Remote sensing derived spatial patterns of glacier mass balance in Tibet

  • Durch Fernerkundung ermittelte räumliche Muster der Gletschermassenbilanz in Tibet

Spiess, Marinka; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Schneider, Christoph (Thesis advisor); Scherer, Dieter (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Kurzfassung

Das Klima hat sich verändert auf dem Tibetischen Plateau. Die Lufttemperatur zeigt seit den 1960ern einen Erwärmungstrend, welcher den Anstieg über Landflächen in gleichen Breitengraden auf der Nordhemisphäre deutlich übersteigt. Der Rückgang von Tibetischen Gletschern im Zusammenhang mit dem Klimawandel ist bedeutend, da die vergletscherten Gebiete einen wertvollen Süßwasserspeicher darstellen, welcher Grundlage allen Lebens und Wirtschaftens auf dem Plateau ist. Die Vergletscherung und die Schneebedeckung sind außerdem entscheidend für globale Feedbackmechanismen des Klimas.Der Gletscherrückgang wurde in vielen Gebieten des Tibetischen Plateaus belegt, wobei aber regionale Unterschiede bestehen. Durch den schwierigen Zugang zu den entlegenen Regionen sind glaziologische, meteorologische und hydrologische Messdaten größtenteils nicht vorhanden. Dadurch liegen auch nur sehr wenige Gletschermassenbilanzstudien vor. Die Fernerkundung bietet unter diesen Voraussetzungen Ansätze um die Veränderung der Gletscher nachvollziehen zu können.In dieser Arbeit werden das snow product und die Level 1 Radiation Swath Daten des Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) genutzt um Schneelinien abzuleiten. Die Schneelinienhöhe am Ende der Ablationsperiode spiegelt die Gleichgewichtslinie (ELA) eines Gletschers wieder. Die Variabilität der jährlichen ELA ist ein wertvoller Proxy für die Variabilität der Massenbilanz. Die Massenbilanzen verschiedener Gletscher in einem Gebiet zeigen oft eine sehr hohe Korrelation in ihrer jährlichen Variabilität, auch wenn die absolute Höhe der Schneelinie auf den einzelnen Gletschern abweichen kann. In dieser Arbeit liegen die drei zuletzt genannten Fakten zugrunde um für unterschiedliche Regionen auf dem Tibetische Plateau tägliche regionale Schneelinienhöhen und interanuelle ELAs abzuleiten. Diese Regionen sind im Einzelnen: die westliche Nyainqêntanglha Kette, drei Regionen in den Bergen des Transhimalayas, das Gurla Mandhata Massiv im westlichen Himalaya, Muztagh Ata im Pamir, Ulugh Muztagh im Kunlun Shan und die Purogangri Eiskappe im zentralen Osten des Plateaus. Die Variabilität der ELAs wird genutzt um Unterschiede in den Gletscherreaktionen auf verschiedenen klimatischen Antrieb zu beleuchten.Die Validierung und der Vergleich der Ergebnisse wurden anhand von Landsat Bildern und einer Modellierung durchgeführt. Die abgeleiteten transienten Schneelinien wurden genutzt um das physikalisch basiertes Energie- und Massenbilanzmodel der Schneebedeckung und Eisoberfläche (COSIMA) zu fitten und Energie- und Massenbilanzkomponenten auf monatlicher Basis abzuleiten. Die hochauflösenden atmosphärischen Modelldaten des High Asia Refined Datensatzes (HAR) wurden genutzt um klimatische Variablen mit der ELA Variabilität zu korrelieren und um das COSIMA Model anzutreiben.Die Ergebnisse zeigen ein räumliches Muster durchschnittlicher ELAs. Die niedrigste ELA liegt im Westwind dominierten Pamir, während die durchschnittliche ELA auf dem Plateau wesentlich höher liegt. Im westlichen Nyainqêntanglha zeigt sich eine Tendenz zu generell ansteigender ELA und zu negativer Massenbilanz im letzten Jahrzehnt. Am Ulugh Muztagh im Kunlun Shan wurden negative Massenbilanzen von 2008 bis 2010 modelliert. Das durch die Fernerkundungsdaten angepasste und mit HAR Daten angetriebene COSIMA ist nützlich für eine Analyse auf monatlicher oder jährlicher Basis. Sublimation wird unter ariden Bedingungen durch steigende Temperaturen begünstigt auch wenn die Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt liegen. Die Ergebnisse bestätigen weiter, dass die klimatischen Bedingungen und Einflussfaktoren in den untersuchten Regionen durch das Zusammenspiel von großräumigen Zirkulationen und lokale Faktoren sehr unterschiedlich sind. Verstärkte Westwinde im November verstärken zum Beispiel die Sublimation auf Gletschern im östlichen und östlich-zentralen Plateau. Andererseits sind sie der Antrieb für stärkeren Schneefall im Pamir, was jeweils zu gegensätzlichen Mustern der ELA Variabilität führt. Starke südliche Anströmung im Juli ist in den meisten untersuchten Gebieten mit höheren Temperaturen und einer höheren ELA korreliert. Monsunaler Einfluss ist auffindbar in den Regionen des Transhimalayas und Himalayas zwischen Juni und September. Ein El Niño Event im Frühling (Sommer) ist mit niedrigerer (höherer) ELA im Pamir (westlichen Himalaya) verbunden. Eine positive NAO-Phase im Februar oder März hängt in vielen untersuchten Regionen mit höherer Windgeschwindigkeit und niedrigerer ELA zusammen.Diese Arbeit trägt zu einem detaillierterem Verständnis der räumlich differenzierten Ausprägungen von Gletschern in Tibet bei. Sie dient der Verbesserung des Verständnisses über Gletscher – Atmosphäre Interaktionen und leistet einen Beitrag um die zukünftige Entwicklung der Gletscher besser abschätzen zu können. Entsprechende Ergebnisse sind notwendig für die weitere Forschung zu gletscherbezogener Wasserverfügbarkeit in Tibet.

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