Beräkning av en glaciärs massbalans : en metodanalys med fjärranalys och jämviktslinjehöjd över Storglaciären

Abstract

Glaciers integrate variations in climate over several different time scales and are thus used as indicators of both present and past climate change. It is however of importance to be able to correctly measure changes in the glaciers mass over time (the glaciers mass-balance), if one wishes to use the glaciers as climate indicators. The mass-balance of a glacier is a direct result of the glaciers ablation and accumulation. A glacier in equilibrium with its climate has an equal sized accumulation and ablation during the course of a year. This means that the mass-balance is zero and the glacier will not grow nor shrink over the years.
The mass-balance is traditionally obtained by field measurements of the glaciers density and snow depth during both the ablation and accumulation period. This method of obtaining mass-balance is called the glaciological method, a technique which is both time-consuming and expensive. Alternative ways of obtaining the mass-balance is hence of interest and several remote sensing methods has been developed in order to lessen the demand of field investigations.
One of these methods assumes that the glaciers mass-balance can be calculated through its equilibrium line altitude (ELA), which is the altitude where the glaciers mass-balance is zero and constitutes the border between the ablation and accumulation zone. The ELA has proven to exhibit a strong correlation with the height of the snowline in the end of the main ablation period, which for the majority of the glaciers occurs in the end of the summer.
The aim of the current report is to investigate if this ELA proxy method could be used to calculate the mass-balance of a glacier, as well as asses the suitability of the ELA as a climate indicator. Mass-balance data for 65 years, seven satellite images, one airplane image, daily temperature data and a digital elevation model over the Swedish glacier Storglaciären were used in order to reach the aim. Five years of snowline altitude could be derived from the seven remote sensing pictures and the data were used to model the mass-balance of the glacier.
Only four out of seven satellite images could be used in the mass-balance analysis and only three of these four could be considered as suitable. The three suitable years gave a mean error of 13.3% between calculated and measured mass balance. To solely rely on satellite imagery as a foundation for mass-balance calculations is hence not recommended. The ELA method could probably be utilized to calculate the yearly mass-balance on several glaciers, if suitable data were available. However, the suitability of the method is limited when calculating the cumulative mass-balance, as there is a great risk of errors propagating over the years. Photogrammetry and altimetry is probably better suited to exhibit the mass change, when a longer time scale is desired.

Abstract (Swedish)

Glaciärer har visat sig vara känsliga för klimatologiska förändringar i sitt närområde och deras känslighet sträcker sig över flera olika tidsskalor. Glaciärerna har därför kommit att användas som indikatorer på både pågående och förhistoriska klimatförändringar. För att glaciärerna ska kunna spegla klimatet så krävs emellertid tillförlitliga mätmetoder av glaciärernas massa. I avsikt att återge glaciärernas massförändringar brukar man använda begreppet massbalans, som är ett resultat av glaciärens årliga snötillförsel (ackumulation) och snöförlust (ablation). En glaciär i jämvikt med sitt klimat får ett massbalansvärde på noll, vilket innebär att lika mycket snö försvinner som det tillkommer under året. Ackumulationen motsvarar då ablationen och glaciären kommer varken att tillväxa eller krympa.
Massbalansen har traditionellt tagits fram via den glaciologiska metoden, varvid man i fält bestämmer glaciärens årliga ablation och ackumulation genom densitets- och snödjupsmätningar. Dessa mätningar är dock tidskrävande och alternativa metoder har därför kommit att utvecklas för att minska behovet av fältkontroller. En av dessa metoder är den så kallade jämviktslinjehöjd-metoden, som utgår ifrån att massbalansen kan beräknas via glaciärens jämviktslinjehöjd, som är den genomsnittliga höjd där glaciärens årliga nettobalans är noll. För flertalet av världens glaciärer har denna höjd visat stark korrelation med snölinjehöjden i slutet av sommaren.
Avsikten med denna studie var att undersöka om denna metod skulle kunna användas för att beräkna en glaciärs massbalans och om snölinjehöjden ger ett tillräckligt noggrant värde på jämviktslinjehöjden för att användas som indikator på områdets temperatur. Massbalansdata från Storglaciären vid Tarfaladalen, tillsammans med en flygbild, sju satellitbilder, samt en digitalhöjdmodell från samma område, användes för att ta fram snölinjehöjden för 5 olika år och därefter modellera den årliga massbalansen. För att ta reda på om jämviktslinjehöjden kunde användas som klimatindikator användes även temperaturdata från Tarfala-området.
På grund av varierande bildkvalitet kunde enbart fyra av de sju tillgängliga satellitbilderna användas. Av de kvarvarande fyra satellitbilderna var dessutom två på gränsen till olämpliga. Det är därför inte troligt att ELAproxy-metoden skulle kunna ersätta fältmätningar om enbart satellitbilder av liknande kvalitet finns att tillgå.
Önskas den årliga variationen i massa uppskattas skulle ELAproxy-metoden eventuellt kunna användas, under förutsättning att lämpligt underlag för fjärranalys finns tillgängligt. ELAproxy-metodens resultat för de tre användbara åren (en flygbild, två satellitbilder) skiljde sig i genomsnitt med cirka 13,3 % från massbalansen uppmätt i fält. Denna skillnad blir inte så stor för varje enskilt år, men om flertalet år tas i beaktan kan felen få ett stort genomslag i den kumulativa massbalansen. Dessa större massbalansförändringar borde kanske därför snarare utvärderas genom volymframtagen massbalans, så som genom fotogrammetri eller radaraltimetri.

• author: Persson, Camilla
• supervisor: Andreas Persson
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Determining a glaciers mass-balance : a methodology analysis with remote sensing and equilibrium line altitude over Storglaciären
• course: NGEK01 20121
• year: 2012
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: glacier, mass-balance, equilibrium line altitude, remote sensing, Storglaciären, glaciär, massbalans, fjärranalys, jämviktslinjehöjd, Physical Geography and Ecosystems Science
• publication/series: Examensarbete INES
• report number: 252
• language: Swedish
• id: 4682632
• date added to LUP: 2014-09-25 14:57:06
• date last changed: 2014-09-25 14:57:06