Klimasensitivität der Eiskappe von King George Island, Antarktis - Numerische Simulation ihrer Dynamik und Mächtigkeitsentwicklung mit einem 3D-Fließmodell
Final Report Abstract
Im Zentrum des vorliegenden Projektes stand die polythermale bis temperierte Eiskappe der subantarktischen Insel King George Island (KGI). Die aktuelle Dynamik der Eiskappe ist untersucht und als Grundlage für prognostische Studien der Eisdynamik genutzt worden. Wesentliches Ziel des vorliegenden Projektes war die Erfassung und Beschreibung der Klimasensitivität der Eiskappe. Zunächst wurden anhand einer Sensitivitätsstudie verschiedene Modifikationen untersucht, die für eine Anwendung der zuvor ausschließlich für kalte Eiskörper genutzten numerischen, dreidimensionalen thermodynamisch-fließdynamisch gekoppelten Modells höherer Ordnung auf polythermale bis temperierte Eiskörper berücksichtigt werden sollten. Hierzu zählen vor allem die Berücksichtigung des Wassergehaltes und ein variabler Verstärkungsfaktor im Glen'schen Fließgesetz wie auch die Wahl der Temperaturverteilung an der Eisoberseite. Für letzteren Aspekt wurde eine Grenzhöhe eingeführt und während der Sensitivitätsstudie variiert, bis zu der Druck-Schmelzpunkt-Bedingungen angenommen werden und oberhalb derer die Temperaturen an der Eisoberseite linear mit zunehmender Oberflächenhöhe abnehmen. Nachdem im Rahmen der diagnostischen Sensitivitätsstudie die Notwendigkeit dieser Modifikationen für eine glaubwürdige Simulation der Eisdynamik auf KGI nachgewiesen werden konnte, sind im Rahmen des zweiten Projekt-Abschnittes vor allem drei Punkte bzgl. der prognostischen Simulation der Eisdynamik untersucht worden: (i) Zum einen sind erstmals mit unserem numerischen Modell zeitabhängige Studien von Inlandeisbereichen durchgeführt worden. Um in diesem Zusammenhang zunächst die Glaubwürdigkeit des numerischen Modells zu überprüfen, sind Ergebnisse zu der internationalen Leistungsvergleichsstudie ISMIP-HOM eingereicht worden. Somit konnte gezeigt werden, dass das numerische Modell den Erwartungen dieser Aufgabenstellungen standhält. Demnach kann davon ausgegangen werden, dass auch die Fließdynamik von komplizierteren Eiskörpern wie der polythermalen bis temperierten Eiskappe auf KGI prinzipiell numerisch korrekt und glaziologisch sinnvoll simuliert werden kann. (ii) Mit Hilfe von prognostischen Simulationen mit festen zeitlichen Randbedingungen (Akkumulationsrate und Temperaturverteilung an der Eisoberseite) bei fester Eisoberseiten-Topographie und variabler Felsbett-Topographie konnte eine invertierte Fragestellung untersucht werden, nämlich ob bei glaubwürdiger Datenlage für die Eisoberseiten-Topographie und einer Näherungslösung für die Felsbett-Topographie numerisch eine verbesserte Felsbett-Topographie bestimmt werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass diese Aufgabenstellung prinzipiell mit dem vorliegenden numerischen Modell gelöst werden kann. Bezüglich KGI bleibt jedoch festzuhalten, dass viele Bereiche der Eiskappe zum einen nicht im stationären Gleichgewicht sind (eine grundlegende Annahme im numerischen Modell) und zum anderen große Spaltengebiete existieren (in denen die zugrundegelegte Kontinuumsmechanik nicht anwendbar ist), so dass die invertierte Fragestellung nur in den höher gelegenen Gebieten sinnvoll angewendet werden kann. Bezüglich der prognostischen Studien mit variablen Randbedingungen (also Klimaszenarien) bleibt festzuhalten, dass die numerischen Ergebnisse bislang nur qualitativ ausgewertet werden, da noch viele verschiedenartige Unsicherheiten die sicherlich in Ansätzen sinnvollen Ergebnisse derart überlagern, dass bislang keine quantitativen Aussagen möglich sind.
Publications
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Numerical Model Studies of Antarctic Ice Sheet-Ice Shelf Systems and Ice Caps. XXVIII SCAR delegates meeting in Bremerhaven; 3. - 8. Oktober 2004
M.A. Lange, N. Blindow, K. Grosfeld, T. Kleiner, C.-O. Mohrholz, M. Nicolaus, C. Oelke, B. Paschke, K. Saheicha, H. Sandhäger, M. Thoma
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Sensitivity studies on model modifications to assess the dynamics of the temperate ice cap of King George Island, Antarctica. International Symposium on ice and water interactions; IGS-meeting in Portland (USA); 26.-30. Juli 2004
B. Paschke, N. Blindow, M.A. Lange
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2005. Numerical model studies of Antarctic ice-sheet - ice-shelf - ocean systems and ice caps. Annals of Glaciology 41, Seiten 111-120
M.A. Lange, N. Blindow, B. ßreuer, K. Grosfeld, T. Kleiner, C.-O. Mohrholz, M. Nicolaus, C. Oelke, H. Sandhäger, M. Thoma
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Sensitivity studies on model modifications to assess the dynamics of the temperate ice cap on King George Island, Antarctica and comparison with in-situ measurements. EGU General Assembly in Wien (Österreich); 24. - 29. April 2005
B. Breuer, N. Blindow, M. Rückamp, M.A. Lange
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The dynamics of the temperate ice cap on King George Island, Antarctica, and comparison with in-situ measurements. 22. Internationale Polartagung in Jena; 18. - 24. September 2005
B. Breuer, N. Blindow, M. Rückamp, M.A. Lange
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2006. Sensitivity studies on model modifications to assess the dynamics of a temperate ice cap such as on King George Island, Antarctica. Journal of Glaciology 52(177), Seiten 235-247
B. Breuer, N. Blindow, M.A. Lange
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Bedrock topography beneath the temperate ice cap on King George Island, Antarctica as derived from numerical simulations applying different basal sliding laws. AGU Fall Meeting in San Francisco (USA); 11.-15. Dezember 2006
B. Breuer, N. Blindow, M.A. Lange
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2007. Numerische Untersuchungen zur Dynamik temperierter Eiskappen am Beispiel von King George Island, Antarktis. Dissertation, Westf. Wilhelms-Universität Münster
B. Breuer
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Prognostic numerical studies for the ice dynamics of the temperate ice cap on King George Island, Antarctica. EGU General Assembly in Wien (Österreich); 15. - 20. April 2007
B. Breuer, N. Blindow, M.A. Lange
