Model moet meer inzicht bieden in de dynamiek van sneeuw op wegsmeltende gletsjers

Natuurwetenschappelijke onderzoeksteams van de Universiteit van Innsbruck in Oostenrijk, de Duitse Universiteit van Erlangen-Nürnberg en de Universiteit van Saskatchewan in Canada willen nu in het gezamenlijke project Snow Cover Dynamics and Mass Balance on Mountain Glaciers het grote onbekende verkennen en geavanceerde gletsjermodellen ontwikkelen.

Nauwkeurigere metingen

Het onderzoek heeft tot doel de stromen van massa en energie die de toestand van de gletsjers bepalen, met hoge temporele en ruimtelijke resolutie te analyseren. Om deze taak te volbrengen, trachten zij metingen en modellen van gletsjers en klimaat zo nauwkeurig te combineren dat de onnauwkeurigheid in de projecties drastisch kan worden verminderd. Als dit lukt, kan de interactie tussen het sneeuwdek en de atmosfeer in de meest uiteenlopende bergklimaten op aarde met hoge resolutie worden bestudeerd.

Klimaatonderzoekers weten al veel over de dominante processen in die ijsrivieren. Het observeren van de voortdurende veranderingen in gletsjers is echter nog steeds een grote logistieke uitdaging. Gletsjers – en vooral berggletsjers – zijn vaak zeer groot en moeilijk toegankelijk. Daarom wordt grotendeels afgezien van individuele monitoring en wordt de nadruk gelegd op individuele gletsjers waar alleen jaarlijkse massabalansen worden gemeten. Deze worden vervolgens ruwweg overgebracht op niet-waargenomen gletsjers en – in het geval van grotere gebieden – geëxtrapoleerd. Het probleem hierbij is een gebrek aan precisie. Dit komt doordat de meetinstrumenten om de modellen te verfijnen en te ijken nog ontbreken.

Atmosferische gegevens

Tot dusver kan het sneeuwdek alleen worden gemeten in termen van neerslagdiepte. De grote onbekende is de dynamiek van het sneeuwdek. Die wordt niet alleen bepaald door de neerslag, maar ook door herverdeling en verdichting door de wind en door het afsmelten. De duur van het sneeuwdek is bepalend voor het welzijn van de gletsjer. Dit komt doordat het een hoger reflectievermogen heeft dan het onderliggende ijs, dat onvermijdelijk bloot komt te liggen door de dooi in het voorjaar.

“Er bestaan modellen voor gletsjers en de massabalans. Maar om die te berekenen heb je atmosferische gegevens nodig. Hoe nauwkeuriger het model moet zijn, hoe meer het andere informatie nodig heeft”, legt Dr. Brigitta Goger van het Instituut voor Atmosferische en Cryosferische Wetenschappen van de Universiteit van Innsbruck uit.

Afdrijven sneeuw

Zij schreef haar doctoraalscriptie over hoge-resolutie weersvoorspellingsmodellen. In het huidige project onderzoekt zij samen met glacioloog Georg Kaser en andere collega’s hoe de verzameling van atmosferische gegevens kan worden geoptimaliseerd. Want, aldus de onderzoeker: “Tot nu toe zijn wij er niet in geslaagd om in het atmosferische model rekening te houden met het afdrijven van sneeuw. In de toekomst moet dit mogelijk zijn omdat we het sneeuwdek niet meer alleen via de neerslag, maar ook via de wind kunnen waarnemen.”

De onderzoekers van de universiteit van Innsbruck hebben het voordeel van een uniek onderzoeksterrein: de Hintereisferner. Gelegen op de grens tussen Tirol en Zuid-Tirol, is het een van de best onderzochte gletsjers in Oostenrijk – en in de Alpen in het algemeen. In 2016 werd hier een wereldwijd unieke meetinfrastructuur opgezet – een laserscanner die elke dag met een druk op de knop het gletsjeroppervlak op afstand kan scannen. Hierdoor komen uitgebreide meetgegevens beschikbaar, waaruit terreinmodellen kunnen worden afgeleid en veranderingen in hoogte, volume en massa kunnen worden berekend. De metingen worden uitgevoerd door het Instituut voor Meteorologie en Geofysica van de Universiteit van Innsbruck, dat een van de langste tijdreeksen van massabalansmetingen ter wereld heeft. De laserscanner is een aanvulling op de traditionele massabalansberekening met behulp van meetlatten.

Weersvoorspellingsmodel

De metingen bij Hintereisferner zullen worden verwerkt in geavanceerde modellering van de gletsjerfysica als onderdeel van het project. Dit betekent dat de dagelijks veranderende gegevens van het gletsjermassabalansmodel zullen worden gecombineerd met een atmosferisch model. Dit laatste is een geavanceerd weersvoorspellingsmodel dat de huidige toestand van de atmosfeer berekent in parameters zoals windsnelheid, temperatuur, luchtdruk en vochtigheid, alsook neerslaghoeveelheden. Door de modellen te combineren kan de massabalans van de gletsjer worden gesimuleerd onder invloed van de complexe luchtbewegingen waaraan hij is blootgesteld.

De complexe luchtbewegingen in de bergen worden veroorzaakt door het windveld – een 3D-verdeling van de windsnelheid. Hierdoor wordt de warmte-uitwisseling tussen het oppervlak van de gletsjer en de bovenliggende atmosfeer bemoeilijkt. Bovendien zijn de ijsmassa’s gewoonlijk omgeven door een koude luchtlaag, die de warme stromingen aan het oppervlak tegenwerkt en het snellere smelten vertraagt.

Lees ook: Drie miljoen voor bedrijf dat een beter weerbericht maakt

Eerst moesten echter de nauwkeurigheid en de foutgevoeligheid van het meetsysteem op de Hintereisferner worden gecontroleerd. Aangezien de kwaliteit van de gletsjermodellering afhangt van aspecten zoals de meetafstand, het weer en de wind. De evaluatie werd uitgevoerd door projectlid Annelies Voordendag van het Instituut voor Atmosferische en Cryosferische Wetenschappen, die vaststelde dat de meetnauwkeurigheid van de laserscanner een maximale afwijking van ongeveer tien centimeter vertoont. Dat is voldoende om ook de dagelijkse sneeuwdrift uit de terreinmodellen te kunnen afleiden.

Koude luchtlaag

In dit geval zou de modellering bijvoorbeeld informatie kunnen opleveren over hoeveel massa een gletsjer kan verliezen zonder de koude luchtlaag te verliezen die het microklimaat regelt. Want “hoe kleiner de berggletsjers worden, des te belangrijker worden deze zeer kleinschalige verschijnselen voor de modellering ervan”, benadrukt Goger. De koude luchtlaag die zich boven het gletsjerijs vormt, is vooral aanwezig als de zon schijnt en er geen wind is. Zodra de wind opsteekt, kan de koude luchtlaag worden weggeblazen – tenminste in het geval van kleine gletsjers. Dit komt omdat hoe groter de gletsjer is, hoe waarschijnlijker het is dat de koude luchtlaag zal blijven bestaan.

De resolutie van het atmosferisch model is gebaseerd op een raster dat ten grondslag ligt aan de computerberekeningen. In bestaande resoluties bedraagt de rasterafstand één tot twee kilometer. In het nieuwe atmosfeermodel van het onderzoeksconsortium bedraagt de hoogste resolutie 48 meter. Dit betekent dat atmosferische gegevens om de 48 meter worden geregistreerd.

Casestudie

Op die manier verkrijgen de onderzoekers onder meer het windveld – door wijze van de 3D-verdeling van de windsnelheid – over het gehele gletsjeroppervlak. Voor zo’n fijnmazig raster zijn goede gegevens met een hoge resolutie nodig, zegt Goger. Een eerste simulatie van het afdrijven van sneeuw op basis van de gemeten gegevens zal komende winter in een casestudie worden getoond.