Rianne Giesen

De bijdrage van gletsjers aan zeeniveauverandering in de 21e eeuw

Dit onderzoek is uitgevoerd in het kader van het ice2sea-programma, dat gefinancierd werd door het Kader 7 programma van de Europese Unie. Het doel van ice2sea was een beter begrip te krijgen van de processen die plaatsvinden op ijskappen en gletsjers en nieuwe schattingen te leveren voor de bijdrage van deze ijsmassa's aan zeeniveauverandering tot het jaar 2100. Bijdragen werden geleverd door onderzoekers aan 24 partnerinstituten, waarvan het merendeel in Europa. Ik werkte in Werkpakket 5.3, dat zich bezighield met toekomstprojecties voor gletsjers en ijskappen die geen onderdeel uitmaken van de grote ijskappen op Groenland en Antarctica.

Een schatting maken van de bijdragen van alle gletsjers op Aarde aan zeeniveauverandering is een uitdaging. Voordat de Randolph Gletsjerinventaris beschikbaar kwam in 2012 was het totale aantal gletsjers onbekend, laat staan hun geometrie en oppervlakte. Het watervolume dat opgeslagen is in gletsjers is nog altijd slecht bekend. Als alle gletsjers volledig zouden verdwijnen en het smeltwater in de oceanen zou belanden, dan zou dit een zeespiegelstijging tussen 0.4 en 0.6 m tot gevolg hebben.

Gletsjers in de Randolph Gletsjerinventaris

Gletsjers bevinden zich in een grote verscheidenheid aan klimaten. Ze zijn te vinden op grote hoogte in the Tropen tot aan zeeniveau in het Arctisch gebied en van warme, natte conditions tot koude, droge klimaten. De dominante processes in de energie- en massabalans aan het gletsjeroppervlak verschillen per klimaat. Een model moet dus al deze processen meenemen voor een betrouwbare simulatie van alle gletsjers. Aan de andere kant is de gedetailleerde meteorologische data die nodig is om zulke modellen mee aan te drijven niet voorhanden. Hierdoor worden vereenvoudigde modellen gebruikt voor mondiale toepassingen.

De toename van de luchttemperatuur in de toekomst heeft naar verwachting de grootste verandering van de massabalans tot gevolg. Het is daarom van belang dat de gemodelleerde massabalansgevoeligheid voor temperatuursveranderingen realistisch is. Een massabalansmodel moet daarom een scheiding maken tussen de bijdragen van de temperatuurafhankelijke fluxen (voornamelijk netto langgolvige straling en de turbulente fluxen) aan oppervlaktesmelt en de energie die geleverd wordt door netto kortgolvige straling, die slechts indirect afhankelijk is van de temperatuur. Een relatie voor deze temperatuurafhankelijke fluxen als functie van temperatuur is afgeleid van metingen door automatische weerstations (AWS) in verschillende klimaten.

Massabalansmodellen kunnen slechts gecalibreerd en gevalideerd worden voor een klein aantal gletsjers (vergeleken met het totale aantal) waar massabalansmetingen gedaan zijn. Naast de massatoename of -afname over een jaar, zijn massabalansmetingen in de winter nodig om de verticale gradient in de neerslag te kunnen bepalen. Deze varieert sterk voor verschillende gebieden op Aarde. De parameters in het vereenvoudigde massabalansmodel zijn gecalibreerd voor 89 gletsjers met metingen; verbanden tussen de parameters en jaarlijkse neerslag of breedtegraad konden niet worden vastgesteld. Het bleek noodzakelijk zowel de jaarlijkse als de wintermassabalans te gebruiken in de calibratieprocedure om een realistische massabalansgevoeligheid voor temperatuur- en neerslagveranderingen te waarborgen.

Gemeten en gemodelleerde gletsjermassabalans

Het gecalibreerde massabalansmodel is aangedreven met verwachte veranderingen in luchttemperatuur en neerslag uit acht mondiale atmosfeer-oceaan-klimaatmodellen (AOGCM), op basis van het A1B emissiescenario. Omdat netto kortgolvige straling apart werd berekend in het model is ook het effect van veranderingen in atmosferische transmissiviteit (voornamelijk door veranderingen in bewolkingsgraad) bekeken. Veranderingen in het gletsjeroppervlak als gevolg van massabalansveranderingen zijn versimpeld meegenomen door middel van een schalingsrelatie tussen volume en oppervlakte. Dit resulteerde in volumeprojecties voor de toekomst voor de 89 gecalibreerde gletsjers. De resultaten werden opgeschaald naar alle gletsjers op Aarde door aan te nemen dat iedere gemodelleerde gletsjer representatief is voor de omliggende gletsjers, wel rekening houdend met verschillen in de oppervlakte van de gletsjers.

De geprojecteerde zeeniveaustijging voor de periode 2012-2099 door volumeveranderingen van gletsjers is 0.102±0.028 m (multi-AOGCM-gemiddelde en standaarddeviatie). Dit is 18±5% van het geschatte totale gletsjervolume. Gletsjers rondom de Groenlandse en Antarctische ijskap en gletsjers in Alaska en Centraal-Azië dragen samen 65±4% bij aan de totale multimodelgemiddelde geprojecteerde zeeniveauverandering. Als alleen veranderingen in temperatuur worden meegenomen is de verwachte zeeniveauverandering 35±17% groter. Dit illustreert het compenserende effect van een neerslagtoename en mogelijk ook een lagere atmosferische transmissiviteit. De variabiliteit in de verwachte veranderingen in neerslag en atmosferische transmissiviteit is het grootst in de Arctische gebieden, waardoor de gemodelleerde zeeniveauveranderingen voor deze gebieden sterk afhankelijk zijn van het gekozen klimaatmodel.

Geprojecteerde zeeniveaubijdrage

Proefschrift

Mijn proefschrift is beschikbaar als download (18.1 MB).

Thesis R.H. Giesen