Rianne Giesen

De ijskap Hardangerjøkulen in het vroegere, huidige en toekomstige klimaat

Hardangerjøkulen (60.55°N, 7.43°E) is een ijskap in Zuid-Noorwegen met een oppervlakte van 73 km2 (Fig. 1). Het is de op vijf na grootste gletsjer op het Noorse vasteland en bevindt zich langs de noordwestelijke grens van de Hardangervidda-hoogvlakte. De ijskap ligt in de overgangszone van het maritieme klimaat aan de westkust en het meer continentale klimaat verder landinwaarts. Hardangerjøkulen beslaat een hoogtebereik van 1020 tot 1865 meter boven zeeniveau, waarbij meer dan 80% van het oppervlak zich boven 1600 m bevindt.

Kaart van Hardangerjøkulen

Sinds 1963 worden er massabalansmetingen uitgevoerd op de grootste, in westelijke richting stromende gletsjer Rembesdalsskåka (17 km2). Dit meetprogramma werd geinitieerd door het Noors Polair Instituut (NP), sinds 1985 is het Noorse Watervoorraden- en Energiewezen (NVE) verantwoordelijk voor de metingen, die ieder jaar worden gepubliceerd in het rapport ‘Glaciological investigations in Norway’. De interjaarlijkse variabiliteit in de winter-, zomer- en netto massabalans is groot (Fig. 2), met een aantal jaren met zeer positieve winter- en netto massabalans rond 1990 en de meest negatieve netto massabalans in het jaar 2006. Gemiddeld over de periode 1963-2007 is de jaarlijkse massabalans licht positief (+0.10 m w.e.), met een gemiddelde wintermassabalans van +2.10 m w.e. en een zomermassabalans van -2.00 m w.e. De eenheid m w.e. is de massa in meters waterequivalent, dus veranderingen in de dikte van sneeuw- en ijslagen worden omgerekend naar hun waterequivalent door te vermenigvuldigen met de verhouding van de dichtheid van sneeuw of ijs en de dichtheid van water. De jaarlijkse massabalansomloop (de som van de absolute waardes van de winter- en zomerbalans gedeeld door twee) van Rembesdalsskåka (2.05 m w.e.) ligt tussen waardes gevonden voor de maritieme gletsjers (3.7 m w.e. voor Ålfotbreen) en de continentale gletsjers (0.92 m w.e. voor Gråsubreen) in Zuid-Noorwegen.

Massabalans Rembesdalsskåka 1963-2007

In oktober 2000 werd een automatisch weerstation (AWS) geinstalleerd op Midtdalsbreen, een noordoostelijke uitloper van Hardangerjøkulen (Figuren 1 en 3). Dit AWS wordt beheerd door het Instituut voor Marien en Atmosferisch onderzoek Utrecht (IMAU), dat AWSen bezit op verschillende met ijs bedekte locaties in de wereld. Het AWS op Midtdalsbreen bevindt zich op een hoogte van 1450 meter boven zeeniveau en registreert ieder half uur de luchttemperatuur, relatieve vochtigheid, luchtdruk, windsnelheid en -richting, inkomende en gereflecteerde zonnestraling, inkomende en uitgaande langgolvige straling en de afstand tot het oppervlak. De AWS gegevens verzameld tussen oktober 2000 en september 2006 zijn geanalyseerd en gebruikt in een geavanceerd energiebalansmodel om de lokale energie- en massabalans aan het oppervlak te berekenen. Tijdens deze periode was de jaargemiddelde luchttemperatuur op de locatie van het AWS -1.4oC met een jaarlijkse gang van 15oC. De jaargemiddelde windsnelheid was 6.6 m s-1, met de hoogste windsnelheden in de herfst en winter, wanneer stormen vanaf de Atlantische Oceaan geregeld de ijskap bereiken. Netto zonnestraling bleek de energiebalans aan het oppervlak te domineren in de zomer, met een gemiddelde bijdrage aan de smeltenergie van 75%. De voelbare en latente warmtefluxen zorgen samen voor 35%, terwijl de netto langgolvige straling en de bodemwarmteflux een negatieve bijdrage leveren van respectievelijk -8% en -2%. Hoewel de smeltsnelheid over het algemeen groter is onder onbewolkte hemel, vindt bijna 60% van de smelt plaats onder bewolkte hemel, omdat deze weersituatie veel vaker voorkomt.

De AWS locaties op Midtdalsbreen ed Storbreen

 

Een vergelijking van de AWS-reeks van Midtdalsbreen met de meetreeks van een tweede, identiek AWS op Storbreen (Fig. 3), een gletsjer ongeveer 120 km noordoostelijk van Hardangerjøkulen, bracht interessante gelijkenissen en verschillen aan het licht. Luchttemperatuur gemeten op de twee locaties in de periode 2001-2006 was sterk gecorreleerd, zelfs nadat de seizoenscyclus was verwijderd. Het meest opvallende verschil tussen de twee locaties is het windklimaat. Windsnelheden op Midtdalsbreen waren hoger en veelal gerelateerd aan de grootschalige circulatie, terwijl op Storbreen vaak een katabatische wind (koude gletsjerwind) werd gemeten. Door de lagere windsnelheden zijn de turbulente fluxen kleiner op Storbreen en levert netto straling een relatief grotere bijdrage aan de smeltenergie (76%) dan op Midtdalsbreen (66%). De smeltenergie is echter een factor 1.3 groter op Midtdalsbreen. Omdat de hoeveelheid sneeuw in de winter vergelijkbaar is op de twee locaties, resulteert de hogere smeltsnelheid op Midtdalsbreen in een eerder verdwijnen van het sneeuwpakket en meer ijssmelt dan op Storbreen.

In de zomer van 2005 werden ook metingen gedaan met een tweede weerstation vlakbij het hoogste punt van Hardangerjøkulen (op 1860 meter boven zeeniveau, zie Fig. 1). Dit weerstation knakte in november 2005 om doordat grote hoeveelheden rijp zich hadden verzameld rond de sensoren. De meetgegevens van dit AWS zijn gecombineerd met de kennis over het lokale klimaat verkregen uit de AWS-meetreeks van Midtdalsbreen en de massabalansmetingen door het NVE om een massabalansmodel te ontwikkelen waarmee de massabalans over de hele ijskap kon worden berekend. Door het model aan te drijven met meteorologische metingen van synoptische weerstations buiten de ijskap, kon de massabalans worden gereconstrueerd tot het jaar 1905 (met een constante, hedendaagse geometrie). De berekende netto massabalans heeft de hoogste interjaarlijkse variabiliteit in de periode voordat de massabalansmetingen werden gestart, met zeer negatieve waarden in de jaren '30 en '40 (Fig. 4). Hoewel het oppervlak van Hardangerjøkulen over het algemeen slechts licht helt, laat de ruimtelijke verdeling van de gemodelleerde massabalans variaties zien die te relateren zijn aan topografische effecten op de zonnestraling.

Massabalans Rembesdalsskåka 1905-2005

De ijsdynamica van Hardangerjøkulen is gemodelleerd met een twee-dimensionaal ijsstroommodel. De onbekende modelparameters voor deformatie en glijden van het ijs zijn gecalibreerd op een dynamische manier, gebruikmakend van de lengtereeksen van Midtdalsbreen en Rembesdalsskåka, verstrekt door NVE. Het model werd eerst gebruikt met een simpel massabalansprofiel afgeleid uit de NVE metingen, om de gevoeligheid van de ijskap voor massabalansveranderingen te onderzoeken. De simulaties laten zien dat de ijskap bijna volledig verdwijnt bij een verlaging van de massabalans van slechts 0.2 m w.e., en een 0.5 m w.e. verlaging in de massabalans laat Hardangerjøkulen binnen 500 jaar verdwijnen. Deze hoge gevoeligheid voor veranderingen in de massabalans is een gevolg van het platte bovenste gedeelte van de ijskap: slechts een kleine verandering in de hoogte van de evenwichtslijn verandert een groot deel van het accumulatiegebied in ablatiegebied.

Tot slot is het massabalansmodel gekoppeld met het ijsstroommodel. Met dit gekoppelde model kan de reactie van de ijskap op veranderingen in klimaatvariabelen als luchttemperatuur, neerslag en bewolking onderzocht worden. De simulatie voor de 20e eeuw komt goed overeen met gemeten lengteveranderingen en massabalanswaarden. Een mogelijk toekomstig klimaat werd gesimuleerd door lineaire veranderingen in de temperatuur en neerslag op te tellen bij het gemiddelde klimaat over de periode 1961-1990. Voor zuidwestelijk Noorwegen is de verwachte temperatuurstijging tussen 1961-1990 en 2071-2100 3oC, gecombineerd met een toename van de neerslag met 10%. Met dit scenario produceert het model een snel afnemend ijsvolume, waarbij Hardangerjøkulen bijna verdwenen is in het jaar 2100. Zelfs een toename in de neerslag van 100% kan het effect van een 3oC temperatuurstijging niet compenseren.

 

De resultaten van het project laten zien dat Hardangerjøkulen zal verdwijnen in een warmer klimaat. Als de temperatuur voor het jaar 2100 met 3oC stijgt, zal de ijskap binnen een eeuw verdwijnen. Hoewel deze verwachting niet simpelweg kan worden vertaald naar andere gletsjers in Zuid-Noorwegen, zijn de geometrie en klimatologische omstandigheden voor andere ijskappen in Zuid-Noorwegen vergelijkbaar met Hardangerjøkulen, waardoor deze waarschijnlijk ook niet zullen kunnen overleven in een warmer klimaat. De valleigletsjers in Zuid-Noorwegen hebben een andere geometrie en bevinden zich over het algemeen op grotere hoogte, waardoor ze minder gevoelig zouden kunnen zijn dan de ijskappen. Desalniettemin geven reconstructies van de grootte van verschillende gletsjers en ijskappen in Zuid-Noorwegen tijdens het Holoceen aan dat alle bestudeerde gletsjers afwezig waren gedurende tenminste één periode in het vroeg-/middel-Holoceen, toen de temperatuur waarschijnlijk lager was dan de temperaturen verwacht aan het eind van de 21e eeuw.

Proefschrift

Mijn proefschrift is beschikbaar als download (18.1 MB).

Thesis R.H. Giesen