Ice flow modelling of ice shelves and ice caps

Visa fullständig post

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4044-9
Titel: Ice flow modelling of ice shelves and ice caps
Author: Gong, Yongmei
Medarbetare: Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten, institutionen för fysik
Nivå: Doktorsavhandling (sammanläggning)
Tillhör serie: REPORT SERIES IN GEOPHYSICS - URN:ISSN:0355-8630
Abstrakt: Ice shelves and ice caps constitute a great proportion of the glacial ice mass that covers 10% of the global land surface and is vulnerable to climate change. Large scale ice flow models are widely used to investigate the mechanisms behind the observed physical processes and predict their future stability and variability under climate change. This thesis aims at providing general remarks on the application of ice flow models in studying glaciological problems through investigating the evolution of an Antarctic ice shelf under climate change and the mechanisms of fast ice flowing events (surges) in an Arctic ice cap. In addition discussions of the equivalence of two significantly different expressions for the rate factor in Glen’s flow are also provided. Off-line coupling between the Lambert Glacier-Amery Ice Shelf (LG-AIS) drainage system, East Antarctica, and the climate system by employing a hierarchy of models from general circulation models, through high resolution regional atmospheric and oceanic models, to a vertically integrated ice flow model has been carried out. The adaptive mesh refinement technique is specifically implemented for resolving the problem concerning grounding line migration. Sensitivity tests investigating the importance of various parameters and boundary conditions are carried out in ice flow models with different approximations for Austfonna Ice-cap, Svalbard to investigate the surge event in one of its basins, Basin 3. Inverse modelling of basal friction coefficient is specifically implemented. A continuum to discrete multi-model approach is implemented for simulations of Basin 3. LG-AIS drainage system will be rather stable in the face of future warming over 21st and 22nd centuries. Although the ice shelf thins in most of the simulations there is little grounding line retreat. The change of ice thickness and velocity in the ice shelf is mainly influenced by the basal melt distribution. And the Lambert, Fisher and Mellor glaciers are most sensitive to thinning of the ice shelf south of Clemence Massif. The sea level rise contribution of LG-AIS is modest as the increased accumulation computed by the atmosphere models outweighs ice stream acceleration. Using a temporally fixed basal friction field obtained through inverse modelling is insufficient to simulate the future changes of the fast flowing surging glacier in Basin 3. And the evolution of basal friction patterns, and in turn basal processes are among the most important factors during the surge in Basin 3. A system of processes and feedback involving till deformation and basal hydrology is more likely to explain both the seasonal accelerations and the ongoing inter-annual speed-up more than a hard-bed mechanism. The continuum to discrete multi-model approach provides the possible locations of the crevasses that can potentially cut through the full length of the ice and deliver surface melt water down to the bed. The calculated basal water flow paths according to hydraulic potential indicate that the summer speed up events and the initiation of the acceleration in the southern part of the basin can be explained by either a direct enhancement to the ice flow through basal lubrication or a lagged-in-time mechanism through the outflow of accumulated water in the over-deepening area. Keywords: ice flow modelling, climate change, sea level rise, future projection, basal sliding, basal hydrology, surface melt, surging glacier, Lambert Glacier-Amery Ice Shelf, Austfonna Ice-cap, Antarctic, SvalbardKymmentä prosenttia maapallon maapinta-alasta peittää tiivistyneen jään kerroksia, jotka eivät sula pois kesän aikana ja jotka virtaavat oman painonsa alla. Jäähyllyt ja lakijäätiköt muodostavat suuren osan näistä jäätiköiksi kutsutuista jäämassiiveista. Näiden tutkimus hyödyntää tietokoneohjelmia, jotka matemaattisten yhtälöiden mukaan kuvaavat jään fysikaalisia prosesseja. Tällaisten numeeristen mallien avulla voimme ymmärtää, kuinka jäätiköt käyttäytyvät sekä nykyisessä ympäristössään että tulevaisuudessa ilmaston muuttuessa. Tässä väitöskirjassa käytän numeerisia malleja tutkiakseni, kuinka Etelämantereen jääpeite muuttuu seuraavien 100–200 vuoden aikana ilmastonmuutoksen vaikutuksesta sekä sitä, mikä laukaisee arktisen lakijäätikön muutoksen pitkästä rauhallisen virtauksen kaudesta verrattain lyhytaikaiseen, nopeaan virtaustapahtumaan. Lisäksi tarkastelen kysymystä miksi kahta laajalti käytössä olevaa eriävää muotoilua voidaan käyttää Glenin virtauslain kertoimesta (laki kuvaa jännityksen ja venymän suhdetta). Näiden tutkimusten avulla aikomuksenani on parantaa numeeristen mallien käyttöä jäätikkötutkimuksessa. Lambertin jäätikkö – Ameryn jäähylly (Lambert Glacier – Amery Ice Shelf, LG-AIS) valumajärjestelmä on yksi Itä-Antarktikan suurimmista. Ameryn jäähylly käy tällä hetkellä läpi vakaata ja luonnollista virtauskautta poikien jäävuoria mereen. Ilmastonmuutoksen myötä tämän valumajärjestelmän kohtalo seuraavan 100–200 vuoden aikana on kuitenkin avoin. Numeerista jään virtauksen mallia käytetään tässä työssä valumajärjestelmän muutosten tutkimiseen. Malli ottaa huomioon lumen kertymisen ja jäätikön pohjan sulamisen ilmastomalleista saatujen pakotteiden puitteissa. Tulokset osoittavat, että vaikka Ameryn jäähylly saattaa sulaa merkittävästi, LG-AIS virtausjärjestelmä pysyy vakaana myös 2100- ja 2200-luvuilla. Myös jäämassan nettotuotto valtamereen tulee olemaan melko vähäistä, joten sen vaikutus merenpinnan korkeuteen on pieni. Austfonnan Basin 3 lakijäätikön Huippuvuorilla uskotaan olevan ajoittaisen nopean virtauksen tyypin jäätikkö. Siinä vallitsee pitkäaikainen, hidas virtaus, jonka lyhyet, hyvin nopean virtauksen kaudet väliin katkaisevat. Kahta eri jäävirtausmallia käyttäen olen yrittänyt selittää niitä mekanismeja, jotka vaikuttivat vuonna 2011 alkaneeseen liikkeen nopeutumiseen. Tulokset osoittavat, että jäätikön pohjan liike vaikuttaa voimakkaasti kiihtyvään virtaukseen ja hyvin todennäköisesti myös jäätikön alla sijaitsevan sedimentin muovautuminen ja jäätikön alaiseen hydrologiaan. Sitten vuoden 2008 tämän jäätikön virtaus on kiihtynyt portaittaisesti jokaisen kesän sulamiskauden päätyttyä. Diskreetti partikkelimalli, joka jakaa jäätikön pieniin partikkeleihin ja kykenee tuottamaan syviä halkeamia jäätikköön, käytetään portaittaisen kiihtymisen selittämiseen. Tämä malli tuottaa sellaisten halkeamien sijainnit, jotka voisivat toimia virtauskanavina sulamisvedelle ja viedä tätä jäätikön pohjan hydrologiseen järjestelmään. Mahdollisiksi selityksiksi portaittaiselle kiihtymiselle voidaan antaa joko sulamisveden liukastava vaikutus jäätikön pohjassa tai sitten jäätikön pohjaan kertyneen veden kelluttava vaikutus.
Permanenta länken (URI): URN:ISBN:978-951-51-4044-9
http://hdl.handle.net/10138/231173
Datum: 2018-02-13
Subject:
Rights: Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.


Filer under denna titel

Total number of downloads: Loading...

Filer Storlek Format Granska
ICEFLOWM.pdf 1.457Mb PDF Granska/Öppna

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post