From point measurements to glacier wide mass balance

Transcripción

1 From point measurements to glacier wide mass balance Extrapolación espacial de los datos medidos en puntos WGMS Training Course on Mass Balance Measurements and Analysis 2016 La Paz, 11/7/2016 Marlene Kronenberg, University of Fribourg and Meteodat GmbH, Switzerland

2 Introducción Contenido Introducción Sistema del tiempo Métodos de extrapolación espacial y ejemplos Comparación de métodos Conclusión Marlene Kronenberg, University of Fribourg 2

3 Introducción Balance de masa glaciológico Información in situ Resolución temporal alta Resolución espacial baja (información de puntos) Marlene Kronenberg, University of Fribourg 3

4 Introducción Método glaciológico: Medición del balance de masa en puntos Área de acumulación: pozos y sondeos Área de ablación: Balizas -3 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 4

5 Introducción Método glaciológico: Medición del balance de masa en puntos Área de acumulación: pozos y sondeos Conocer el balance de masa distribuido +0.5 y el balance de masa especifico del glaciar -1-2 Extrapolación espacial Área de ablación: Balizas -3 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 5

6 Introducción Preparaciones por el análisis de los datos 1. Control de cualidad de datos medidos Unidad: m w.e. Eliminar datos sospechosa Coordenadas Fecha de investigación 2. Preparación de un mapa Mapa de la distribución de la elevación del glaciar Marlene Kronenberg, University of Fribourg 6

7 Sistemas de tiempo Sistema de tiempo / Time system 1. Floating-date system 2. Fixed-date system 3. Stratigraphic system 4. Combined system (Mayo et al.,1972) 5. Other Stratigraphic mínimo anualmáximo anualmínimo anual Cogley et al., 2011 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 7

8 Sistemas de tiempo Sistema de tiempo / Time system Ejemplo por un glaciar representativo de los latitudes medias del hemisferio norte (Invierno: Periodo de acumulación, verano: Periodo de ablación). Fixed-date Año hidrológico: 1 de octubre - 1 de mayo - 1 de octubre Stratigraphic mínimo anualmáximo anualmínimo anual Balance en invierno Balance en verano Cogley et al., 2011 (after Huss et al., 2009) Marlene Kronenberg, University of Fribourg 8

9 Sistemas de tiempo Sistema de tiempo / Time system Ejemplo por un glaciar representativo de los latitudes medias del hemisferio norte (Invierno: Periodo de acumulación, verano: Periodo de ablación). Cuáles son las fechas de las mediciones? 1. Floating-date system 2. Fixed-date system 3. Stratigraphic system 4. Combined system (Mayo et al.,1972) 5. Other Fixed-date Año hidrológico: 1 de octubre - 1 de mayo - 1 de octubre Stratigraphic mínimo anualmáximo anualmínimo anual Balance en invierno Balance en verano Cogley et al., 2011 (after Huss et al., 2009) Marlene Kronenberg, University of Fribourg 9

10 Métodos de extrapolación espacial Unos métodos de extrapolación espacial Métodos automáticos Interpolación Profile method Lliboutry s linear model (e.g. Basantes-Serrano et al., 2016) Asimilación de datos en modelos del balance de masa de glaciares Métodos manuales Contour line method Marlene Kronenberg, University of Fribourg 10

11 Sitios Sitios de los ejemplos Findelengletscher, Alpes suizos, 46 N, 13 km 2 Glacier No. 354, Inner Tien Shan 42 N, 6 km 2 Sold et al., 2016 Storglaciären, Kebnekaise massif, Suecia, 68 N, 3 km 2 Zemp et al., 2010 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 11 Koblet et al., 2010

12 Interpolación Interpolación Se necesitan puntos de medición organizados en una red bien definida (cubriendo todo el glaciar, incluso sus márgenes). Ejemplo por Findelengletscher, Alpes suizos, 46 N, 13 km 2, Mass balance 2008/09 Adecuado solamente por glaciares con una red de medición excepcional. Storglaciären, Sweden, 68 N, 3 km 2 Winter balance 1993/94 Hock and Jensen, 1999 Machguth, 2013 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 12

13 Interpolación Interpolación Se necesitan puntos de medición organizados en una red bien definida (cubriendo todo el glaciar, incluso sus márgenes). Ejemplo por Findelengletscher, Alpes suizos, 46 N, 13 km 2, Mass balance 2008/09 Adecuado solamente por glaciares con una red de medición excepcional. Métodos automáticos, no basado en procesos Storglaciären, Sweden, 68 N, 3 km 2 Winter balance 1993/94 Hock and Jensen, 1999 Machguth, 2013 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 13

14 Profile method Profile method: Glacier No. 354, Kyrgyzstan, 2012/ N, E Observaciones desde 2010/11 en 2012/13: 11 balizas y 1 pozo Linear fit: m w.e. Marlene Kronenberg, University of Fribourg 14

15 Profile method Profile method: Glacier No. 354, 2012/13 (Averaged) mass balance per elevation band: Which assumption for zones above the uppermost measurement? Linear regression: similar gradient for accumulation and ablation area? Diminishing m w.e. Constant m w.e. Linear fit: m w.e. 2 gradients m w.e. 1 gradient m w.e. Marlene Kronenberg, University of Fribourg 15

16 Profile method Profile method: Glacier No. 354, 2012/13 (Averaged) mass balance per elevation band: Which assumption for zones above the uppermost measurement? Linear regression: similar gradient for accumulation and ablation area? Diminishing m w.e. Constant m w.e. Linear fit: m w.e. 2 gradients m w.e. 1 gradient m w.e. Marlene Kronenberg, University of Fribourg 16

17 Profile method Profile method: Glacier No. 354, 2012/13 (Averaged) mass balance per elevation band: Which assumption for zones above the uppermost measurement? Linear regression: similar gradient for accumulation and ablation area? Diminishing m w.e. Constant m w.e. Linear fit: m w.e. 2 gradients m w.e. 1 gradient m w.e. Métodos automáticos, no basado en procesos Marlene Kronenberg, University of Fribourg 17

18 Contour line method Contour line method Construir un mapa de isolíneas del balance de masa al base de los puntos medidos Método manual Conocimientos del analizador posibilidad de incluir conocimientos sobre procesos Zonas sin datos Limitaciones en conocimientos y disponibilidad de datos Resultados dependen del analizador Riesgo de influencias externos no deseados Marlene Kronenberg, University of Fribourg 18

19 Contour line method Contour line method schematically summarized 1. Incorporar puntos medidos en una mapa actualizado del glaciar 2. Interpolar isolíneas del balance de masa entre los puntos medidos 3. Determinar áreas del balance de masa idéntico (Intervalos entre isolíneas) 4. Multiplicar la superficie de estos áreas con el valor de balance de masa especifica correspondiente para obtener el cambio de masa. 5. Sumar los cambios de masa de cada zona para determinar el cambio de masa total. 6. Dividir por el área total del glaciar para determinar el balance de masa especifico del glaciar. Read more: Østrem and Brugman, 1991; Kaser et al., 2003 Marlene Kronenberg, University of Fribourg

20 Contour line method Contour line method schematically summarized 1. Incorporar puntos medidos en una mapa actualizado del glaciar 2. Interpolar isolíneas del balance de masa entre los puntos medidos 3. Determinar áreas del balance de masa idéntico (Intervalos entre isolíneas) 4. Multiplicar la superficie de estos áreas con el valor de balance de masa especifica correspondiente para obtener el cambio de masa. 5. Sumar los cambios de masa de cada zona para determinar el cambio de masa total. 6. Dividir por el área total del glaciar para determinar el balance de masa especifico del glaciar. Read more: Østrem and Brugman, 1991; Kaser et al., 2003 Marlene Kronenberg, University of Fribourg

21 Contour line method Contour line method schematically summarized 1. Incorporar puntos medidos en una mapa actualizado del glaciar 2. Interpolar isolíneas del balance de masa entre los puntos medidos 3. Determinar áreas del balance de masa idéntico (Intervalos entre isolíneas) 4. Multiplicar la superficie de estos áreas con el valor de balance de masa especifica correspondiente para obtener el cambio de masa. 5. Sumar los cambios de masa de cada zona para determinar el cambio de masa total. 6. Dividir por el área total del glaciar para determinar el balance de masa especifico del glaciar. Read more: Østrem and Brugman, 1991; Kaser et al., 2003 A 2 =1500m A 1 =1300 m 1000 m Marlene Kronenberg, University of Fribourg

22 Contour line method Contour line method schematically summarized 1. Incorporar puntos medidos en una mapa actualizado del glaciar 2. Interpolar isolíneas del balance de masa entre los puntos medidos 3. Determinar áreas del balance de masa idéntico (Intervalos entre isolíneas) 4. Multiplicar la superficie de estos áreas con el valor de balance de masa especifica ΔM correspondiente 2 5. Sumar los cambios de masa de cada zona para determinar el cambio de masa total. A 1 *b 1 =ΔM 1 [m w.e.*m 2 ] 6. Dividir por el área total del glaciar para determinar el balance de masa especifico del glaciar. Read more: Østrem and Brugman, 1991; Kaser et al., 2003 b 5 =1 b 4 =0 b 3 =-1 b 2 =-2 b 1 =-3 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 22 A 4 A 3 A 2 A 1 A

23 Contour line method Contour line method schematically summarized 1. Incorporar puntos medidos en una mapa actualizado del glaciar 2. Interpolar isolíneas del balance de masa entre los puntos medidos 3. Determinar áreas del balance de masa idéntico (Intervalos entre isolíneas) 4. Multiplicar la superficie de estos áreas con el valor de balance de masa especifica correspondiente 5. Sumar los cambios de masa de cada zona 6. Dividir por el área total del glaciar para determinar el balance de masa especifico del glaciar. Read more: Østrem and Brugman, 1991; Kaser et al., 2003 ΔM 5 ΔM 4 ΔM 3 ΔM 2 ΔM 1 ΔM total = ΔM 1 + ΔM ΔM 5 [m w.e.*m 2 ] Marlene Kronenberg, University of Fribourg 23 A 4 A 3 A 2 A 1 A

24 Contour line method Contour line method schematically summarized 1. Incorporar puntos medidos en una mapa actualizado del glaciar 2. Interpolar isolíneas del balance de masa entre los puntos medidos 3. Determinar áreas del balance de masa idéntico (Intervalos entre isolíneas) 4. Multiplicar la superficie de estos áreas con el valor de balance de masa especifica correspondiente 5. Sumar los cambios de masa de cada zona 6. Dividir por el área total del glaciar para determinar el balance de masa especifico del glaciar. ΔM total / A total = B [m w.e.] Read more: Østrem and Brugman, 1991; Kaser et al., 2003 ΔM 5 ΔM 4 ΔM 3 ΔM 2 ΔM 1 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 24 A 4 A 3 A 2 A 1 A

25 Contour line method: Example Contour line method: Example Glacier No. 354, 2012/13, B a =-0.45 m w.e. elevation (m a.s.l.) area (m2) mb (m w.e.) area*mb (m w.e. m elevation (m a.s.l.) mb (m w.e.) area (m2) Area*mb (m w.e. m2) Marlene Kronenberg, University of Fribourg 25

26 Contour line method: Example Contour line method: Example Glacier No. 354, 2012/13, B a =-0.45 m w.e. elevation (m a.s.l.) area (m2) mb (m w.e.) area*mb (m w.e. m elevation (m a.s.l.) mb (m w.e.) area (m2) Area*mb (m w.e. m2) Marlene Kronenberg, University of Fribourg 26

27 Modelos del balance de masa Asimilación de datos en modelos del balance de masa Utilizar procesos físicos para extrapolar espacialmente y temporalmente el balance de masa acumulación Ejemplo: Modelo de Huss: Modelo de resolución temporal de un día Modelo de deshielo con modelo de acumulación distribuido Input: Temperatura del aire y precipitación Se usan los datos medidas para optimizar parámetros de un modelo Deshielo: Distributed temperature-index / energy balance model including potential radiation (Hock, 1999; Oerlemans, 2001) 3 parameters Acumulación: Extrapolación de la precipitación 1 parámetro Huss et al., 2009 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 27

28 Modelos del balance de masa Modelo: ejemplo Evolucion del balance de de masa por un punto (modelo) Huss et al., 2009 Ajustar el balance de masa glaciológico cumulativo al balance geodésico cf. Presentaciones martes Balance de masa del modelo (rojo) en comparación con medidas en puntos (negro) Marlene Kronenberg, University of Fribourg 28

29 Modelos del balance de masa Asimilación de datos en modelos del balance de masa Extrapolación espacial Findelengletscher, Alpes suizos Extrapolación temporal Sold et al., 2016 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 29

30 mass balance (m w.e.) Comparación de métodos Comparación de métodos: Ejemplos Resultados dependen del método Contour line method y modelo: resultados similares! 2011 contour line 2012 model 2013 profile Glacier No. 354 Diferencias acumuladas en balance de masa cumulativa Findelengletscher Sold et al., 2016 Marlene Kronenberg, University of Fribourg 30

31 Comparación de métodos Comparación de métodos Modelo Método automático consistente Utilizar relaciones basando en procesos para extrapolar datos Posibilidad de incluir datos complementarios automáticamente (Distribución de nieve, Albedo ) Resolución diario Corrección de las fechas de investigación Necesita datos meteorológicos (estación cercana) No se pueden incluir conocimientos del analizador El resultado es comprensible?! Contour line method Método manual Depende del analizador Método simple, comprensible y transparente Incorporación de conocimientos posible En todos los métodos hay incertidumbres Marlene Kronenberg, University of Fribourg 31

32 Conclusiones Conclusiones Incluir conocimientos de los procesos mejor cualidad de los datos del balance de masa! Contour line method o adaptación de datos con un modelo Adaptar método en función de las características del glaciar Método homogéneo Entregar todo los datos y metadatos (puntos, coordenadas fechas etc.) Marlene Kronenberg, University of Fribourg 32

33 Gracias 33

34 Bibliografía Bibliografía Basantes-Serrano, R., Rabatel, A., Francou, B., Vincent, C., Maisincho, L., Cáceres, B., Galarraga, R., and Alvarez, D. (2016). Slight mass loss revealed by reanalyzing glacier mass-balance observations on Glaciar Antisana 15α (inner tropics) during the period. Journal of Glaciology, 62(231), Cogley, J. G., Hock, R., Rasmussen, L. A., Arendt, A. A., Bauder, A., Braithwaite, R. J., Jansson, P., Kaser, G., Möller, M., Nicholson, L., and Zemp, M. (2011). Glossary of Glacier Mass Balance. IHP-VII Technical Documents in Hydrology No. 86, IACS Contribution No.2. UNESCO-IHP, Paris. Hock, R. (1999). A distributed temperature-inde ice- and snowmelt model including potential direct solar radiation. Journal of Glaciology, 45(149), Hock, R., and Jensen, H. (1999). Application of Kriging Interpolation for Glacier Mass Balance Computations. Geografiska Annaler. Series A, Physical Geography, 81(4), Huss, M., Bauder, A., and Funk, M. (2009). Homogenization of long-term mass-balance time series. Annals of Glaciology, 50, Kaser, G., Fountain, A., and Jansson, P. (2003). A manual for monitoring the mass balance of mountain glaciers. IHP-VI Technical Documents in Hydrology No.2, UNESCO-IHP, Paris. Koblet, T., Gärtner-Roer, I., Zemp, M., Jansson, P., Thee, P., Haeberli, W., and Holmlund, P.: Reanalysis of multi-temporal aerial images of Storglaciären, Sweden ( ) Part 1: Determination of length, area, and volume changes, The Cryosphere, 4, Østrem, G., and Brugman, M. (1991). Glacier Mass-Balance Measurements: A Manual for Field and Office Work. Glacier massbalance measurements. A manual for field and office work. Saskatoon, Saskatchewan, Canada. Oerlemans, J. (2001). Glaciers and Climate change. AA Balkema Publishers. Sold, L., Huss, M., Machguth, H., Joerg, P. C., Leysinger Vieli, G., Linsbauer, A., Hoelzle, M. (2016). Mass balance reanalysis of Findelengletscher, Switzerland, benefits from extensive snow accumulation measurements. Frontiers in Earth Science, 4(18), Zemp, M., Jansson, P., Holmlund, P., Gärtner-Roer, I., Koblet, T., Thee, P., and Haeberli, W.: Reanalysis of multi-temporal aerial images of Storglaciären, Sweden ( ) Part 2: Comparison of glaciological and volumetric mass balances, The Cryosphere, 4, Marlene Kronenberg, University of Fribourg 34