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Freiburger Geographische Hefte, Heft 56

SCHNEIDER, CHRISTOPH, 1998: Zur raumzeitlichen Differenzierung der Energiebilanz und des Zustandes der Schneedecke auf zwei Gletschern der Marguerite Bay, Antarktische Halbinsel

The Antarctic Peninsula is a region of special interest with respect to the regional impact of global climate change. With its large extent from north to south the mountain ridge constitutes the sole obstacle for the circumpolar west wind zone of the southern hemisphere. Teleconnections between lower latitude atmospheric circulation and the atmospheric circulation of Antarctica directly influence the circulation within the west wind zone and also the distribution of sea ice in this region. A warming trend of 2.5 Kelvin has been observed on the west side of the Antarctic Peninsula underlining the great significance of the issue. Furthermore, sea ice extension in the Bellingshausen Sea west of the Antarctic Peninsula has showed a negative trend during the last 25 years.

This study sets out to discuss the state-of-the-art knowledge and understanding of the regional climatology of Marguerite Bay on the west coast of the Antarctic Peninsula. The regional climate of the area is predominantly influenced by its sheltered situation through protection by large surrounding islands, - e.g. Alexander Island and Adelaide Island - and the mountain chain of the Antarctic Peninsula. Synoptic situations with advection of warm and moist air masses from the north west and situations with föhn-type winds from the east predominate meteorology. In the inner part of Marguerite Bay mean air temperatures during the summer months rise only slightly above 0°C. Therefore, until recently small ablation zones could only be observed on northward orientated glaciers.

Field work was carried out on the Northeast and McClary Glacier at 67° west and 68° south in Marguerite Bay. Three automatic weather stations were in operation on the Northeast - and McClary Glaciers in the summer of 1994/95. Furthermore, snow cover characteristics and snow cover development was observed by means of snow pits and ablation stakes. There was good agreement between the snow melt observed in summer and the snow melt calculated from micro-meteorological measurements by means of energy balance computations. It is shown that the summertime energy balance at the surface of the snow cover is predominated by turbulent heat fluxes. Energy input into the snow cover is mainly due to energy gain by sensible heat flux.

Spatial and temporal distribution of the energy balance was estimated using a simple model. This model is based on a digital elevation model and was developed to separate the snow cover into an currently wet snow zone and a percolation snow zone with snow that is currently completely frozen. This separation can also be obtained from radar satellite imagery. The altitude of the transition from wet snow to frozen snow was derived from meteorological data within the model for the summers of 1993/94 and 1994/95. The results were compared with radar satellite images. Results from both methods were consistent. The mean air temperature in summer was 1.2 Kelvin higher in summer 1994/95 compared to the summer of 1993/94. This resulted in the altitude of the transition between the two snow zones increasing by approximately 290 m.

Accumulation during winter varies considerably spatially. Readings in snow pits and at ablation stakes return values between 300 mm and 500 mm of water equivalent. The ablation in summer correlates with the mean air temperature and altitude. In the lowermost parts of the glaciers ablation amounts to 200 to 400 mm of water equivalent. The observations show that an ablation zone developed on the Northeast Glacier at the end of the summer of 1994/95. The equilibrium line altitude then was at 110 m above sea level.

Hence, further warming in summer in coastal regions will trigger the formation of large ablation zones on the glaciers. In the case of further warming, run-off from glaciers - as one part of the mass balance - will gain importance because the albedo of bare glacier ice in these ablation zones is much lower than the albedo of wet snow. In contrast to long-term adjustments of the glacial dynamic to climate variations, the changes in the snow cover have short-term consequences. The methods developed in this study enable the monitoring and analysis of these short-term changes.


Resumen español

La Península Antártica representa un espacio de interés especial con respecto al análisis de los efectos regionales del cambio climático global. Con su gran extensión del norte al sur, la cordillera forma el único obstáculo en la zona de vientos de oeste en el hemisferio sur. El efecto inverso entre la circulación de las latitudes bajas de este hemisferio y el sistema circular de la Antártida tienen efecto directo a la circulación atmosférica en la zona de vientos de oeste y en la distribución del hielo marítimo en esta zona. Es significativo en este contexto que un calentamiento de 2,5 K se midió en el lado occidental de la Península Antártica durante los últimos 50 años. En concordancia con eso la extensión del hielo marítima del Mar Bellingshausen en el oeste de la Península Antártica mostró una tendencia negativa en los últimos 25 años.

Es la intención del trabajo presente plantear los conocimientos que hubo hasta ahora sobre el clima regional en la Bahía Margarita en el lado occidental de la Península Antártica. Este clima se caracteriza por la posición protectora en el sotavento de las islas grandes Isla Alexander e Isla Adelaide que se encuentran alrededor de la bahía así como por la cresta montañosa de la Península Antártica. Tanto las situaciones sinópticas occidentales con advección de aire caliente y húmedo del noroeste como situaciones sinópticas orientales con efectos de foehn dominan las condiciones atmosféricas. Resulta importante en este contexto que en el interior de la Bahía Margarita se forman actualmente pequeños áreas de ablación en los sitios más bajos debido a temperaturas medias hacia 0° C durante los meses de verano exclusivamente en los glaciares expuestos al norte.

El trabajo empírico se concentra en los dos glaciares Northeast y McClary a 67° del oeste y 68° del sur en la Bahía Margarita. En el verano de 1994/95 se instalaron tres estaciones climáticas automáticas en los glaciares Northeast y McClary y además se observó la metamorfosis de la capa de nieve y la estructura de ella en perfiles de nieve y con bastones de ablación. Mediante el análisis de los datos correspondientes se pudo comprobar que durante el verano la reducción observada de la capa de nieve coincide en gran escala con la derivación micrometeorológica del balance de energía de la capa de nieve. Se pudo demonstrar que el balance de energía del verano en la superficie de la capa de nieve está dominado por los flujos turbulentes de calor. La ganancia de energía de la capa de nieve se basa sobre todo en el flujo de calor perceptible.

En la base de un modelo de terreno se evaluó además la diferencia espacio-temporal del balance de energía y se comprobó el estado de la capa de nieve con la ayuda de un modelo simple que se desarolló en el marco de este trabajo. Este modelo define la distinción de una zona actual de nieve húmeda y de la zona de percolación con nieve helada. La distinción puede suceder también con la ayuda de imágenes satelitales radares. En el caso siguiente se derivó la posición de las zonas de nieve en los veranos 1993/94 y 1994/95 con el modelo presente y se la comparó con imágenes satelitales radares. Ambos métodos producen resultados concordantes. Resulta que la temperatura media del verano de 1994/95 (+1.2°C) que fue más alta, comparada con la del verano de 1993/94 (-1.0° C) llega a una subida del límite entre las dos zonas de nieve de aproximadamente 290m.

Para los primeros 500 m de altura de los glaciares demostran mediciones de bastones de ablacíon y perfiles de nieve además una acumulación invernal entre 300 y 500 mm de equivalente de aqua y una diferencia espacial pequeña. La ablación de verano depende de la temperatura del aire y de la altura y llega a valores entre 200 y 400 mm de equivalente de agua en alturas más bajas. Además estas observaciones dan como resultado que al final del verano de 1994/95 se formó una zona de ablación en el glaciar Northeast que llegó hasta 110 m sobre el nivel del mar.

Resulta que con una subida de las temperaturas medias de verano en los glaciares que se encuentran cerca de la costa de este región, hay que tener en cuenta que se pueden formar zonas de ablación grandes. A causa del albedo bajo de las superficies glaciares sin nieve el desagüe en el verano gana importancia como parte del balance de la masa de los glaciares, si el calentamiento continua. La dinámica de los glaciares se adapta en períodos largos a variaciones climáticas. Al contrario de eso los cambios descritos en el trabajo presente tienen efectos en períodos cortos. Los métodos desarollados en este investigación hacen posible la observación y el análisis de estos cambios a corto plazo.
 

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