Almost all biological activity in far north regions takes place within a shallow zone above the permafrost called the active layer. The active layer is the surficial layer of the soil system which thaws every summer. In Imnavait watershed, a small headwater watershed north of the Brooks Range on the North Slope of Alaska, the active layer is an extremely variable multilayered system consisting of a mat of mosses and sedges on about 10 cm of organic soil over silt. The layer of organic soil tends to mollify thermal and hydrologic fluctuations below it. The thermal conductivity of the surface organic layer at average moisture contents is about one-third that of the silt and thus functions as a layer of insulation for the permafrost. Before spring melt or after a period of low precipitation, the organic mat is desiccated and will absorb 1.5 cm of water before downslope runoff occurs. The hydraulic conductivity of the organic soils is 10 to 1000 times greater than the silt, thus during a large rainfall event, downslope movement will primarily occur in the organic layer. The subsurface mineral soil tends to remain saturated with little annual variation and shows little response to precipitation events. In comparison, the moisture content of surficial organic soil fluctuates between 10 and 90% by volume. To adequately model physical processes, we need a detailed understanding of the thermal and hydrologic properties because these properties vary so dramatically over short vertical distances.

Abstract Hydrologic cycle intensification is an expected manifestation of a warming climate. Although positive trends in several global average quantities have been reported, no previous studies have documented broad intensification across elements of the Arctic freshwater cycle (FWC). In this study, the authors examine the character and quantitative significance of changes in annual precipitation, evapotranspiration, and river discharge across the terrestrial pan-Arctic over the past several decades from observations and a suite of coupled general circulation models (GCMs). Trends in freshwater flux and storage derived from observations across the Arctic Ocean and surrounding seas are also described. With few exceptions, precipitation, evapotranspiration, and river discharge fluxes from observations and the GCMs exhibit positive trends. Significant positive trends above the 90% confidence level, however, are not present for all of the observations. Greater confidence in the GCM trends arises through lower interannual variability relative to trend magnitude. Put another way, intrinsic variability in the observations tends to limit confidence in trend robustness. Ocean fluxes are less certain, primarily because of the lack of long-term observations. Where available, salinity and volume flux data suggest some decrease in saltwater inflow to the Barents Sea (i.e., a decrease in freshwater outflow) in recent decades. A decline in freshwater storage across the central Arctic Ocean and suggestions that large-scale circulation plays a dominant role in freshwater trends raise questions as to whether Arctic Ocean freshwater flows are intensifying. Although oceanic fluxes of freshwater are highly variable and consistent trends are difficult to verify, the other components of the Arctic FWC do show consistent positive trends over recent decades. The broad-scale increases provide evidence that the Arctic FWC is experiencing intensification. Efforts that aim to develop an adequate observation system are needed to reduce uncertainties and to detect and document ongoing changes in all system components for further evidence of Arctic FWC intensification.

Abstract Increased attention directed at the permafrost region has been prompted by resource development and climate change. This review surveys advances in permafrost hydrology since 2000. Data shortage and data quality remain serious concerns. Yet, there has been much progress in understanding fundamental hydrologic processes operating in a wide range of environments, from steep mountainous catchments, to the Precambrian Shield with moderate relief, to the low‐gradient terrain of plains, plateaus and wetlands. Much of the recent research has focused on surface water, although springs and groundwater contribution to streamflow have also been studied. A compendium of water‐balance research from 39 high‐latitude catchments reveals the strengths and limitations of the available results, most of which are restricted to only a few years of study at the small watershed scale. The response of streamflow to climate receives continued if not increasing attention, from the occurrence of extreme hydrologic events to the changing regimes of river flow at a regional scale. The effect of climate change and the role of permafrost on the changing discharge of large boreal rivers are major topics for further investigation. Extended field and modelling research on physical processes will improve knowledge of permafrost hydrology and enhance its relevance to societal needs. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Observations indicate that over the past several decades, geomorphic processes in the Arctic have been changing or intensifying. Coastal erosion, which currently supplies most of the sediment and carbon to the Arctic Ocean [ Rachold et al. , 2000], may have doubled since 1955 [ Mars and Houseknecht , 2007]. Further inland, expansion of channel networks [ Toniolo et al. , 2009] and increased river bank erosion [ Costard et al. , 2007] have been attributed to warming. Lakes, ponds, and wetlands appear to be more dynamic, growing in some areas, shrinking in others, and changing distribution across lowland regions [e.g., Smith et al. , 2005]. On the Arctic coastal plain, recent degradation of frozen ground previously stable for thousands of years suggests 10–30% of lowland and tundra landscapes may be affected by even modest warming [ Jorgenson et al. , 2006]. In headwater regions, hillslope soil erosion and landslides are increasing [e.g., Gooseff et al. , 2009].