Geometry and flow of the ice cap of King George Island, Antarctica - field measurements and numeric simulation of the dynamics with a full-Stokes 3D-flow model
Final Report Abstract
Die Eiskappe von King George Island (KGI), Südshetland Inseln, Antarktis, wird aufgrund ihrer Größe und geographischen Lage als temperiert und hinsichtlich des beobachteten Temperaturanstiegs entlang der Antarktischen Halbinsel als sensitiv eingestuft. Anhand von Satellitenbildern und DGPS (Differentiellen GPS)-Messungen konnte gezeigt werden, dass sich der bereits von 1956 bis 1995 dokumentierte Gletscherrückzug im vergletscherten Küstenbereich weiter fortgesetzt hat. Darüber hinaus werden deutliche Hinweise für beträchtliche Höhenabnahmen in den topographisch unteren Lagen der Eiskappe erbracht; dies verdeutlicht den voranschreitenden Eismassenverlust als Antwort auf die beobachtete atmosphärische Erwärmung. Für eine weitergehende Betrachtung des momentanen Bildes des glazialen Zustandes der Eiskappe wird ein full-Stokes-Fließmodell der neuesten Generation entwickelt und auf das Untersuchungsgebiet angewendet. Das Fließmodell basiert auf den Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie und berücksichtigt die Rheologieeigenschaften von polythermalen Eismassen. Mit Hilfe des Programmpaketes COMSOL Multiphysics© wurde das Modell implementiert und, unter anderem, im Rahmen der Vergleichsstudie ISMIP-HOM (Ice Sheet Model Intercomparison Project for Higher Order Models) erfolgreich verifiziert. Die Anwendung auf das Modellierungsgebiet der Eiskappe von King George Island erfordert die Assimilation verschiedener Datensätze: Die benötigten digitalen Geländemodelle der Topographie der Eisoberfläche, der Eismächtigkeit und des subglazialen Felsreliefs werden im Wesentlichen aus bodengebundenen und fluggestützen Messdaten mehrerer durchgeführter Feldkampagnen abgeleitet. Insbesondere der Einbezug fluggestützter GPR (Ground Penetrating Radar)- Messungen mit dem am Institut für Geophysik (Universität Münster) entwickelten 30MHz BGR-P30-System vervollständigt das Bild. Der Aufbau eines Netzwerkes zur Messung präziser Eisoberflächengeschwindigkeiten wird primär zur Bewertung und Optimierung der numerischen Modellstudien eingesetzt. Es wurden umfangreiche Parameterstudien durchgeführt, um mehrere fließdynamisch-thermodynamisch koexistente Lösungen zu bewerten und/oder auszuschließen. Aus der hier präsentierten Vergleichsstudie zwischen gemessenen und berechneten Geschwindigkeiten können, unter anderem, zwei Kernaussagen gewonnen werden. Zum ersten kann gezeigt werden, dass das Miteinbeziehen und die Kombination von Gletschergleit-Mechanismen mit sonst üblichen eisdynamischen Ansätzen in der numerischen Berechnung absolut notwendig sind, um ein realistisches Fließfeld an der Oberfläche dieser subpolaren Eiskappe zu bestimmen. Zum zweiten wird gegenüber der allgemeinen Annahme einer durchweg temperierten Eiskappe von KGI ein polythermaler Eiskörper mit einem ausgedehnten Kalteisbereich postuliert. Aus den Ergebnissen der Simulationsstudien kann abgeleitet werden, dass nur die küstennahen, temperierten Schichten von der beobachteten atmosphärischen Erwärmung beeinflusst werden.
Publications
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(See online at https://doi.org/10.5194/essd-4-23-2012) - (2011). Observed glacial changes on the King George Island ice cap, Antarctica, in the last decade. Global and Planetary Change, 79(1-2), S. 99-109
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