Published December 4, 2013
| Version v1
Publication
Open
Technical Note: Glacial influence in tropical mountain hydrosystems evidenced by the diurnal cycle in water levels
Creators
- 1. Higher University of San Andrés
- 2. French National Centre for Scientific Research
- 3. Institut de Recherche pour le Développement
- 4. Pontificia Universidad Católica del Ecuador
- 5. Université Grenoble Alpes
- 6. National Polytechnic School
- 7. University of Copenhagen
Description
Abstract. Worldwide, the rapid shrinking of glaciers in response to ongoing climate change is modifying the glacial meltwater contribution to hydrosystems in glacierized catchments. Determining the influence of glacial runoff to streams is therefore of critical importance to evaluate potential impact of glacier retreat on water quality and aquatic biota. This task has challenged both glacier hydrologists and ecologists over the last 20 yr due to both structural and functional complexity of the glacier–stream system interface. Here we propose quantifying the diurnal cycle amplitude of the streamflow to determine the glacial influence in glacierized catchments. We performed water-level measurements using water pressure loggers over 10 months at 30 min time steps in 15 stream sites in 2 glacier-fed catchments in the Ecuadorian Andes (> 4000 m a.s.l.) where no perennial snow cover is observed outside the glaciers. For each stream site, we performed wavelet analyses on water-level time series, determined the scale-averaged wavelet power spectrum at 24 h scale and defined three metrics, namely the power, frequency and temporal clustering of the diurnal flow variation. The three metrics were then compared to the percentage of the glacier cover in the catchments, a metric of glacial influence widely used in the literature. As expected, we found that the diurnal variation power of glacier-fed streams decreased downstream with the addition of non-glacial tributaries. We also found that the diurnal variation power and the percentage of the glacier cover in the catchment were significantly positively correlated. Furthermore, we found that our method permits the detection of glacial signal in supposedly non-glacial sites, thereby revealing glacial meltwater resurgence. While we specifically focused on the tropical Andes in this paper, our approach to determine glacial influence may have potential applications in temperate and arctic glacierized catchments. The measure of diurnal water amplitude therefore appears as a powerful and cost-effective tool to understand the hydrological links between glaciers and hydrosystems better and assess the consequences of rapid glacier shrinking.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة: في جميع أنحاء العالم، يؤدي الانكماش السريع للأنهار الجليدية استجابة لتغير المناخ المستمر إلى تعديل مساهمة المياه الذائبة الجليدية في النظم المائية في مستجمعات المياه الجليدية. لذلك فإن تحديد تأثير الجريان الجليدي على الجداول أمر بالغ الأهمية لتقييم التأثير المحتمل لتراجع الأنهار الجليدية على جودة المياه والحيوانات المائية. وقد تحدت هذه المهمة كلا من علماء الهيدرولوجيا الجليدية وعلماء البيئة على مدى السنوات العشرين الماضية بسبب كل من التعقيد الهيكلي والوظيفي لواجهة نظام مجرى الأنهار الجليدية. نقترح هنا تحديد سعة الدورة النهارية لتدفق التيار لتحديد التأثير الجليدي في مستجمعات المياه الجليدية. أجرينا قياسات لمستوى المياه باستخدام أجهزة تسجيل ضغط المياه على مدى 10 أشهر في 30 دقيقة من الخطوات الزمنية في 15 موقعًا للتيار في مستجمعات مياه تغذيها الأنهار الجليدية في جبال الأنديز الإكوادورية (> 4000 متر مكعب) حيث لم يلاحظ أي غطاء ثلجي دائم خارج الأنهار الجليدية. لكل موقع تيار، أجرينا تحليلات الموجات الصغيرة على السلاسل الزمنية لمستوى المياه، وحددنا متوسط طيف طاقة الموجات الصغيرة على مقياس 24 ساعة وحددنا ثلاثة مقاييس، وهي القوة والتردد والتجميع الزمني لتغير التدفق اليومي. ثم تمت مقارنة المقاييس الثلاثة بنسبة الغطاء الجليدي في مستجمعات المياه، وهو مقياس للتأثير الجليدي المستخدم على نطاق واسع في الأدبيات. كما هو متوقع، وجدنا أن قوة الاختلاف النهاري للجداول التي تغذيها الأنهار الجليدية انخفضت في اتجاه مجرى النهر مع إضافة روافد غير جليدية. وجدنا أيضًا أن قوة التباين النهاري والنسبة المئوية لغطاء الأنهار الجليدية في حوض التجميع كانتا مترابطتين بشكل إيجابي كبير. علاوة على ذلك، وجدنا أن طريقتنا تسمح باكتشاف الإشارة الجليدية في مواقع يفترض أنها غير جليدية، مما يكشف عن عودة ذوبان المياه الجليدية. بينما ركزنا بشكل خاص على جبال الأنديز الاستوائية في هذه الورقة، فإن نهجنا لتحديد التأثير الجليدي قد يكون له تطبيقات محتملة في مستجمعات المياه الجليدية المعتدلة والقطبية الشمالية. لذلك يبدو مقياس سعة المياه النهارية كأداة قوية وفعالة من حيث التكلفة لفهم الروابط الهيدرولوجية بين الأنهار الجليدية والأنظمة المائية بشكل أفضل وتقييم عواقب الانكماش السريع للأنهار الجليدية.Translated Description (French)
Résumé. Dans le monde entier, le rétrécissement rapide des glaciers en réponse au changement climatique en cours modifie la contribution de l'eau de fonte glaciaire aux hydrosystèmes dans les bassins glaciaires. Déterminer l'influence du ruissellement glaciaire dans les cours d'eau est donc d'une importance cruciale pour évaluer l'impact potentiel du recul des glaciers sur la qualité de l'eau et le biote aquatique. Cette tâche a mis au défi les hydrologues et les écologistes des glaciers au cours des 20 dernières années en raison de la complexité structurelle et fonctionnelle de l'interface du système glacier-flux. Nous proposons ici de quantifier l'amplitude du cycle diurne de l'écoulement fluvial pour déterminer l'influence glaciaire dans les bassins glaciaires. Nous avons effectué des mesures de niveau d'eau à l'aide d'enregistreurs de pression d'eau sur 10 mois à des pas de temps de 30 min dans 15 sites de cours d'eau dans 2 bassins versants alimentés par des glaciers dans les Andes équatoriennes (> 4000 m d'altitude) où aucune couverture de neige pérenne n'est observée à l'extérieur des glaciers. Pour chaque site de ruisseau, nous avons effectué des analyses d'ondelettes sur des séries temporelles de niveau d'eau, déterminé le spectre de puissance d'ondelettes moyenné à l'échelle 24 h et défini trois métriques, à savoir la puissance, la fréquence et le regroupement temporel de la variation du débit diurne. Les trois métriques ont ensuite été comparées au pourcentage de couverture glaciaire dans les bassins versants, une métrique d'influence glaciaire largement utilisée dans la littérature. Comme prévu, nous avons constaté que le pouvoir de variation diurne des cours d'eau alimentés par les glaciers diminuait en aval avec l'ajout d'affluents non glaciaires. Nous avons également constaté que la puissance de variation diurne et le pourcentage de la couverture glaciaire dans le bassin versant étaient significativement corrélés positivement. De plus, nous avons constaté que notre méthode permet la détection du signal glaciaire dans des sites supposés non glaciaires, révélant ainsi la résurgence de l'eau de fonte glaciaire. Bien que nous nous soyons concentrés spécifiquement sur les Andes tropicales dans cet article, notre approche pour déterminer l'influence glaciaire peut avoir des applications potentielles dans les bassins versants glaciaires tempérés et arctiques. La mesure de l'amplitude diurne de l'eau apparaît donc comme un outil puissant et rentable pour mieux comprendre les liens hydrologiques entre les glaciers et les hydrosystèmes et évaluer les conséquences d'un rétrécissement rapide des glaciers.Translated Description (Spanish)
Resumen. En todo el mundo, la rápida reducción de los glaciares en respuesta al cambio climático en curso está modificando la contribución del agua de deshielo glacial a los hidrosistemas en las cuencas glaciares. Por lo tanto, determinar la influencia de la escorrentía glacial en los arroyos es de vital importancia para evaluar el impacto potencial del retroceso de los glaciares en la calidad del agua y la biota acuática. Esta tarea ha desafiado tanto a los hidrólogos de glaciares como a los ecólogos en los últimos 20 años debido a la complejidad estructural y funcional de la interfaz del sistema glaciar-corriente. Aquí proponemos cuantificar la amplitud del ciclo diurno del flujo del arroyo para determinar la influencia glacial en las cuencas glaciarizadas. Realizamos mediciones del nivel del agua utilizando registradores de presión de agua durante 10 meses a pasos de 30 minutos en 15 sitios de arroyos en 2 cuencas alimentadas por glaciares en los Andes ecuatorianos (> 4000 m s.n.m.) donde no se observa cobertura de nieve perenne fuera de los glaciares. Para cada sitio de la corriente, realizamos análisis de wavelets en series de tiempo a nivel del agua, determinamos el espectro de potencia de wavelets promediado a escala a escala de 24 h y definimos tres métricas, a saber, la potencia, la frecuencia y el agrupamiento temporal de la variación del flujo diurno. Las tres métricas se compararon con el porcentaje de cobertura de glaciares en las cuencas, una métrica de influencia glacial ampliamente utilizada en la literatura. Como era de esperar, encontramos que el poder de variación diurna de las corrientes alimentadas por glaciares disminuyó aguas abajo con la adición de afluentes no glaciales. También encontramos que el poder de variación diurna y el porcentaje de la cobertura de glaciares en la cuenca se correlacionaron significativamente de manera positiva. Además, descubrimos que nuestro método permite la detección de señales glaciales en sitios supuestamente no glaciales, revelando así el resurgimiento del agua de deshielo glacial. Si bien nos centramos específicamente en los Andes tropicales en este documento, nuestro enfoque para determinar la influencia glacial puede tener aplicaciones potenciales en cuencas glaciares templadas y árticas. Por lo tanto, la medida de la amplitud del agua diurna aparece como una herramienta poderosa y rentable para comprender mejor los vínculos hidrológicos entre los glaciares y los hidrosistemas y evaluar las consecuencias del rápido encogimiento de los glaciares.Files
hess-17-4803-2013.pdf.pdf
Files
(4.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9faefa71d2e00a6a227463754d37f1f5
|
4.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ملاحظة فنية: التأثير الجليدي في النظم المائية الجبلية الاستوائية يتضح من الدورة النهارية في مستويات المياه
- Translated title (French)
- Note technique : L'influence glaciaire dans les hydrosystèmes des montagnes tropicales est mise en évidence par le cycle diurne des niveaux d'eau
- Translated title (Spanish)
- Nota técnica: Influencia glaciar en los hidrosistemas de montaña tropical evidenciada por el ciclo diurno en los niveles de agua
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2001798478
- DOI
- 10.5194/hess-17-4803-2013
References
- https://openalex.org/W1488838383
- https://openalex.org/W1490903001
- https://openalex.org/W1496927006
- https://openalex.org/W1604151720
- https://openalex.org/W1660014030
- https://openalex.org/W1749436522
- https://openalex.org/W1752682759
- https://openalex.org/W1955552469
- https://openalex.org/W1967840643
- https://openalex.org/W1971440543
- https://openalex.org/W1978595455
- https://openalex.org/W1978631867
- https://openalex.org/W1979072404
- https://openalex.org/W1991337411
- https://openalex.org/W1994022456
- https://openalex.org/W1996021349
- https://openalex.org/W1997509566
- https://openalex.org/W1997816707
- https://openalex.org/W2001833158
- https://openalex.org/W2006599158
- https://openalex.org/W2009094490
- https://openalex.org/W2016023604
- https://openalex.org/W2021054839
- https://openalex.org/W2026566176
- https://openalex.org/W2034139177
- https://openalex.org/W2036772678
- https://openalex.org/W2038977478
- https://openalex.org/W2039406862
- https://openalex.org/W2043814073
- https://openalex.org/W2044829729
- https://openalex.org/W2048430163
- https://openalex.org/W2051819352
- https://openalex.org/W2052109430
- https://openalex.org/W2054268874
- https://openalex.org/W2063615912
- https://openalex.org/W2064941332
- https://openalex.org/W2071972312
- https://openalex.org/W2073400668
- https://openalex.org/W2082100660
- https://openalex.org/W2087884757
- https://openalex.org/W2099088651
- https://openalex.org/W2101746126
- https://openalex.org/W2101966370
- https://openalex.org/W2103497845
- https://openalex.org/W2105261342
- https://openalex.org/W2105901057
- https://openalex.org/W2112516630
- https://openalex.org/W2114900076
- https://openalex.org/W2115363650
- https://openalex.org/W2116456044
- https://openalex.org/W2117223232
- https://openalex.org/W2118849770
- https://openalex.org/W2119534769
- https://openalex.org/W2120357461
- https://openalex.org/W2126064443
- https://openalex.org/W2127913470
- https://openalex.org/W2128009213
- https://openalex.org/W2132066517
- https://openalex.org/W2136051940
- https://openalex.org/W2144936475
- https://openalex.org/W2147343597
- https://openalex.org/W2150756205
- https://openalex.org/W2155536924
- https://openalex.org/W2156385369
- https://openalex.org/W2162136094
- https://openalex.org/W2165152714
- https://openalex.org/W2166759460
- https://openalex.org/W2167223201
- https://openalex.org/W2168873555
- https://openalex.org/W2172447049
- https://openalex.org/W2173306896
- https://openalex.org/W2176396111
- https://openalex.org/W2318035110
- https://openalex.org/W4232196698