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Characteristics of the Heat Balance of the Greenland Ice sheet for Modelling

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

W. Ambach*
Affiliation:
Institut für Medizinische Physik, Müllerstrasse 44, A-6020 Innsbruck, Austria
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Data of the heat balance measured during EGIG 1959 and 1967 are applied to calculate the shift in equilibrium line due to climatic changes. The analysis follows Kuhn’s algorithm by determining from the data: (i) response of the net radiation balance due to changes in air temperature, cloudiness, and albedo, (ii) the response of the sensible heat flux due to changes in air temperature, (iii) the altitudinal gradients of air temperature and cumulative accumulation, (iv) the duration of the ablation season, and (v) the significance of superimposed ice. The shift of the equilibrium line due to changes in cloudiness is negligible compared to that which is caused by changes in temperature. The formation of superimposed ice, however, influences the result considerably. The shift of the equilibrium line amounts to +77 m K−1 at constant cloudiness and –4 m per 1/10 cloudiness at constant temperature.

Résumé

Résumé

Caractéristiques du bilan thermique de la calotte du (Groenland pour la modèlisation. Des données de bilan thermique récoltées au cours de l’EGIG de 1959 et 1967 sont appliquées au calcul du déplacement de la ligne d’équilibre dû au changement climatique. L’analyse suit l’algorithme de Kuhn qui détermine les relations suivantes à partir des données mesurées: (i) la réponse du bilan net de rayonnement causé par des variations de température de l’air, nébulosité et albedo, (ii) la réponse du flux de chaleur sensible dû aux changements de la température de l’air, (iii) les gradients altitudinaux de température de l’air et d’accumulation cumulée, (iv) la durée de la saison d’ablation, et (v) la signification de la glace surimposée. Le déplacement de la ligne d’équilibre du aux variations de nébulosité est négligeable en regard de celui causé par les variations de température. Cependant la formation de glace surimposée influence considérablement le résultat. Le déplacement de la ligne d’équilibre vaut + 77 m K−1 à nébulosité constante et –4 m par 1/10 de nébulosité à température constante.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Charakteristiken des Wärmehaushaltes des grönländischen Inlandeises zur Modellbildung. Messdaten des Wärmehaushaltes, die während der EGIG 1959 und 1967 gewonnen wurden, werden zur Berechnung der Verschiebung der Gleichgewichtslinie bei einer Klimaänderung herangezogen. Die Analyse wird nach dem Kuhn’schen Algorithmus durchgeführt. Dazu müssen folgende Beziehungen aus den Messdaten bestimmt werden: (i) die Änderung der Nettostrahlungsbilanz durch Änderungen der Temperatur, der Bewölkung und der Albedo, (ii) die Änderung des fühlbaren Wärmestromes durch Änderung der Lufttemperatur, (iii) die Höhengradienten der Lufttemperatur und der kumulativen Akkumulation, (iv) die Dauer der Ablationsperiode, und (v) die Bedeutung der Bildung von superimposed ice. Die Verschiebung der Gleichgewichtslinie durch Bewölkungsänderung ist gegenüber jener durch Temperaturänderung vernachlässigbar. Die Bildung von superimposed ice beeinflusst jedoch das Ergebnis wesentlich. Als Hühenverschiebung der Gleichgewichtslinie erhält man +77 m K−1 bei konstanter Bewölkung und –4 m pro 1/10 Bewölkung bei konstanter Temperatur.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1985
Figure 0

Table I. Daily mean values of Net Radiation Balance for Clear Sky and Covered Sky for various Albedo Values (Ambach, 1977[a], p. 22, Table 5; Ambach and Markl, 1983, p. 28)

Figure 1

Fig. 1. Difference in net radiation for clear sky and covered sky plotted against albedo. Bars give the estimated range of variations in albedo. Values taken from Ambach (1977[a], p. 22, table 5) and Ambach and Markl (1983, p. 29, fig. 12).

Figure 2

Fig. 2. Mean wind profiles for the entire duration of measurements(a) EGIG 1959, mainly ice surface(b) EGIG 1967, snow surface onlyaccording to Ambach (1977[b], p. 17, fig. 5).

Figure 3

Fig. 5. Formation of superimposed ice in a schematic diagram. Q = heat (MJ m−2), m = water equivalent (kg m−2), h = depth (m), τ = number of days(a) without formation of superimposed ice(b) with full formation of superimposed ice.

Figure 4

Table II. Mean Values of the components of the Heat Balance (MJ m−2 d−1), 15 May—27 July 1967 (7 d, EGIG 1967, Albedo = 0.85, Wind Velocity: ū (2 m) = 7 m s−1, Air Temperature: T(2m) = −6.3°C, Vapour Pressure: ē (2m) = 3.2 mbar, Cloudiness: w = 4.7/10 (Ambach and Markl, 1983, p. 61, table 11b)

Figure 5

Fig. 3. Components of heat balance given for various periods (cf. Table IV). SB = short-wave radiation balance, LB = long-wave radiation balance, HS = sensible heat flux, HL = latent heat flux, HC = conductive heat flux, HM = heat of melting.

Figure 6

Table III. Mean Values of the components of Heat Balance (MJ m−1 d−1) for various Surfaces, EGIG 1959 (Ambach and Markl, 1977[a], p. 41, table 9a-c)

Figure 7

Table IV. Micrometeorological Data for specific periods, data referring to Fig. 4 (Ambach 1977[a] p. 41, table 9a; p. 45, table 13a-e; Ambach and Markl, 1983, p. 58, table 8)

Figure 8

Fig. 4. Heat of melting (HM) versus short-wave radiation balance (SB) for seven periods (cf. Table IV). I = range without any melting, II = range with melting. The bars give the error limits for SB.

Figure 9

Fig. 6. Number of ablation days (T ≥ 0°C) versus altitude calculated from values of air temperature in Jakobshavn station (40 m a.s.l.) and an altitudinal gradient of air temperature of 0.0073 K/m.

Figure 10

Table V. Minimum, Mean, and Maximum durations of the ablation season at various altitudes taken from Figure 6 (Rounded Values)

Figure 11

Fig. 7. Winter accumulation in the ablation area measured between 7 and 20 May 1959 versus altitude. Measured values are extrapolated by the factor 12/9 = 4/3 for the balance year (cf. Ambach, 1963, p. 298, table 53).