Energy and mass balance modelling for glaciers on the Tibetan Plateau : extension, validation and application of a coupled snow and energy balance model

Huintjes, Eva; Schneider, Christoph

doi:5239

Energy and mass balance modelling for glaciers on the Tibetan Plateau : extension, validation and application of a coupled snow and energy balance model = Energie- und Massenbilanzmodellierung für Gletscher auf dem Tibetischen Plateau : Erweiterung, Validierung und Anwendung eines gekoppelten Schnee- und Energiebilanzmodells

Huintjes, Eva (Author)^RWTH*

2014

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Eva Huintjes

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

UmfangXV, 222 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Druckausg.: Huintjes, Eva: Energy and mass balance modelling for glaciers on the Tibetan Plateau

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Schneider, Christoph (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-10-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52394
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459462/files/5239.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Gletscher (Genormte SW) ; Glaziologie (Genormte SW) ; China (Genormte SW) ; Tibet (Genormte SW) ; Energiebilanz (Genormte SW) ; Geowissenschaften (frei) ; glacier (frei) ; glaciology (frei) ; China (frei) ; Tibet (frei) ; energy balance (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550
rvk: RR 69396 * RR 69387 * RR 69378 * RR 69375

Kurzfassung
Das Tibetische Plateau ist Quellgebiet von fünf der größten Flüsse Asiens. Das in den großen Eis-, Schnee- und Permafrostgebieten auf dem Plateau und den angrenzenden Gebirgszügen gespeicherte Wasser ist wichtig, um die saisonale Wasserverfügbarkeit zu gewährleisten. Aufgrund der in den letzten Jahrzehnten steigenden Temperaturen verlieren viele der Gletscher an Masse. Die regionalen Muster der Gletscherveränderungen sind gegensätzlich, beeinflusst von lokalen Faktoren, sowie der räumlichen und zeitlichen Heterogenität des Klimas und seiner Variabilität. Die verschiedenen Rückkopplungen zwischen Atmosphäre und Gletschern, sowie die Rolle der einzelnen Komponenten der Energie- und Massenbilanz der Gletscher im Schmelzprozess innerhalb der verschiedenen Klimaregionen auf dem Tibetischen Plateau wurden bislang noch nicht detailliert betrachtet. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung von Oberflächenenergie- und -massenbilanzen von Gletschern auf dem Tibetplateau. Vier Gletscher und eine Eiskappe in verschiedenen Regionen des Plateaus und der umliegenden Gebirgszüge dienen als regionale Beispiele: Zhadang Gletscher (südöstliches Tibetplateau), Purogangri Eiskappe (zentrales Tibetplateau), Naimona’nyi Gletscher (westlicher Himalaya), Halji Gletscher (westlicher Himalaya) und Muztagh Ata Gletscher (östlicher Pamir). Die Untersuchungsgebiete liegen in einer maximalen Entfernung von ungefähr gleich 1700 km zueinander und befinden sich in unterschiedlichen Klimaregionen. Wie in den meisten abgelegenen Regionen der Erde ist die Datenverfügbarkeit aus lokalen Messungen für die Verwendung in komplexen, physikalisch basierten Gletscherenergie- und –massenbilanzmodellen unzureichend. Wir verwenden Daten aus lokalen Messungen einer Intensivmesskampagne am Zhadang Gletscher um das Ergebnis des entwickelten Energie- und Massenbilanzmodells im Detail zu validieren. Für 10-jährige Modellläufe werden hoch aufgelöste atmosphärische Modelldaten der High Asia Reanalysis verwendet. Das Modellschema koppelt die atmosphärische Energiebilanz mit einem mehrschichtigen Schneemodul, um die Wechselbeziehungen zwischen Atmosphäre und Kryosphäre zu analysieren. Am Beispiel des Zhadang Gletschers werden die verschiedenen Modellkomponenten anhand unterschiedlichster Methoden und Datengrundlagen validiert. Die am Zhadang Gletscher installierte komplexe Messapparatur beinhaltet ein Zeitraffer-Kamerasystem, welches das erste dieser Art auf dem Tibetischen Plateau ist. Es bietet eine exzellente Datengrundlage für die Modellevaluierung und eröffnet neue Möglichkeiten für weitergehende Analysen. Das entwickelte Gletscherenergie- und -massenbilanzmodell wird auf alle fünf Untersuchungsgebiete angewendet, um eine 10-jährige Zeitreihe aller Energie- und Massenbilanzkomponenten zu erzeugen. Für jedes Untersuchungsgebiet werden die Modellergebnisse mit meteorologischen oder glaziologischen Messungen oder Ergebnissen aus Fernerkundungsstudien verglichen und so das mögliche Parameterset zur Modellabstimmung eingeschränkt. Dies ist der bislang größte und detaillierteste homogene glaziologische Datensatz auf dem Tibetischen Plateau bezüglich der Komponenten der Energie- und Massenbilanz von Gletschern. Somit trägt diese Arbeit zu einem besseren Verständnis der Rolle der einzelnen Energie- und Massenbilanzkomponenten für die Gletscherveränderung in verschiedenen Klimaregionen auf dem Tibetplateau bei. Sie dient weiterhin dazu, das Wissen über die verschiedenen Antriebsmechanismen der Gletscherenergie- und -massenbilanzkomponenten zu erweitern. Dieser Aspekt ist entscheidend, um Angaben über die zukünftige Gletscherentwicklung zu treffen. Sie bildet die Basis für weitergehende Analysen, die die Einflüsse von Gletschern auf die Wasserverfügbarkeit in Tibet untersuchen.

The Tibetan Plateau is the source region of five of the largest Asian rivers. The large amount of ice, snow and permafrost on the plateau and its surrounding mountain ranges and the stored water therein is important in sustaining seasonal water availability. According to the overall trend of increasing air temperatures on the Tibetan Plateau and its adjacent areas since several decades, most glaciers are retreating. The regional patterns of glacier change are contrasting, influenced by local factors and the spatial and temporal heterogeneity of climate and climate variability. The individual feedback mechanisms between atmosphere and glacier, and the role of the various components of the glacier surface energy and mass balance in the melt process for different climate regions on the Tibetan Plateau have not yet been analysed in detail. This thesis deals with the modelling of glacier surface energy and mass balances on the Tibetan Plateau. Four glaciers and one ice cap on the plateau and its surrounding mountain ranges form the regional study sites: Zhadang glacier (south eastern Tibetan Plateau), Purogangri ice cap (central plateau), Naimona’nyi glacier (western Himalayas), Halji glacier (western Himalayas) and Muztag Ata glacier (eastern Pamirs). The study sites have a maximum distance of approximately equal 1700 km from each other and are located in different climate regions. As it is the case for most remote regions of the world, data availability from in-situ observations is insufficient for more complex, physically-based glacier energy and mass balance models. Hence, we use the in-situ measurement data from the intensive observation period at Zhadang glacier to evaluate the surface energy and mass balance model performance in detail. For decadal model simulations high resolution atmospheric model data from the High Asia Reanalysis is applied. The model scheme couples the atmospheric energy balance to a subsurface multi-layer snow module in order to analyse the atmosphere-cryosphere interactions. For Zhadang glacier the different model components are thoroughly validated using different methods and data sources. The installed complex monitoring system including a time-lapse camera system at Zhadang glacier is the first of its kind on the Tibetan Plateau. It provides an excellent data base for model evaluation and provides new opportunities for further analysis. The developed surface energy and mass balance model is applied to the five study sites. From every regional study we obtain a 10-year time series of glacier-wide surface energy and mass balance components. At each study site model results are compared to either in-situ meteorological or glaciological data or remote sensing analyses which provide evidence for further constraints regarding the tuning parameters of the modelling chain. This is the largest and most detailed homogeneous glaciological data set from the Tibetan Plateau so far regarding the modelling of surface energy and mass balance. The thesis contributes to a further and detailed understanding of the role of the various energy and mass balance components for glacier change in the different climate regions of the Tibetan Plateau. It serves to increase knowledge on the various driving mechanisms for the energy and mass balance components. The findings are crucial for estimating future glacier evolution. It forms the basis for further analysis and research on glacier related water availability on the Tibetan Plateau.

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