Dynamik und Massenhaushalt des Eises im Küstenbereich der Antarktis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Anwendung auf das Modellierungsgebiet Brunt-Schelfeis, den Stancomb-Wills-Eisstrom, des Riiser-Larsen-Schelfeises und der angrenzenden Inlandeisgebiete im westlichen Dronning Maud Landes erforderte die Assimilation verschiedener Datensätze der Eiskörpergeometrie sowie verschiedenen Randbedingungen und Antriebsdaten. Aus Altimeterdaten des ICESat/GLAS-Satelliten wurde in Verbindung mit flugzeuggestützten Radarmessungen und weiterer sekundärer Datenquellen ein digitales Geometriemodell (DGM) der Eisober- und Eisunterseite erstellt. Darüber hinaus wurden weitere Datensätze zusammengestellt, um einen vollständigen Antriebsdatensatz für die numerische Modellierung zu erhalten, der auch für weitergehende Modellstudien verendet werden kann. Erste Simulationen mit dem neuen Fließmodell TIM-FD3 unter Verwendung der zuvor genannten Datensätze betrachten den Deformationsanteil des Geschwindigkeitsfeldes, indem das basale Gleiten des Inlandeises unterdrückt wird. Sie zeigen eine qualitativ gute Übereinstimmung mit gemessenen Oberflächengeschwindigkeiten im Inlandeis. Im Inlandeis kommt dem basalen Gleiten des Eises über das Felsbett insbesondere bei der Ausbildung von Auslassgletschern und Eisströmen eine zentrale Rolle zu. In der Arbeit von Klauke (2006) wurde die Gleitgeschwindigkeit als Funktion der basalen Scherspannung und Temperatur ausgedrückt. Der in dieser Formulierung auftretende Gleitparameter wurde im Bereich des Zustroms zum Riiser-Larsen Schelfeis systematisch variiert und eine optimale Verteilung dieses Parameters bestimmt, mit der eine gute Übereinstimmung zwischen Simulationsergebnissen und Validierungsdaten erreicht wurde. Die Ergebnisse der Modelsimulationen waren jedoch auf Grund der unterschiedlichen verwendeten Modeltypen nur sehr begrenzt auf die Simulationsrechnungen für das gesamte Untersuchungsgebiet mit dem neuen Fließmodel übertragbar. Aus diesem Grund wurden verschiedene Gleitgesetzparametrisierungen ausgewählt und ihr Einfluss auf die Fließdynamik analysiert. Obwohl die verwendeten Gleitgesetze ganz unterschiedliche Effekte parametrisieren, zeigte sich, dass keines der verwendeten Gleitgesetze in seiner in der Literatur vorgeschlagenen Form zu einer realistischeren Beschreibung der Oberflächengeschwindigkeiten führte. Eine systematische Anpassung des basalen Gleitparameters für das gesamte Untersuchungsgebiet steht bisher noch aus. Das Themengebiet des basalen Gleitens ist derzeit Gegenstand vielfältiger, internationaler Studien und gilt als ein Kernproblem numerischer Modellierung von Inlandeis. Der Vorteil der Verwendung eines full-Stokes-Modells wird derzeit durch die mangelnde Kenntnis des basalen Gleitgesetzes kompensiert. Ein weiterer limitierender Faktor ist die unzureichende Kenntnis der Bodentopographie und -beschaffenheit des Inlandeises. Im Einstromgebiet des Stancomb-Wills-Eisstroms zum Beispiel beträgt der Profilabstand zwischen einzelnen Radarprofilen zur Bestimmungen der Eismächtigkeit zum Teil mehr als 100 km. Zusammenfassend ist daher zu sagen, dass der immense Schritt von Näherungslösungen hin zu full-Stokes-Modellen zwar technisch bewerkstelligt werden konnte, der Erkenntnisgewinn durch diese Modelltypen jedoch derzeit durch mangelnde Kenntnis des basalen Gleitens, und damit verbunden der basalen Topographie, limitiert ist. Die numerische Modellierung zeigt deutlich die Notwendigkeit weiterer Messungen der Eismächtigkeit auf. Zudem muss betont werden, dass auch diese eher ernüchternde Erkenntnis einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis der Dynamik polarer Eiskörper und ihrer Abbildung in numerischen Modellen darstellt, deren Wert nicht unterschätzt werden sollte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2004). Numerical model studies of Antarctic ice sheet – ice shelf – ocean systems and ice caps. SCAR Open Science Conference, Bremen, Germany, 27–29 July 2004, Terra Nostra, p. 429
Lange, M.A., N. Blindow, K. Grosfeld, T. Kleiner, C.-O. Mohrholz, M. Nicolaus, C. Oelke, B. Paschke, K. Saheicha, H. Sandhäger, and M. Thoma
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(2005). Improved Massbalance Estimates of Eastern Antarctic Inland Ice/Ice Shelf Systems by combining Modeling and Remote Sensing. EGU General Assembly, Vienna, Austria, 24 – 29 April 2005, Geophys. Res. Abstracts, Vol. 7, 02073
Oelke, C., T. Kleiner, M.A. Lange, M. Bäßler, and R. Dietrich
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(2005). New grounding-line module for deriving improved mass-balance estimates of ice sheet/ice shelf systems. 22nd International Polar Meeting, Jena, Germany, 18–23 September 2005
Oelke, C., Kleiner, T., and Lange, M.A.
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(2005). Numerical Model Studies of Antarctic Ice Sheet-Ice Shelf Systems and Ice Caps. First CliC International Science Conference, Beijing, P.R. China, 11-15 April 2005, Book of Abstracts, p. 198
Oelke, C., Lange, M.A., Blindow, N., Breuer, B., Grosfeld, K., Kleiner, T., Mohrholz, C.- O., Sandhäger, H., Thoma, M.
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(2005). Numerical Studies of Antarctic ice-sheet-ice-shelf-ocean systems and ice caps. Annals of Glaciology 41, 111-120
Lange, M. A., Blindow, N., Breuer, B., Grosfeld, K., Kleiner, T., Mohrholz, C.-O., Nicolaus, M., Oelke, C., Sandhäger, H. and Thoma, M.
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(2005). Schelfeis-Ozean Wechselwirkungen und ihre Rolle im globalenKlimasystem. 22nd International Polar Meeting, Jena, Germany, 18–23 September 2005
Lange, M.A., Grosfeld, K., Thoma, M.
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(2005). The utilisation of CryoSat Data to assess the dynamics and mass balance of Eastern Weddell Sea ice sheet/ice shalf systems. First International CRYOSAT Workshop, Frascati, Italy, 8. – 10. März 2005, The European Space Agency, 1pp
Lange, M. A., Kleiner, T. and C. Oelke
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(2005). Towards an improved understanding of climate change impacts on ice shelves and ice caps of Antarctica. 2nd Alfred Wegener Symposium Bremerhaven, Germany, 30 October to 2 November, 2005
Lange, M.A., Blindow, N., Breuer, B., Grosfeld, K., Kleiner, T. , Mohrholz, C.-O., Oelke, C., Rückamp, M., Thoma, M.
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(2006). Dynamics and Mass Balance of Riiser-Larsen Ice Shelf, Antarctica, and its Drainage Area, Eos Trans. AGU, 87, Fall Meet. Suppl., San Francisco, CA, USA
Klauke, S., C. Oelke, T. Kleiner, M.A. Lange, M. Bäßler, and R. Dietrich
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Klimaveränderungen in den Polargebieten: Aktueller Stand und Zukunftsperspektiven. ZUFO Environmental Symposium, Münster, Germany, 14/15 November 2006
Lange, M.A.
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(2007). Mass balance studies employing numerical ice sheet modelling and satellite remote sensing data. EGU General Assembly, Vienna, Austria, 15 – 20 April 2007, Geophys. Res. Abstracts, Vol. 9, 09296
Lange, M.A., Klauke, S., Oelke, C., Kleiner, T., Baessler, M., Dietrich, R.
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(2008). A higher-order thermo-mechanical ice-flow model applied to grounding-line, simulations. 23nd International Polar Meeting, Münster, Germany, 10–14 March 2008
Kleiner, T., Oelke, C., Lange, M.A.
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(2008). Benchmark experiments for higher-order and full-Stokes ice sheet models (ISMIP-HOM). The Cryosphere 2, 2, 95-108
Pattyn, F., Perichon, L., Aschwanden, A., Breuer, B., de Smedt, B., Gagliardini, O., Gudmundsson, G. H., Hindmarsh, R. C. A., Hubbard, A. , Johnson, J. V., Kleiner, T., Konovalov, Y., Martin, C., Payne, A. J., Pollard, D., Price, S., Rückamp, M., Saito, F., Souček, O., Sugiyama, S., Zwinger, T.
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(2008). Massenbilanzstudien auf der Basis numerischer Modelle und Satellitenfernerkundungsdaten. 23nd International Polar Meeting, Münster, Germany, 10–14 March 2008
Lange, M.A., Klauke, S., Oelke, C., Kleiner, T., Baessler, M., Dietrich, R.
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(2011). Entwicklung eines dreidimensionalen numerischen full-Stokes-Fließmodells und seine Anwendung auf ein Inlandeis-Schelfeissystem der Antarktis im Bereich des westlichen Dronning Maud Lands. Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Dissertation
Kleiner, T.
