Observation and modelling of glacier mass balances in Patagonia and Svalbard [Elektronische Ressource] : application and enhancement of temperature-index based modelling approaches / Marco Möller

Marco

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• Publié par: rheinisch-westfalischen_technischen_hochschule_-rwth-_aachen
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 14
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 30 Mo

Extrait

Observation and modelling of glacier mass balances in
Patagonia and Svalbard
–
Application and enhancement of temperature-index based modelling
approaches

Von der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der
Rheinisch -Westfälischen Technischen Hochschule Aachen

zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktors der Naturwissenschaften

genehmigte Dissertation


vorgelegt von

Marco Möller M.A.

aus Aachen



Berichter: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Christoph Schneider
Berichter: Univ.-Prof. Dr. phil. Dieter Scherer

Tag der mündlichen Prüfung: 14.03.2011


Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar

 


Abstract
thGlobal sea level has been persistently rising throughout the 20 century and is expected
to continue this development in the future. Glaciers and ice caps outside the large ice
shields of Greenland and Antarctica have been identified as important contributors to sea-
level rise. However, to yield any model-based quantification of this development, the
climate-related surface mass balance of these ice masses is a crucial factor to be known.
Two particularly influencing regions regarding global sea-level rise are Patagonia and the
Arctic islands and archipelagos.
This thesis deals with modelling and observation of glacier surface mass balances in these
regions. Two ice caps form the regional case-study sites: Gran Campo Nevado located in
southernmost Patagonia close to the Strait of Magellan and Vestfonna located in the
northern Svalbard archipelago on the island Nordaustlandet. As it is the case for most
remote regions of the world, data availability regarding these ice caps is insufficient for
sophisticated, physically-based, dynamic modelling of glacier mass balance. Hence,
feasible modelling methods of low complexity are employed to cope with the limitations
regarding input data quantity and quality. The modelling approaches are based on the
well established temperature-index method and are enhanced and further developed
where ever necessary.
First calculations of the surface mass balance of Gran Campo Nevado and Vestfonna are
presented in individual studies. For Gran Campo Nevado also long-term past and future
glacier evolution and climate sensitivity characteristics are analysed. In doing so, this
thesis contributes to improve the knowledge about mass balance and potential
contribution to sea-level rise of Patagonian and Arctic glaciers. Furthermore, it presents a
set of enhancements and newly introduced approaches regarding glacier mass-balance
modelling. These novelties are especially aimed at contributing to fulfilling the need of
development of simple but nevertheless reliable glacier models that can be used to
estimate the evolution of glaciers and ice caps in difficult to access, remote areas of the
world. This finally serves to facilitate a more complete estimate of glacier induced sea-
level rise.  


Zusammenfassung
Der weltweite Meeresspiegel ist während des 20. Jahrhunderts fortwährend angestiegen
und es wird erwartet, daß sich diese Entwicklung auch in Zukunft fortsetzen wird. Die
Gletscher und Eiskappen außerhalb der großen Eisschilde Grönlands und der Antarktis
leisten dazu einen wichtigen Beitrag. Das Wissen über die Klima-gekoppelte Oberflä-
chenmassenbilanz dieser Eismassen ist ein entscheidender Faktor, um eine auf Modellen
basierte Quantifizierung dieses Beitrages zu erhalten. Zwei besonders einflußstarke Re-
gionen im Bezug auf den weltweiten Meeresspiegelanstieg sind Patagonien sowie die
arktischen Inseln und Archipele.
Diese Dissertation behandelt die Modellierung und Beobachtung der Oberflächenmas-
senbilanzen von Gletschern in diesen beiden Regionen. Zwei Eiskappen dienen dabei als
regionale Fallbeispiele: zum einen die Gran Campo Nevado Eiskappe in Südpatagonien
nahe der Magellanstraße und zum anderen die Vestfonna Eiskappe auf der zum nördli-
chen Svalbard Archipel gehörenden Insel Nordaustlandet. Wie es für die meisten entlege-
nen Regionen der Welt der Fall ist, ist die Datenverfügbarkeit auch hier zu gering für
aufwendige, physikalisch-basierte, dynamische Gletschermassenbilanzmodellierungen.
Aufgrund dessen werden in dieser Arbeit einfach anwendbare Modellierungsmethoden
mit geringerer Komplexität verwendet, um den im Bezug auf Datenquantität und -qualität
vorhandenen Limitierungen gerecht zu werden. Diese Modellierungsansätze basieren auf
der gängigen Temperaturindexmethode und werden den jeweiligen Gegebenheiten ent-
sprechend verbessert und weiterentwickelt.
Es werden erste Berechnungen der Oberflächenmassenbilanzen der Gran Campo Nevado
und der Vestfonna Eiskappe in Einzelstudien vorgestellt. Für die Gran Campo Nevado
Eiskappe beinhalten diese ebenfalls Betrachtungen der längerfristigen Gletscherentwick-
lung in Vergangenheit und Zukunft sowie eine Analyse ihrer Klimasensitivität. Damit
trägt diese Dissertation dazu bei, das Wissen über Massenbilanzen patagonischer und
arktischer Gletscher sowie deren potentielle Beiträge zum weltweiten Meeresspiegelan-
stieg zu mehren. Darüber hinaus stellt sie ein Set von Weiterentwicklungen und neu ein-
geführten Ansätzen auf dem Gebiet der Gletschermassenbilanzmodellierung vor. Diese
Neuerungen sind speziell darauf ausgerichtet dazu beizutragen den wachsenden Bedarf an
einfachen aber nichtsdestotrotz zuverlässigen, glaziologischen Modellen zu decken, die
dazu benutzt werden können die Entwicklung von Gletschern und Eiskappen in entlege-
nen, schwerzugänglichen Regionen der Welt abzuschätzen. Damit trägt diese Dissertation
schließlich dazu bei, eine vollständigere Abschätzung des gletscherbedingten Meeres-
spiegelanstieges zu ermöglichen.
 


Acknowledgements
First of all I would like to express my gratitude to Prof. Christoph Schneider for
providing me with the opportunity of working on my PhD studies on a glaciology-related
topic. I also express my gratitude to Prof. Dieter Scherer for examining this thesis.
The unique chance of doing fieldwork in the High Arctic environment of northern
Svalbard was a very special experience. I am thankful to all the colleagues that made the
various field campaigns an enriching and instructive time: Emilie Beaudon, Prof.
Matthias Braun, Roman Finkelnburg, Prof. Piotr G łowacki, Dr. Mariusz Grabiec, Bob
McNabb, Fred Meier, Rebecca Möller, Dr. Rickard Pettersson, Prof. Veijo Pohjola,
Albert Polze, Dariusz Puczko, Tobias Sauter, Prof. Dieter Scherer, Prof. Christoph
Schneider, Lasse Tano and Åke Wallin.
I express my gratitude to the Gesellschaft für Erdkunde zu Köln e.V. for awarding me the
Dr. Hohmann-Nachwuchsförderpreis 2007. This provided me with the great opportunity
of participating in a field campaign at Gran Campo Nevado in southern Patagonia. In this
respect I am very thankful to Marcelo Arévalo, Prof. Rolf Kilian and Tobias Sauter for an
amazingly informative and scenically wonderful time on Gran Campo II.
I would like to thank all my colleagues in Aachen for sharing thoughts, having helpful
discussions and for just spending a really nice and entertaining time in a very pleasant
working atmosphere during the last years: Mareike Buttstädt, Eva Huintjes, Oliver
Käsmacher, Dr. Gunnar Ketzler, Hendrik Merbitz, Dr. Katja Petzoldt, Timo Sachsen,
Tobias Sauter and Prof. Christoph Schneider.
I am thankful to my family for always accompanying and supporting my studies and
professional development. Special thanks go to my dog Mona for nudging me hundreds
of times during the long nights of writing; these minutes of diversion have always been a
very welcomed recreation. Finally, my heartfelt thanks and deep gratitude are dedicated
to my beloved wife Rebecca Möller. Without your help, support and encouragement these
years of PhD studies would have been by far not as nice and fruitful as they were. Thanks
for an almost endless time of waiting, thanks for always being there whenever I needed
you, thanks for everything!  


List of original papers
This thesis is based on the following papers and manuscripts:
• MÖLLER, M., C. SCHNEIDER & R. KILIAN (2007), Glacier change and climate
forcing in recent decades at Gran Campo Nevado, southernmost Patagonia, An-
*nals of Glaciology, 46, 136-144.
• MÖLLER, M. & C. SCHNEIDER (2008), Climate sensitivity and mass-balance evo-
lution of Gran Campo Nevado ice cap, southwest Patagonia, Annals of Glaciol-
*ogy, 48, 32-42.
• MÖLLER, M. & C. SCHNEIDER (2010a), Calibration of glacier volume-area rela-
tions from surface extent fluctuations and application to future glacier change,
*Journal of Glaciology, 56(195), 33-40.
• MÖLLER, M. & C. SCHNEIDER (2010b), Volume change at Gran Campo Nevado,
Patagonia, in 1984-2000 – a reassessment based on new findings, Journal of Gla-
*ciology, 56(196), 363-365.
• MÖLLER,