lyubov S. Banshchikova
Sergey A. Kanashin
+ References
1. Чеботарев А. И. Гидрологический словарь. 1978. 308 с.
2. Донченко Р. В. Ледовый режим рек СССР. Гидрометеоиздат, 1987. С. 247.
3. Банщикова Л. С., Сумачев А. Э. Вариация температуры воздуха холодного периода на Кольском полуострове как фактор изменения ледового режима // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11. № 3. С. 397–405. DOI: 10.25283/2223-4594-2021-3-397-405.
Banshchikova L. S., Sumachev A. E. Variability of air temperature during the cold period on the Kola Peninsula as a factor in changing the ice regime. Arctic: Ecology and Economy, 2021, vol. 11, no. 3, pp. 397–405. DOI: 10.25283/2223-4594-2021-3-397-405. (In Russian; abstract in English).
4. Агафонова С. А., Василенко А. Н., Мироненко А. А., Фролова Н. Л. Ледовый режим и его опасные проявления на реках Арктической зоны России // Ледовые и термические процессы на водных объектах России. Тр. V Всеросс. конф. М.: Изд-во РГАУ – МСХА им. К. А. Тимирязева, 2016. С. 15–21.
5. Алексеевский Н. И., Магрицкий Д. В., Михайлов В. Н. Антропогенные и естественные изменения гидрологических ограничений для природопользования в дельтах рек Российской Арктики // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 1. С. 14–31. DOI: 10.35567/1999-4508-2015-1-2.
6. Банщикова Л.С., Сумачев А.Э., Бирюкова В.А., Канашин С.А. Опасные гидрологические явления на реках Кольского полуострова // Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций в Арктической зоне Российской Федерации: материалы научно-практической конференции, 4–7 апреля 2023 года. Мурманск: МАГУ, 2023. С. 29–31.
Banshchikova L.S., Sumachev А.Е., V.A. Biryukova, Kanashin S.A Dangerous hydrological phenomena on the Kola Peninsula rivers. Prevention and Elimination of Emergencies in the Arctic Zone of the Russian Federation: Proceedings of the Scientific and Practical Conference, April 4–7, 2023. Murmansk, 2023, pp. 29–31. (In Russian; abstract in English).
7. Василенко А. Н., Агафонова С. А., Фролова Н. Л. Исследования связи термического и ледового режимов рек Российской Арктики по данным многолетних наблюдений // Гидрометеорология и экология: достижения и перспективы развития. Труды IV Всероссийской конференции. СПб.: Химиздат, 2020. С. 126–129.
8. Смирнова Д. А. и др. Основные черты зимнего гидрологического режима приливных устьев рек Терского берега Белого моря на примере рек Умба и Кузрека // Современные проблемы гидрометеорологии и устойчивого развития регионов. Сборник тезисов Международной конференции. СПб.: РГГМУ, 2020. С. 144–145.
9. Фролова Н. Л. и др. Антропогенные и климатически обусловленные изменения стока воды и ледовых явлений рек Российской Арктики // Вопросы географии. 2018. № 145. С. 233–251.
Frolova N. L. et al. Anthropogenic and climate-induced changes in water runoff and ice phenomena on the rivers of the Russian Arctic. Voprosy Geografii, 2018, no. 145, pp. 233–251. (In Russian; abstract in English).
10. Баклагин В. Н. Зависимости характерных дат ледового режима Белого моря от температурного фона над его акваторией // Успехи современного естествознания. 2020. № 7. С. 55–60. DOI: 10.17513/use.37432.
Baklagin V. N. Dependences of characteristic dates of the ice regime of the White Sea on the temperature background above its water area. Advances in modern natural science, 2020, no. 7, pp. 55–60. DOI: 10.17513/use.37432. (In Russian; abstract in English).
11. Демин В. И. Основные климатические тенденции на Кольском полуострове за период инструментальных метеорологических измерений // Труды Кольского научного центра РАН. 2012. Т. 1. № 2. С. 98–110.
12. Демин В. И., Анциферова А. Р., Мокротоварова О. И. Изменения температуры воздуха в Мурманске с начала XIX века // Вестник Кольского научного центра РАН. 2015. № 1 (20). С. 113–125.
13. Демин В. И. Священников П. Н., Иванов Б. В. Изменения крупномасштабной циркуляции атмосферы и современное потепление климата на Кольском полуострове // Вестник Кольского научного центра РАН. 2014. № 2 (17). С. 60–67.
14. Евзеров В. Я. Последствия климатических изменений четвертичного периода в Кольском регионе (на примере поздневалдайского оледенения и голоцена) // Вестник Кольского научного центра РАН. 2016. № 2 (25). С. 5–18.
Evzerov V. Ya. Effects of Quaternary Climatic Changes in the Kola Region (Exemplified with the Late Valdai Glaciation and Holocene). Herald of the Kola Science Centre of the RAS, 2016, vol. 2, pp. 5–18. (In Russian; abstract in English).
15. Ильяшук Б. П., Ильяшук Е. А., Хаммарлунд Д. Изменения климата в предгорьях Хибин, Кольский полуостров, на протяжении голоцена // Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода. 2007. № 67. С. 85–96.
16. Крастынь Е. А. и др. Зимний режим приливных устьев рек Терского берега Белого моря // Четвертые Виноградовские чтения. Гидрология: от познания к мировоззрению. Сборник докладов. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2020. С. 1092–1097.
17. Романенко Ф. А., Шиловцева О. А. Геоморфологические процессы в горах Кольского полуострова и изменения климата // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2016. № 6. С. 78–86.
Romanenko F. A., Shilovtseva O. A. Geomorphological processes in the mountains of the Kola Peninsula and climate changes. Lomonosov Geography Journal, 2016, no. 6, pp. 78–86. (In Russian; abstract in English).
18. Анисимов О. А., Бадина С. В. Оптимизация региональных планов адаптации к изменению климата в арктической зоне России на основе прогностического моделирования // Арктика: экология и экономика. 2024. C.350–359. DOI: 10.25283/2223-4594-2024-3-350-359.
Anisimov O. A., Badina S. V. Optimization of regional adaptation plans to climate in the Russian Arctic based on forecasting modeling. Arctic: Ecology and Economy, 2024, vol. 14, no. 3, pp. 350—359.
DOI: 10.25283/2223-4594-2024-3-350-359 (in Russian, abstract in English).
19. Сикан А. В., Малышева Н. Г., Винокуров И. О. Статистические методы анализа гидрометеорологической информации. СПб.: РГГМУ, 2014. 76 с.
20. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 10. Берингово море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / под ред. Ф. С. Терзиева. СПб.: Гидрометеоиздат, 1999. 300 с.
21. Яицкая Н. А., Магаева А. А. Динамика ледового режима Азовского моря в XX–XXI вв //Лёд и снег. 2018. Т. 58. №. 3. С. 373–386. DOI: 10.15356/2076-6734-2018-3-373-386.
Yaitskaya N.A., Magaeva A.A. Dynamics of the ice regime of the Sea of Azov in the XX–XXI centuries. Ice and Snow, 2018, vol.58, no.3, pp.373–386. DOI: 10.15356/2076-6734-2018-3-373-386 (in Russian, abstract in English).
22. Lehner B., Grill G. Global river hydrography and network routing: baseline data and new approaches to study the world’s large river systems. Hydrological Processes, 2013, vol.27, no. 15, pp. 2171–2186. DOI:10.1002/hyp.9740.
+ Read article online
