Published December 16, 2020
| Version v1
Publication
Open
Measurements and modeling of snow albedo at Alerce Glacier, Argentina: effects of volcanic ash, snow grain size, and cloudiness
Creators
- 1. Comisión Nacional de Energía Atómica
- 2. Centro Científico Tecnológico - San Juan
- 3. National University of Cuyo
- 4. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 5. Polytechnic University of Bari
- 6. National University of Comahue
- 7. NSF National Center for Atmospheric Research
- 8. Research Applications (United States)
Description
Abstract. The impact of volcanic ash on seasonal snow and glacier mass balance has been much less studied than that of carbonaceous particles and mineral dust. We present here the first field measurements on the Argentinian Andes, combined with snow albedo and glacier mass balance modeling. Measured impurity content (1.1 mg kg−1 to 30 000 mg kg−1) varied abruptly in snow pits and snow and firn cores, due to high surface enrichment during the ablation season and possibly local or regional wind-driven resuspension and redeposition of dust and volcanic ash. In addition, we observed high spatial heterogeneity, due to glacier topography and the prevailing wind direction. Microscopic characterization showed that the major component was ash from recent Calbuco (2015) and Cordón Caulle (2011) volcanic eruptions, with a minor presence of mineral dust and black carbon. We also found a wide range of measured snow albedo (0.26 to 0.81), which reflected mainly the impurity content and the snow and firn grain size (due to aging). We updated the SNow, ICe, and Aerosol Radiation (SNICAR) albedo model to account for the effect of cloudiness on incident radiation spectra, improving the match of modeled and measured values. We also ran sensitivity studies considering the uncertainty in the main measured parameters (impurity content and composition, snow grain size, layer thickness, etc.) to identify the field measurements that should be improved to facilitate the validation of the snow albedo model. Finally, we studied the impact of these albedo reductions on Alerce Glacier using a spatially distributed surface mass balance model. We found a large impact of albedo changes on glacier mass balance, and we estimated that the effect of observed ash concentrations can be as high as a 1.25 m water equivalent decrease in the annual surface mass balance (due to a 34 % increase in the melt during the ablation season).
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة: كان تأثير الرماد البركاني على الثلوج الموسمية وتوازن الكتلة الجليدية أقل دراسة بكثير من تأثير الجسيمات الكربونية والغبار المعدني. نقدم هنا القياسات الميدانية الأولى على جبال الأنديز الأرجنتينية، جنبًا إلى جنب مع بياض الثلج ونمذجة توازن الكتلة الجليدية. اختلف محتوى الشوائب المقاس (1.1 ملغم−1 إلى 30 000 ملغم−1) بشكل مفاجئ في حفر الثلج والثلوج والنوى، بسبب التخصيب السطحي العالي خلال موسم الاجتثاث وربما إعادة تعليق الرياح المحلية أو الإقليمية وإعادة ترسيب الغبار والرماد البركاني. بالإضافة إلى ذلك، لاحظنا عدم تجانس مكاني مرتفع، بسبب تضاريس الأنهار الجليدية واتجاه الرياح السائد. أظهر التوصيف المجهري أن المكون الرئيسي كان الرماد من الثورات البركانية الأخيرة في كالبوكو (2015) وكوردون كول (2011)، مع وجود طفيف للغبار المعدني والكربون الأسود. وجدنا أيضًا مجموعة واسعة من بياض الثلج المقاس (0.26 إلى 0.81)، مما يعكس بشكل أساسي محتوى الشوائب وحجم حبيبات الثلج والحبيبات (بسبب الشيخوخة). قمنا بتحديث نموذج البياض SNow و ICe و Aerosol Radiation (SNICAR) لمراعاة تأثير الغيوم على أطياف الإشعاع الساقطة، مما يحسن تطابق القيم المنمذجة والمقاسة. أجرينا أيضًا دراسات الحساسية مع الأخذ في الاعتبار عدم اليقين في المعلمات المقاسة الرئيسية (محتوى الشوائب وتكوينها، وحجم حبيبات الثلج، وسمك الطبقة، وما إلى ذلك) لتحديد القياسات الميدانية التي يجب تحسينها لتسهيل التحقق من صحة نموذج البياض الثلجي. أخيرًا، درسنا تأثير تخفيضات البياض هذه على Alerce Glacier باستخدام نموذج توازن الكتلة السطحية الموزعة مكانيًا. وجدنا تأثيرًا كبيرًا لتغيرات البياض على توازن كتلة الأنهار الجليدية، وقدرنا أن تأثير تركيزات الرماد المرصودة يمكن أن يصل إلى 1.25 متر من الانخفاض المكافئ للمياه في توازن كتلة السطح السنوي (بسبب زيادة بنسبة 34 ٪ في الذوبان خلال موسم الاجتثاث).Translated Description (French)
Résumé. L'impact des cendres volcaniques sur le bilan massique saisonnier de la neige et des glaciers a été beaucoup moins étudié que celui des particules carbonées et des poussières minérales. Nous présentons ici les premières mesures de terrain sur les Andes argentines, combinées à la modélisation de l'albédo de neige et du bilan massique des glaciers. La teneur en impuretés mesurée (1,1 mg kg−1 à 30 000 mg kg−1) variait brusquement dans les fosses à neige et les noyaux de neige et de sapin, en raison de l'enrichissement élevé de la surface pendant la saison d'ablation et éventuellement de la remise en suspension et de la redéposition de la poussière et des cendres volcaniques par le vent local ou régional. De plus, nous avons observé une forte hétérogénéité spatiale, due à la topographie des glaciers et à la direction dominante du vent. La caractérisation microscopique a montré que le composant majeur était les cendres des récentes éruptions volcaniques de Calbuco (2015) et Cordón Caulle (2011), avec une présence mineure de poussière minérale et de carbone noir. Nous avons également trouvé une large gamme d'albédo de neige mesuré (0,26 à 0,81), qui reflétait principalement la teneur en impuretés et la taille des grains de neige et de sapin (en raison du vieillissement). Nous avons mis à jour le modèle d'albédo SNow, ICe et de rayonnement d'aérosol (SNICAR) pour tenir compte de l'effet de la nébulosité sur les spectres de rayonnement incident, améliorant ainsi la correspondance entre les valeurs modélisées et mesurées. Nous avons également mené des études de sensibilité en tenant compte de l'incertitude des principaux paramètres mesurés (teneur en impuretés et composition, taille des grains de neige, épaisseur de la couche, etc.) afin d'identifier les mesures sur le terrain qui devraient être améliorées pour faciliter la validation du modèle d'albédo de la neige. Enfin, nous avons étudié l'impact de ces réductions d'albédo sur Alerce Glacier à l'aide d'un modèle de bilan massique de surface distribué spatialement. Nous avons constaté un impact important des changements d'albédo sur le bilan massique des glaciers, et nous avons estimé que l'effet des concentrations de cendres observées peut être aussi élevé qu'une diminution équivalente en eau de 1,25 m du bilan massique annuel de surface (en raison d'une augmentation de 34 % de la fonte pendant la saison d'ablation).Translated Description (Spanish)
Resumen. El impacto de la ceniza volcánica sobre la nieve estacional y el balance de masa de los glaciares ha sido mucho menos estudiado que el de las partículas carbonáceas y el polvo mineral. Presentamos aquí las primeras mediciones de campo en los Andes argentinos, combinadas con modelos de albedo de nieve y balance de masa de glaciares. El contenido de impurezas medido (1.1 mg kg−1 a 30 000 mg kg−1) varió abruptamente en pozos de nieve y núcleos de nieve y firn, debido al alto enriquecimiento de la superficie durante la temporada de ablación y posiblemente a la resuspensión y redeposición de polvo y ceniza volcánica impulsada por el viento local o regional. Además, observamos una alta heterogeneidad espacial, debido a la topografía de los glaciares y la dirección predominante del viento. La caracterización microscópica mostró que el componente principal fue la ceniza de las erupciones volcánicas recientes de Calbuco (2015) y Cordón Caulle (2011), con una presencia menor de polvo mineral y carbono negro. También encontramos una amplia gama de albedo de nieve medido (0,26 a 0,81), que reflejaba principalmente el contenido de impurezas y el tamaño de grano de nieve y abeto (debido al envejecimiento). Actualizamos el modelo de albedo SNow, ICe y Aerosol Radiation (SNICAR) para tener en cuenta el efecto de la nubosidad en los espectros de radiación incidente, mejorando la coincidencia de los valores modelados y medidos. También realizamos estudios de sensibilidad considerando la incertidumbre en los principales parámetros medidos (contenido y composición de impurezas, tamaño de grano de nieve, espesor de capa, etc.) para identificar las mediciones de campo que deberían mejorarse para facilitar la validación del modelo de albedo de nieve. Finalmente, estudiamos el impacto de estas reducciones de albedo en el glaciar Alerce utilizando un modelo de balance de masa superficial distribuido espacialmente. Encontramos un gran impacto de los cambios de albedo en el balance de masa de los glaciares, y estimamos que el efecto de las concentraciones de ceniza observadas puede ser tan alto como una disminución equivalente a 1,25 m de agua en el balance de masa superficial anual (debido a un aumento del 34% en el derretimiento durante la temporada de ablación).Files
tc-14-4581-2020.pdf.pdf
Files
(13.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d890532b87bddf9e25e52d33606b0eb8
|
13.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- قياسات ونمذجة بياض الثلج في Alerce Glacier، الأرجنتين: آثار الرماد البركاني وحجم حبيبات الثلج والغيوم
- Translated title (French)
- Mesures et modélisation de l'albédo de la neige au glacier Alerce, en Argentine : effets des cendres volcaniques, de la taille des grains de neige et de la nébulosité
- Translated title (Spanish)
- Mediciones y modelado del albedo de nieve en el glaciar Alerce, Argentina: efectos de la ceniza volcánica, el tamaño del grano de nieve y la nubosidad
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4231460278
- DOI
- 10.5194/tc-14-4581-2020
References
- https://openalex.org/W1530662989
- https://openalex.org/W1531088623
- https://openalex.org/W1862831634
- https://openalex.org/W1907369419
- https://openalex.org/W1979367733
- https://openalex.org/W1984950418
- https://openalex.org/W1993411789
- https://openalex.org/W1996079687
- https://openalex.org/W2000580365
- https://openalex.org/W2010560237
- https://openalex.org/W2017992920
- https://openalex.org/W2036841285
- https://openalex.org/W2041172293
- https://openalex.org/W2043200299
- https://openalex.org/W2053114778
- https://openalex.org/W2054690261
- https://openalex.org/W2065002037
- https://openalex.org/W2065589600
- https://openalex.org/W2074672397
- https://openalex.org/W2076612066
- https://openalex.org/W2080214948
- https://openalex.org/W2080898670
- https://openalex.org/W2098235774
- https://openalex.org/W2099540110
- https://openalex.org/W2101278333
- https://openalex.org/W2111687123
- https://openalex.org/W2112500985
- https://openalex.org/W2116931356
- https://openalex.org/W2117131040
- https://openalex.org/W2121421743
- https://openalex.org/W2131256729
- https://openalex.org/W2133484165
- https://openalex.org/W2155024231
- https://openalex.org/W2156695569
- https://openalex.org/W2157099954
- https://openalex.org/W2162740810
- https://openalex.org/W2162786659
- https://openalex.org/W2164990341
- https://openalex.org/W2231996454
- https://openalex.org/W2252772284
- https://openalex.org/W2263420555
- https://openalex.org/W2278573025
- https://openalex.org/W2296841331
- https://openalex.org/W2321367450
- https://openalex.org/W2341506072
- https://openalex.org/W2345123877
- https://openalex.org/W2398455679
- https://openalex.org/W2517056682
- https://openalex.org/W2517937758
- https://openalex.org/W2520107300
- https://openalex.org/W2534074071
- https://openalex.org/W2570787361
- https://openalex.org/W2594279578
- https://openalex.org/W2622888284
- https://openalex.org/W2753007932
- https://openalex.org/W2760004403
- https://openalex.org/W2770268821
- https://openalex.org/W2787324423
- https://openalex.org/W2793118522
- https://openalex.org/W2803377082
- https://openalex.org/W2896240536
- https://openalex.org/W2920256667
- https://openalex.org/W2931704807
- https://openalex.org/W2951988780
- https://openalex.org/W2974272795
- https://openalex.org/W3007143490
- https://openalex.org/W4231967683
- https://openalex.org/W4234526558