Published April 29, 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. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 4. Polytechnic University of Bari
- 5. National University of Comahue
- 6. Centro Científico Tecnológico - Patagonia Norte
- 7. NSF National Center for Atmospheric Research
- 8. Research Applications (United States)
Description
Abstract. The relevance of light absorbing impurities in snow albedo (and its effects in seasonal snow or glacier mass balance) have been under study for several decades. However, the effect of volcanic ash has been much less studied, and most articles studied only the effect of thick layers after direct deposition. There is also a knowledge gap in field measurements of seasonal snow and glaciers of the southern Andes, that only recently has started to be filled. We present here the first field measurements on Argentinian Andes, combined with albedo and mass balance modeling activities. Measured impurities content (1.1%ndash;30 000 mg/kg) varied abruptly in snow pits and snow/firn cores, due to high surface enrichment during ablation season and possibly local/regional wind driven resuspension and redeposition of dust and volcanic ash. In addition, we observed a high spatial hetereogeneity, due to seasonality, glacier topography and prevailing wind direction. Microscopical characterization showed that the major component was ash from recent Calbuco (2015) and Cordón Caulle (2011) volcanic eruption, with 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 impurities content and the snow/firn grain size (due to aging). SNICAR model has been updated to model snow albedo taking into account the effect of cloudiness on incident radiation spectra, improving the match of modeled and measured values. We also ran sensitivity studies on the main measured parameters (impurities content and composition, snow grain size, layer thickness, etc) to assess which field measurements precision can improve the uncertainty of albedo modeling. Finally, we studied the impact of these albedo reductions in Alerce glacier using a spatially distributed surface mass-balance model. We found a large impact of albedo changes in glacier mass balance, and we estimated that the effect of observed ash concentrations can be as high as a 1.25 m w.e.decrease in the glacier-wide annual mass balance (due to a 34 % of 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: كانت أهمية الشوائب الممتصة للضوء في بياض الثلج (وآثارها في الثلج الموسمي أو توازن كتلة الأنهار الجليدية) قيد الدراسة لعدة عقود. ومع ذلك، فإن تأثير الرماد البركاني كان أقل دراسة بكثير، ودرست معظم المقالات فقط تأثير الطبقات السميكة بعد الترسب المباشر. هناك أيضًا فجوة معرفية في القياسات الميدانية للثلوج الموسمية والأنهار الجليدية في جنوب جبال الأنديز، والتي بدأ ملؤها مؤخرًا فقط. نقدم هنا القياسات الميدانية الأولى على جبال الأنديز الأرجنتينية، جنبًا إلى جنب مع أنشطة نمذجة البياض والتوازن الكتلي. اختلف محتوى الشوائب المقاس (1.1 ٪ndash ؛30،000 ملغ/كغ) بشكل مفاجئ في حفر الثلوج والثلوج/النوى، بسبب ارتفاع التخصيب السطحي خلال موسم الاجتثاث وربما إعادة تعليق الرياح المحلية/الإقليمية وإعادة ترسيب الغبار والرماد البركاني. بالإضافة إلى ذلك، لاحظنا تباينًا مكانيًا عاليًا، بسبب الموسمية والتضاريس الجليدية واتجاه الرياح السائد. أظهر التوصيف المجهري أن المكون الرئيسي كان الرماد من ثوران بركان كالبوكو الأخير (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/الزخرفة (بسبب الشيخوخة). تم تحديث نموذج SNICAR لنمذجة بياض الثلج مع الأخذ في الاعتبار تأثير الغيوم على أطياف الإشعاع الساقطة، مما يحسن من مطابقة القيم المنمذجة والمقاسة. أجرينا أيضًا دراسات حساسية حول المعلمات المقاسة الرئيسية (محتوى الشوائب وتكوينها، وحجم حبيبات الثلج، وسمك الطبقة، وما إلى ذلك) لتقييم دقة قياسات المجال التي يمكن أن تحسن من عدم اليقين في نمذجة البياض. أخيرًا، درسنا تأثير هذه التخفيضات في البياض في النهر الجليدي Alerce باستخدام نموذج التوازن الكتلي السطحي الموزع مكانيًا. وجدنا تأثيرًا كبيرًا لتغيرات البياض في توازن كتلة الأنهار الجليدية، وقدرنا أن تأثير تركيزات الرماد المرصودة يمكن أن يصل إلى 1.25 متر مع انخفاض في توازن الكتلة السنوية على مستوى الأنهار الجليدية (بسبب 34 ٪ من الزيادة في الذوبان خلال موسم الاجتثاث).Translated Description (French)
Résumé. La pertinence des impuretés absorbant la lumière dans l'albédo de la neige (et ses effets sur le bilan de masse saisonnier de la neige ou des glaciers) sont à l'étude depuis plusieurs décennies. Cependant, l'effet des cendres volcaniques a été beaucoup moins étudié, et la plupart des articles n'ont étudié que l'effet des couches épaisses après dépôt direct. Il existe également un manque de connaissances dans les mesures sur le terrain de la neige saisonnière et des glaciers du sud des Andes, qui n'a commencé à être comblé que récemment. Nous présentons ici les premières mesures de terrain sur les Andes argentines, combinées à des activités de modélisation de l'albédo et du bilan massique. La teneur en impuretés mesurée (1,1 %ndash ;30 000 mg/kg) a varié brusquement dans les fosses de neige et les carottes de neige/sapin, en raison de l'enrichissement élevé en 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/régional. De plus, nous avons observé une forte hétérogénéité spatiale, due à la saisonnalité, à la topographie des glaciers et à la direction du vent dominant. La caractérisation microscopique a montré que le composant majeur était les cendres de la récente éruption volcanique 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/sapin (due au vieillissement). Le modèle SNICAR a été mis à jour pour modéliser l'albédo de la neige en tenant compte de l'effet de la nébulosité sur les spectres de rayonnement incident, améliorant la correspondance des valeurs modélisées et mesurées. Nous avons également mené des études de sensibilité sur les principaux paramètres mesurés (teneur et composition en impuretés, taille des grains de neige, épaisseur de la couche, etc.) afin d'évaluer quelle précision des mesures sur le terrain peut améliorer l'incertitude de la modélisation de l'albédo. Enfin, nous avons étudié l'impact de ces réductions d'albédo dans le glacier Alerce à l'aide d'un modèle de bilan massique de surface distribué spatialement. Nous avons trouvé un impact important des changements d'albédo dans le bilan massique du glacier, et nous avons estimé que l'effet des concentrations de cendres observées peut être aussi élevé qu'une diminution de 1,25 m w.e. du bilan massique annuel du glacier (en raison d'une augmentation de 34 % de la fonte pendant la saison d'ablation).Translated Description (Spanish)
Resumen. La relevancia de las impurezas absorbentes de luz en el albedo de nieve (y sus efectos en el balance de masa de nieve estacional o glaciar) ha sido objeto de estudio durante varias décadas. Sin embargo, el efecto de la ceniza volcánica ha sido mucho menos estudiado, y la mayoría de los artículos estudiaron solo el efecto de las capas gruesas después de la deposición directa. También existe una brecha de conocimiento en las mediciones de campo de la nieve estacional y los glaciares del sur de los Andes, que solo recientemente ha comenzado a llenarse. Presentamos aquí las primeras mediciones de campo en los Andes argentinos, combinadas con actividades de modelado de albedo y balance de masas. El contenido de impurezas medido (1.1%ndash;30 000 mg/kg) varió abruptamente en los pozos de nieve y los núcleos de nieve/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/regional. Además, observamos una alta heterogeneidad espacial, debido a la estacionalidad, la topografía de los glaciares y la dirección predominante del viento. La caracterización microscópica mostró que el componente principal fue la ceniza de la reciente erupción volcánica de Calbuco (2015) y Cordón Caulle (2011), con menor presencia de polvo mineral y carbono negro. También encontramos un amplio rango de albedo de nieve medido (0.26 a 0.81), que reflejaba principalmente el contenido de impurezas y el tamaño de grano de nieve/firn (debido al envejecimiento). El modelo SNICAR se ha actualizado para modelar el albedo de nieve teniendo 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 sobre los principales parámetros medidos (contenido y composición de impurezas, tamaño del grano de nieve, espesor de la capa, etc.) para evaluar qué precisión de las mediciones de campo puede mejorar la incertidumbre del modelado de albedo. 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 de 1,25 m e.d. en el balance de masa anual de todo el glaciar (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/W3022436176
- DOI
- 10.5194/tc-2020-95
References
- https://openalex.org/W1481406252
- https://openalex.org/W1530662989
- https://openalex.org/W1531088623
- https://openalex.org/W1630283746
- 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/W2003636035
- 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/W2059672595
- 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/W2091029855
- 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