Статья: Изменчивость поверхностной абляции горных ледников западного Шпицбергена

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институт

Изменчивость поверхностной абляции горных ледников западного Шпицбергена

О.Р. Сидорова

Г.В. Тарасов

СР. Веркулич

Р.А. Чернов

SURFACE ABLATION VARIABILITY OF MOUNTAIN GLACIERS OF WEST SPITSBERGEN

O.R. SIDOROVA1, G.V TARASOV1, S.R. VERKULICH1, R.A. CHERNOV

-- State Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic

Research Institute, St. Petersburg, Russia

-- FSBI “Institute of Geography”, Russian Academy of Science, Moscow, Russia

Keywords: ablation, glacier aspect, mountain glaciers, summer air temperature, sun radiation, West Spitsbergen.

Summary

Measurements of surface ablation in 2016-2018 on the neighboring glaciers Aldegondabreen, Austre and Vestre Gronfjordbreen (West Spitsbergen) revealed significant differences in its magnitude both within the same altitude zones for one year, and on an interannual scale. Comparison of the region's common variations in climatic conditions (air temperature, rainfall) and ablation data showed a significant contribution of the following additional factors of melting: aspect, size, altitude range, surface slope, the rocky bordering of glaciers. The maximum ablation were measured on the Aldegondabreen (with the smallest area and altitude range), which has a northeastern aspect; the average value over three years of observations was 1947 mm w.e. Austre Gronfjordbreen and Vestre Gronfjordbreen had in 2016-2018 average ablation values 1512 and 1385 mm w.e., respectively. The largest Vestre Gronfjordbreen has the lowest values of average ablation also because it lies higher then neighboring glaciers. Interannual variations of mean ablation in the same altitudinal zones show: the minimum scatter of values for the Aldegondabreen (130-370 mm w.e.); higher scatter of values for the Austre Gronfjordbreen (200-450 mm w.e.); the maximum scatter of values for the Vestre Gronfjordbreen (from 400-600 mm w.e. in most altitude zones to 1000 mm w.e. at altitudes of250-350 m). Due to the influence of additional factors, the maximum average ablation was observed on the Aldegondabreen in 2016, on the Vestre Gronfjordbreen in 2017, and on the Austre Gronfjordbreen in 2017 and 2018. The results of the study indicate the need to take into account the contribution of these factors to the ablation parameters of the region's glaciers in model calculations, as well as the relevance of a detailed study of the distribution of solar radiation on glaciers.

Ключевые слова: абляция, горные ледники, Западный Шпицберген, летняя температура воздуха, солнечная радиация, экспозиция ледников.

Измерения значений абляции на соседних ледниках Альдегонда, Восточный и Западный Грёнфьорд (Западный Шпицберген) в 2016-2018 гг. показали наличие заметных вариаций в параметрах таяния, которые, помимо общих для района межгодовых изменений климатических условий (температура воздуха, осадки), обусловлены характеристиками экспозиции, размеров, высотных диапазонов, уклонов поверхности, скального обрамления ледников. Результаты исследования указывают на необходимость учета вклада этих характеристик в оценку абляции ледников района при модельных расчетах, а также на актуальность детального изучения распределения солнечной радиации на рассматриваемых ледниках.

абляция ледник солнечный

Введение

Ледники являются важнейшим элементом природной системы архипелага Шпицберген и занимают около 60 % его поверхности [1]. Их динамика зависит, прежде всего, от ежегодного накопления снежного покрова и таяния в период абляции. Потепление климата в Арктике, которое началось в первой половине ХХ в., привело к значительному сокращению площади и объема оледенения Шпицбергена [2, 3]. Наиболее чувствительными к климатическим изменениям оказались горные ледники Западного Шпицбергена, расположенные в пределах Земли Норденшель- да, Земли Принца Карла, Земли Диксона: за последнее столетие площадь горного оледенения этих территорий сократилась более чем вдвое [4]. Прямые наблюдения за летним таянием на ледниках и накоплением на них снега показали, что их баланс массы становится все более отрицательным на протяжении нескольких десятилетий [5].

Одним из мест долговременных гляциологических исследований на архипелаге является район пос. Баренцбург (Земля Норденшельда). Сначала в 1965 г., а затем с 1976 по 1990 г. сотрудниками Института географии АН СССР изучались характеристики местного оледенения, в том числе периодически определялись параметры летнего таяния и зимнего накопления снега, -- эти исследования также выявили тенденцию убыли массы горных ледников [6, 7].

В последнее десятилетие прямые измерения абляции на горных ледниках Альдегонда, Западный и Восточный Грёнфьорд (Земля Норденшельда) выполняются сотрудниками ФГБУ «ААНИИ» и ИГ РАН. Полученные результаты в целом указывают на продолжение резкого сокращения ледников: отрицательные значения баланса массы ледников выросли в 2-3 раза по сравнению с данными измерений в 1980-х гг. [8]; в последние годы регистрируются рекордные показатели убыли массы на ледниках Восточный Грёнфьорд [9] и Альдегонда [10].

Имея общую тенденцию сокращения, каждый из ледников, безусловно, характеризуется индивидуальными особенностями абляции, изучение которых важно для оценки роли крупномасштабных процессов и локальных факторов, влияющих на деградацию оледенения архипелага, для уточнения модельных расчетов. Информация о таких особенностях может быть получена только при проведении прямых, в достаточной степени детальных измерений. В настоящем исследовании представляются и сравниваются результаты трехлетнего цикла измерений абляции на соседних ледниках, анализируется соотношение установленных параметров абляции с пространственным расположением и высотными характеристиками ледников.

Методы и объекты исследования

Определение масс-балансовых характеристик ледников основывалось на измерениях величины летнего таяния льда (снижения поверхности) с использованием абляционных реек. Измерения выполнялись в июле-сентябре и охватывали большую часть периода абляции, так как во второй половине сентября таяние на ледниках обычно прекращается или становится минимальным из-за начала преобладания отрицательных температур воздуха и снегопадов. Следует отметить, что сроки проведения измерений на каждом леднике несколько различались в зависимости от метеорологических условий и состояния поверхности ледника, что, безусловно, привносит некоторую погрешность при сравнении полученных данных.

Абляционные рейки (деревянные) устанавливались на ледниках в вертикальных скважинах сечением 50 мм и глубиной до 4 м, полученных с помощью ручного ледобура. При установке рейки заклинивались в скважинах во избежание их всплывания в первые часы, до примерзания к стенкам. Фиксация высоты стаявшего слоя (снижения поверхности) производилась по рейкам с использованием рулетки, с точностью 1 см от поверхности льда или снега; в течение сезона абляции на каждый ледник совершались 2-3 маршрута с измерениями.

Оценка суммарных значений поверхностной абляции на ледниках проводилась на основе данных измерений по рейкам, установленным на разных высотах (рис. 1), и расчета площадей высотных зон ледников. На ледниках Альдегонда и Восточный Грёнфьорд, которые полностью лежат в области абляции, рейки распределены по всей их площади, тогда как на леднике Западный Грёнфьорд выставлен линейный профиль. В 2016-2018 гг на леднике Альдегонда данные снимались по 14 абляционным рейкам, расположенным на высотных уровнях в диапазоне от 157 до 458 м над уровнем моря, на леднике Восточный Грёнфьорд использовалось 11 реек в диапазоне высот от 106 до 398 м, на леднике Западный Грёнфьорд -- 7 реек в диапазоне высот от 36 до 591 м. Площади высотных зон подсчитывались по норвежским топографическим картам [11], наложенным на спутниковые снимки Sentinel-2. Сокращение площади ледников было получено ранее по данным обработки космических снимков 2017 г. и норвежским картам, построенным на основе аэрофотосъемки 1936-1938 гг. [4]. Характеристики ледников и значения площади высотных зон приведены в таблицах 1, 2.

В апреле 2015 г. на морене перед фронтом ледника Восточный Грёнфьорд и на нунатаке над ледником были установлены две автоматические метеостанции (АМС). В том же году около ледника Альдегонда была установлена АМС. Данные записи температуры воздуха по АМС в сравнении с данными с метеостанции ГМО «Баренцбург» показали, что различия летних температур между Баренцбургом и предпольем ледников составляет около 2,0 °С. Средний градиент температуры воздуха в зоне ледника Восточный Гренфьорд был получен на основании данных двух АМС. В летний период эта величина изменялась в диапазоне от -0,7 до -1,0 °С на каждые 100 м подъема в зависимости от погодных условий, что соответствует классическому значению уменьшения температуры с высотой.

Рис. 1. Район исследований на архипелаге Шпицберген (а) и расположение исследуемых ледников (б)

Fig. 1. The study area in Spitsbergen archipelago (a), and the location of glaciers (б)

Таблица 1

Характеристики исследуемых ледников залива Грёнфьорд (по состоянию на 2017 г.)

Таблица 2

Площади высотных зон (на 2017 г.) и максимальное количество абляционных реек на ледниках Западный Грёнфьорд, Восточный Грёнфьорд и Альдегонда

Определенные трудности при оценке величин абляции в верхних зонах ледников, особенно на леднике Западный Грёнфьорд, возникли из-за наличия здесь многочисленных трещин, порою препятствующих безопасному подходу к рейкам и прямым измерениям в летнее время. В связи с этим ограниченный по высоте ряд наблюдений 2017 г на леднике Западный Грёнфьорд был дополнен расчетом летнего таяния в верхней зоне (350-450 м). Расчет проводился по формуле Ходакова-Кренке со степенным показателем 3,25 [6]. Для него были приняты следующие значения: средняя летняя температура воздуха равна 5,0 °С, температурный скачок у края ледника равен 1,0 °С, высотный градиент температуры равен 0,7 °С на каждые 100 м подъема, разница среднесуточных температур воздуха в Баренцбурге и на западном берегу около ледника составляет 2,2 °С.

Результаты и обсуждение

Значения летней абляции получены на основе разности в измерениях длины абляционных реек над ледниковой поверхностью в начале сезона таяния и по окончании летнего периода [12, 13, 14]. Усредненные по высотным зонам значения летней абляции для каждого года в период 2016-2018 гг. показаны в табл. 3. Для каждой высотной зоны даны средние значения абляции по количеству реек, установленных в зоне. При пересчете слоя стаявшего льда в водный эквивалент его плотность принята равной 0,88 г/см3, так как ледниковый лед имеет некоторое количество воздушных включений и его плотность несколько меньше плотности чистого льда 0,92 г/см3.

Таблица 3

Значения летней абляции на различных высотных уровнях ледников Западный Грёнфьорд, Восточный Грёнфьорд и Альдегонда в 2016, 2017 и 2018 гг.

Сравнение значений абляции и зависимостей среднегодовых потерь льда от высоты по данным измерений у абляционных реек показывает, что убыль льда во всех общих высотных зонах ледников в 2016-2018 гг была максимальной на леднике Альдегонда и среднегодовые величины потери льда на леднике Альдегонда превышали абляцию на соседних ледниках на 250-790 мм в.э. (см. табл. 3, рис. 2). Вероятно, это связано с тем, что ледник Альдегонда является наименьшим по площади из рассматриваемых ледников и единственный имеет северо-восточную экспозицию по всей своей длине. Параметры абляции на двух других ледниках были более схожими (разница среднегодовых значений варьирует в пределах 55-300 мм в.э.), хотя в большинстве зон эти величины были выше на леднике Западный Грёнфьорд, и лишь в интервале высот 350-540 м отмечается резкое уменьшение разницы величин абляции на двух ледниках. Первой из причин подобных различий может служить то, что ледник Восточный Грёнфьорд по всей длине имеет северную экспозицию, тогда как экспозиция нижней части ледника Западный Грёнфьорд ближе к северовосточной, а значительной доли его верхней части -- к северной. Кроме того, нижняя и средняя части ледника Восточный Грёнфьорд довольно узкие и обрамлены с востока высокой, затеняющей поверхность ледника скальной грядой, что также может ухудшать здесь условия инсоляции в летнее время.